Химия эпихлоргидрина

Содержание

Введение

1. Основные физико-химические свойства и константы

2. Характеристика исходного сырья, материалов, полупродуктов

3. Способы получения

3.1 Получение эпихлоргидрина отделением хлористого аллила

3.2 Получение эпихлоргидрина гидрохлорированием глицерина и щелочным дегидрохлорированием дихлоргидринов глицерина

4. Охрана окружающей среды и меры безопасности при производстве

Заключение

Список использованных источников

Введение

В последние годы наблюдается тенденция к расширению использования глицерина и его производных в медицине и во многих приоритетных отраслях науки и техники. По-видимому, этим следует объяснить повышенный интерес ряда известных научных школ и промышленных предприятий к проблеме разработки новых высокотехнологичных и экономичных методов синтеза и расширения масштабов потребления глицерина.

Увеличение спроса на глицерин на мировом рынке вызывает необходимость строительства новых цехов по производству этого продукта и реконструкции и модернизации установок действующих производств в направлении повышения их производительности.

Производство синтетического глицерина из пропилена хлорным методом на Стерлитамакском химическом заводе осуществлено по современной технологии и ныне имеет самые лучшие технико-экономические показатели среди известных технологических приемов. Поэтому Стерлитамакская технология производства глицерина в ряде случаев может выступить эталоном сравнения при разработке новых методов получения глицерина.

Эпихлоргидрин является основным сырьем для получения синтетического глицерина и большая часть производимого эпихлоргидрина расходуется для этих целей.

Другое очень важное и постоянно развивающееся направление использования эпихлоргидрина - производство эпоксидных смол. Особенно важное значение приобретают эпоксидные смолы в химической промышленности вследствие их высокой коррозионной стойкости.

Эпихлоргидрин является также основным сырьем для получения ряда ионообменных смол.

эпихлоргидрин синтетический глицерин химия

В небольших количествах эпихлоргидрин применяется в качестве стабилизатора для некоторых хлорорганических соединений. Перспективным направлением использования эпихлоргидрина является получение эпихлоргидриновых каучуков, обладающих более высокой термо - и маслостойкостью, сопротивлением действию озона, более высокой газонепроницаемостью по сравнению с другими синтетическими каучуками.

Актуальность работы. Эпихлоргидрин (ЭХГ) является важным продуктом основного органического синтеза. Обладая высокой реакционной способностью, обусловленной наличием в молекуле подвижного атома хлора и эпоксидной группы, эпихлоргидрин находит широкое применение. Он легко вступает во взаимодействие с соединениями различных классов, что позволяет получать на его основе ряд продуктов, используемых во многих отраслях промышленности (эпоксидные смолы, лаки, клеи, синтетические волокна, ионообменные смолы, каучуки и др.).

Традиционный "хлоргидринный" метод получения эпихлоргидрина, широко применяемый в промышленности, имеет ряд существенных недостатков, к числу которых можно отнести невысокий коэффициент использования хлора, образование значительных количеств загрязненных сточных вод (40-60 м3/т продукта), очистка которых трудоемка и требует больших затрат. Жесткие требования экологического и экономического характера диктуют настоятельную необходимость создания новых технологий получения эпихлоргидрина, которые могли бы заменить устаревшие процессы.

Одним из перспективных направлений решения этой проблемы является разработка технологии синтеза эпихлоргидрина, основанной на жидкофазном эпоксидировании аллилхлорида (АХ) водным раствором пероксида водорода (ПВ) в присутствии гетерогенного катализатора. Применение данного способа позволяет устранить недостатки присущие традиционному методу и в значительной степени повысить экологичность процесса получения эпихлоргидрина. Учитывая постоянно возрастающий спрос на эпихлоргидрин и продукты на его основе, разработка новой технологии его производства является актуальной и своевременной задачей.

Цель работы заключается в разработке теоретических основ технологии промышленного способа получения эпихлоргидрина эпоксидированием аллилхлорида пероксидом водорода в присутствии гетерогенного катализатора. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

разработка эффективного гетерогенного катализатора жидкофазного эпоксидирования аллилхлорида водным раствором пероксида водорода;

изучение влияния технологических параметров на процесс получения эпихлоргидрина и выбор условий осуществления стадии эпоксидирования;

определение кинетических закономерностей эпоксидирования аллилхлорида пероксидом водорода;

исследование фазовых равновесий жидкость-пар в системах продуктов синтеза эпихлоргидрина и разработка эффективной схемы разделения реакционной массы с получением эпихлоргидрина требуемой чистоты;

разработка принципиальной технологической схемы процесса получения эпихлоргидрина.

Научная новизна. Впервые разработан гранулированный катализатор жидко-фазного эпоксидирования аллилхлорида водным раствором пероксида водорода, оптимизирован его состав и способ получения.

Установлены количественные закономерности процесса эпоксидирования аллилхлорида и найдены оптимальные условия получения эпихлоргидрина. Впервые изучена кинетика эпоксидирования и разработана адекватная математическая модель взаимодействия аллилхлорида с водным раствором пероксида водорода в присутствии гранулированного катализатора.

Проведено комплексное изучение фазовых равновесий в системах, образованных компонентами реакционной смеси, и для ряда систем получены неизвестные ранее данные, необходимые для математического моделирования фазовых равновесий жидкость-пар в многокомпонентных смесях.

Практическая значимость. Предложен эффективный гранулированный катализатор процесса эпоксидирования аллилхлорида на основе титансодержащего цеолита для работы в стационарном слое. Разработаны научные основы технологии гетерогенно-каталитического синтеза эпихлоргидрина эпоксидированием аллилхлорида водным раствором пероксида водорода, включая стадию разделения продуктов реакции. Предложена принципиальная технологическая схема синтеза и выделения эпихлоргидрина. Выданы исходные данные на проектирование опытно-промышленной установки получения эпихлоргидрина мощностью 5 тонн в год.

Характеристика эпихлоргидрина Эпихлоргидрин технический должен соответствовать требованиям ГОСТ 12844-74 с изменениями №№ 1,2,3,4.

Таблица 1

1. Основные физико-химические свойства и константы

Эпихлоргидрин - бесцветная прозрачная ядовитая жидкость с неприятным запахом.

Эмпирическая формула С₃Н₅СlО

Структурная формула Н₂С - СН - СН₂ - Сl

                                                     О

92,53

Динамическая вязкость при 20°С

1,12 МПа·с

Температура кипения

116,11°С

Температура плавления

минус 57°С

Теплопроводность при 20°С

0,142 Вт/м·К, (0,122 кКал/м·ч·°С)

Теплота сгорания

1771 кДж/моль (423 кКал/моль)

Диэлектрическая проницаемость жидкости при 21,5°С

20,8

Теплоемкость при 20°С

1,528 кДж/кг·К (0,365 кКал/кг·°С)

Теплота сгорания при 20°С

487,4 кДж/кг (116,4 кКал/кг)

Коэффициент преломления п²⁰_Д

1,4381

Электропроводность при 25°С

3,4·10^-8 Ом^-1·см^-1

Эпихлоргидрин хорошо растворяется в спиртах и кетонах, в простых и сложных эфирах, в ароматических и хлорированных углеводородах.

Растворимость

Эпихлоргидрин с водой образует азеотропную смесь состава 75% эпихлоргидрина и 25% воды, кипящую при температуре 88°С. При расслоении азеотропной смеси (при 20°С) в верхнем водном слое, занимающем 30%, содержится 5,99% эпихлоргидрина, в нижнем 98,8%.

Давление паров эпихлоргидрина

Эпихлоргидрин легко присоединяет НС1 при обычной температуре, образуя 1,3-дихлоргидрин глицерина <#"814466.files/image001.gif">

4. Охрана окружающей среды и меры безопасности при производстве

Выбросы в атмосферу Газообразные сдувки со всего технологического процесса представляют собой отдувки от различных аппаратов, продувочный азот и инерты, увлекающие за собой пары органических продуктов.

Для уменьшения уноса и потерь органических продуктов все газообразные выбросы направляются в концевые конденсаторы, размещенные в соответствующих отделениях производства.

Основные опасности производства.

В производстве эпихлоргидрина применяются и получаются ядовитые, агрессивные и пожаро-взрывоопасные продукты, способные вызвать отравления, ожоги, взрывы и загорания.

Основные опасности производства вызваны следующими факторами:

наличием хлора и хлористого водорода, паров хлористого аллила, дихлорпропана, трихлорпропана, монохлорпропенов, эпихлоргидрина, 1,3 - и 2,3-дихлоргидринов глицерина, хлороформа, четыреххлористого углерода, пропилена, 1,3 - и 2,3-дихлорпропенов, могущих вызвать отравление обслуживающего персонала; отравление возможно и перечисленными жидкими хлоруглеводородами;

наличием жидких и газообразных пропилена и хлоруглеводородов: хлористого аллила, 1,2-дихлорпропана, 1,3-дихлорпропена, 2,3-дихлорпропена, 1,2,3-трихлорпропана, 1,3 - и 2,3-дихлоргидрина глицерина, 2-монохлорпропена, 2-хлорпропана, 1-монохлорпропена, хлороформа, определяющих опасность взрывов и загораний в производственных помещениях при применении открытого огня, искрообразования или нарушения защиты от статического электричества;

наличием агрессивных химических продуктов (соляной кислоты, водный раствор хлорноватистой кислоты, водный раствор едкого натра), которые могут вызвать химические ожоги при попадании на кожу или в глаза;

наличием пара и конденсата высоких температур, нагретых поверхностей оборудования и трубопроводов, холода параметра минус 18°С, охлажденных до температуры минус 35°С поверхностей оборудования и трубопроводов, которые могут вызвать термические ожоги и обморожения.

Основными опасностями, связанными с особенностями технологического процесса или выполнения отдельных производственных операций, являются:

ведение процесса подогрева пропилена в подогревателях пропилена при температуре дымовых газов более 765°С может привести к отложению продуктов крекинга пропилена на стенках теплообменного оборудования и, как следствие этого, забивку системы коксом и прогар теплообменного оборудования. Во избежание получения термических ожогов печи подогрева пропилена поз. R-188 АВ выполнены в теплоизолированном исполнении. Печи подогрева пропилена поз. R-188 АВ (наружная установка) должны иметь защитное ограждение для предотвращения прохода посторонних лиц;

процесс хлорирования пропилена характеризуется наличием параметров, непосредственно влияющих на безопасность процесса. Нарушение данных параметров (давление испаренного хлора, давление пропилена, расход хлора, расход пропилена и температура пропилена перед смесителями поз. R-183 А₁А₂В₁В₂, температура реакционных газов перед колонной закалки поз. R-184 АВ, расход циркулирующего дихлорпропана в колонну закалки поз. R-184 АВ, температура реакционных газов после конденсаторов поз. R-134, перепад давления в системе хлорирования пропилена может привести к разгерметизации оборудования, прогару стенок трубопроводов, смесителей поз. R-183, забивке трубопроводов и загазованности производственного помещения токсичными и пожаро-, взрывоопасными продуктами;

сбор кокса и твердых хлорорганических продуктов при чистке смесителей поз. R-183, фильтров поз. R-112 и трубопроводов реакционных газов между смесителями и до колонны закалки производится в открытую тару (контейнер). Неправильное выполнение правил сбора кокса и твердых хлорорганических продуктов может привести к загазованности производственного помещения токсичными продуктами;

процесс гипохлорирования хлористого аллила хлорноватистой кислотой характеризуется наличием параметров, влияющих непосредственно на безопасность процесса. Нарушение данных параметров (давление и расход хлора, расход щелочного агента в скруббер поз. Н-181, расход пара в коллектор хлора) может привести к загоранию титановых трубопроводов и оборудования, загазованности производственного помещения хлором.

Основными опасностями, обусловленными особенностями используемого оборудования и условиями его эксплуатации, являются:

применение электрического тока опасного напряжения;

наличие движущихся частей машин и механизмов, что может привести к травмированию при нарушении правил, и возможностью разрывов аппаратов и коммуникаций при нарушении правил эксплуатации;

необходимостью подготовки в ремонт и производство ремонтных работ оборудования и коммуникаций без остановки технологического процесса, что при нарушении соответствующих правил и инструкций может привести к выходу из строя оборудования и коммуникаций, а также к несчастным случаям, отравлениям, пожарам или взрывам;

необходимостью перехода на резервное оборудование без остановки технологического процесса, что при нарушении правил может привести к выходу из строя аппаратов и коммуникаций с последующей загазованностью.

Основные опасности производства, обусловленные нарушениями правил безопасности работающими, сводятся к следующему:

неприменению средств индивидуальной защиты;

нарушению норм технологического процесса;

нарушению норм и правил по охране труда.

Требования безопасности при пуске и остановке технологических систем и отдельных видов оборудования.

После окончания ремонтных работ, включающих ремонт оборудования, аппаратуры, трубопроводов, запорной арматуры, установки предохранительных устройств, манометров, снятия заглушек, производится осмотр всего оборудования. При этом проверяются:

правильность установки оборудования, трубопроводов, арматуры;

состояние канализационной сети, дренажных систем, вентиляции;

наличие и состояние заземляющих устройств у аппаратов, электродвигателей и другого электротехнического оборудования;

наличие и состояние первичных средств пожаротушения и системы ППА, сигнализации, связи, аварийных комплектов защиты и инструмента;

качество проведенного в аппаратах ремонта, правильность монтажа внутренних устройств перед их закрытием;

(обращается внимание на то, чтобы в аппаратах не осталось посторонних предметов);

у футерованных аппаратов целостность защитного покрытия;

у котлонадзорных аппаратов - наличие всех шпилек на крышках, люках, фланцевых соединениях, наличие манометров, предохранительных устройств, бирок с указанием очередного освидетельствования;

аппараты, системы и отдельные узлы на герметичность;

Производится тщательная уборка производственных помещений и территории цеха от строительного мусора и посторонних предметов.

После того, как оборудование готово к пуску, составляется акт на прием оборудования из ремонта.

К акту приема оборудования из ремонта должны быть приложены следующие справки:

о качестве проведенных ремонтных, строительных и монтажных работ;

о состоянии вентиляционной системы;

о состоянии электротехнических устройств;

о состоянии контрольно-измерительных приборов, предохранительных устройств;

о противопожарном и санитарном состоянии производства и о состоянии ППА;

о состоянии систем паро - и водоснабжения;

об испытании оборудования и коммуникаций на герметичность;

о состоянии узлов приема сточных вод, утилизации отходов и газообразных сбросов об освидетельствовании котлонадзорных аппаратов и грузоподъемных машин.

К акту на прием оборудования из ремонта также прикладывается дефектная ведомость, согласно которой выполнялись ремонтные работы.

После подготовки вышеперечисленных документов приглашается приемочная комиссия, возглавляемая главным инженером ЗАО "Каустик", которая проверяет полноту выполнения всех пунктов ремонтных работ, перечисленных в дефектной ведомости, и готовность цеха к эксплуатации.

После устранения замечаний, сделанных приемочной комиссией, закрывается дефектная ведомость соответствующими службами, подписываются справки - приложения к акту, затем подписывается и утверждается акт о приемке оборудования из ремонта.

После подписания акта о приемке оборудования из ремонта начальник цеха выдает письменное распоряжение на пуск цеха. Порядок пуска цеха дается в письменном задании начальником цеха.

Перед приемом сырья в цех следует выполнить следующие работы:

снять заглушки со всех межцеховых трубопроводов;

произвести обкатку оборудования на инертах;

принять пар, воду, азот, воздух, электроэнергию, природный газ, обессоленную воду, холода, раствор едкого натра;

отрегулировать работу вентиляционной системы.

Прием сырья и пуск цеха производить в соответствии с требованиями настоящего регламента, инструкции по пуску и эксплуатации отдельных узлов, по рабочим местам, по технике безопасности, промсанитарии и пожарной безопасности в производстве.

Подготовка к пуску, первоначальный пуск производства после капитального ремонта, а также после кратковременных остановок производства должны производиться по пусковым инструкциям.

Заключение

Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что композиции на основе эпихлоргидрина обладают отличными свойствами, такими как:

высокая адгезия к металлам, полярным пластмассам, стеклу и керамике; высокие диэлектрические свойства;

высокая механическая прочность;

хорошая химостойкость, водостойкость, атмосферостойкость;

радиопрозрачность;

отсутствие летучих продуктов отверждения o малая усадка.

Вследствие чего находят широкое применение в промышленности. Они могут перерабатываться различными методами, а именно: литье, заливка, герметизация, формование. Используются, для изготовления слоистых пластиков, в качестве клеев, покрытий.

В связи с высокими диэлектрическими свойствами эпихлоргидрины находят широкое применение в качестве пропиточных составов для высоковольтной изоляции, в качестве герметика для заливки плат, устройств и приборов.

Также эпихлоргидрины используются в:

текстильной промышленности;

лакокрасочной промышленности;

зубопротезной и протезной промышленности;

нефтеперерабатывающей промышленности;

авиа-и ракетостроении;

машиностроении;

судостроении;

в качестве декоративных покрытий.

Наряду с применением для синтеза глицерина эпихлоргидрин употребляется в большом количестве для производства эпоксидных смол, которые получают взаимодействием дифенилолпропана, синтезируемого из ацетона и фенола, с эпихлоргидрином 6. Выводы 1. Впервые с соблюдением хронологического порядка показаны этапы строительства и развития крупнотоннажного производства синтетического глицерина из пропилена на примере ЗАО "Каустик".

. Впервые на основе анализа архивных материалов показано, что специалисты завода выявили крупные технологические недочеты в проекте фирмы "Сольвей" и внесли новые технологические решения, что позволило создать работоспособную и высокоэффективную технологию производства синтетического глицерина из нефтехимического сырья.

. Впервые осуществлен анализ хода строительства и монтажа оборудования крупнотоннажного производства синтетического глицерина и его производных. Показано, что при этом были применены современные методы и приемы организации работ, позволившие выполнить в кратчайшие сроки все виды деятельности от проектирования до сдачи в эксплуатацию. Установлена роль руководителей, передовиков производства, рационализаторов и изобретателей на всех этапах работ, конечным результатом которых стало получение высококачественного глицерина и его производных.

. Впервые на основе анализа архивных документов воссоздана реальная картина развития производства глицерина, эпихлоригидрина и некоторых других производных глицерина со дня пуска до настоящего времени. При этом показано, что до 1996 г. это производство развивалось динамично. Дано объективное объяснение причин спада производства глицерина и эпихлоргидрина в 1996-1998 гг., связанного с уменьшением спроса на эти продукты.

. Впервые подробно проанализированы этапы реконструкции и модернизации всех цехов в составе производства синтетического глицерина как на уровне отдельных аппаратов, так и цехов в целом, позволившей в конечном счете производить на ЗАО "Каустик" самый высококачественный и дешевый синтетический глицерин.

. Исследованы этапы рационализаторской и изобретательской деятельности, направленной на повышение производительности труда, повышение технико-экономических показателей, улучшение условий работы персонала и снижение объемов загрязнений окружающей среды.

Список использованных источников

1. Абдрашитов Я.М., Дмитриев Ю.К., Кимсанов Б.Х., Рахманкулов Д. Л., Суюнов Р.Р., Чанышев Р.Р. Глицерин. Методы получения, промышленное производство и области применения. - М.: Химия, 2001. - 168 с.

. Суюнов Р.Р., Дмитриев Ю.К., Кимсанов Б.Х., Рахманкулов Д.Л. Исторические аспекты возникновения Стерлитамакского химического завода. // Башкирский химический журнал. - 2001. - Т.8, № 1. - С.74-76.

. Кимсанов Б.Х., Суюнов Р.Р., Рахманкулов Д.Л., Дмитриев Ю.К. О некоторых проблемах освоения производства глицерина на Стерлитамакском химическом заводе. // Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии: Тезисы докладов XIV Междунар. научно-техн. конф. "Реактив-2001". - Уфа: изд-во "Реактив", 2001 г. - С.143-145.

. Суюнов Р.Р., Дмитриев Ю.К., Кимсанов Б.Х., Рахманкулов Д.Л. Исторические аспекты организации в составе Стерлитамакского химического завода производства синтетического глицерина. // "Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела": Материалы I Всеросс. науч. - практ. конф. - Уфа: Государст. изд-во науч. - техн. лит-ры "Реактив", 2001. - С.36-39.

. Кимсанов Б.Х., Рахманкулов Д.Л., Расулов С.А., Дмитриев Ю.К., Суюнов Р.Р. Способы получения и области применения глицерина. // Башкирский химический журнал. - 2000. - Т.7, № 6. - С.79-83.

. Удалова Е.А., Семенов Б.Е., Суюнов Р.Р., Суюнов Р.Р. Новые прогрессивные химические материалы для приоритетных отраслей науки и техники. // Материалы Международной научной конференции "Молодежь и химия": Тезисы докладов. - Красноярск, 1999. - С.72.

. Рахманкулов Д.Л., Латыпова Ф.Н., Сюунов Р.Р., Удалова Е.А., Чанышев Р.Р., Габитов А.И. Использование линейных и циклических ацеталей и их гетероаналогов в процессах добычи нефти и газа. // Тезисы Междунар. Симп. "TECHNOMAT’98", Болгария, 10-12 сентября, 1998.

. Промышленные хлорорганические продукты. Справочник. Под ред. Л.А. Ошина. Москва, 1978 г 9. Краткий справочник по химии. Под ред.О.Д. Куриленко. Киев 1974 г.

Интернет ресурсы:

1.      <http://www.xumuk.ru/> - САЙТ О ХИМИИ <http://www.xumuk.ru/>

.        chemistry. narod.ru <http://www.chemistry.narod.ru/> - "Мир химии" - информационный сайт о химии <http://www.chemistry.narod.ru/>

.        ximia.org - сайт о химии для химиков <http://www.ximia.org/>