2. Физико - химические основы технологического процесса синтеза оксида пропилена

Основная реакция получения оксида пропилена - взаимодействии пропилена с хлором в присутствии воды и получение хлоргидринов

СН₂СНСН₃ + Сl + Н₂O СН₃СНОНСН₂Сl + НСl.

Затем идет омыление хлоргидринов и дальнейшая очистка оксида пропилена осуществляется ректификацией.

В реакции, описанной выше, получается хлорноватистая кислота, она в нейтральной среде взаимодействует с олефинами . Процесс сильно ускоряется при повышении кислотности раствора. Это объясняется образованием гидратированного катиона хлора, который является сильным электрофильным агентом способным присоединять по двойной связи олефина давая сигма - комплекс и затем при взаимодействии с водой хлоргидрин

НОСl + Н₂О...С1⁺ С1СН₂–СН₂⁺ С1СН₂ – СН₂ОН.

Но при проведении реакции с водным раствором хлора считается, что электрофильным агентом, атакующим двойную связь, является молекула хлора

СН₃ – СН = СН₂ СН₃ – СН(С1С1) =СН₂ СН₃ – СН – СНС1

СН₃ – СНОН – СН₂С1.

При развитой поверхности контакта водой и углеродной фазой - скорость реакции описывается уравнением

где : – коэффициент растворимости олефина;R - константа скорости реакции; Р_ол - парциональное давление олефина; С - степень диссоциации хлора в растворе

За счет взаимодействия промежуточного сигма - комплекса с накапливающимся в ходе реакции атом хлора и хлоргидрина получаются две побочные реакции: получение дихлорпропана и хлорпропилового эфира

СН₃ – С⁺Н – СН₂С1 СН₃ –СНС1 – СН₂С1,

СН₃ – C⁺H – СН₂С1 (СН₂СНС1СН₃)₂О.

Так как эти побочные реакции непосредственно связанны с хлоргидрированием, селективность сильно зависит от концентрации ионов хлора и хлоргидрина в водном растворе.

Выход оксида пропилена по всем стадиям составляет 89% [1].

3.Характеристика исходного сырья, материалов и готового продукта

В таблице 3.1 приведены основные показатели и физические характеристики веществ и материалов, используемых в производстве, и сведения о готовом продукте.

Таблица 3.1

Характеристика исходного сырья, материалов и готового продукта

Наименование	ГОСТ или ТУ	Показатели по ГОСТ или ТУ	Физические характеристики
Пропилен	ГОСТ 25043 -81	Объемная доля пропилена, не мене 99,0 %	Температура самовоспламенения в воздухе 455°С
Хлор газообразный	СТП2 - 78	Объемная доля хлора не менее 99%	ПДК в воздухе рабочих помещений 1 мг/м3
Водный раствор гипохлорита натрия	ТУ6 -01-256-74	Массовая концентрация активного хлора не менее 100г/дм3	Разрушает кожный покров, вызывает ожоги
Азот газообразный	ТУ-И 3-03-13-27-85	Объемная доля 02 не более 0,3%	Действует удушающее
Жидкость охлаждающая	СТП6-01-26-69-75	Температура замерзания не более-35°С	Ядовит при попадании во внутрь организма
Оксид пропилена технический	ТУ-2417-0575618-2003	Массовая доля Воды Не более 0,1%	Ядовит

4. Описание технологического процесса и схемы производства

оксида пропилена

Хлорирование пропилена осуществляется в хлораторе (апп. Т). Хлоратор колонный аппарат барботажного типа, покрыт внутри полиизобутеленом футерован плиткой и кирпичом. Наименование аппаратов соответствует РЧ1.

В нижней части хлоратора расположены три штуцера: первый служит для ввода воды и опорожнения хлоратора, второй для ввода газообразного хлора, третий для ввода пропилена.

В верхней части аппарата расположен штуцер для слива водного раствора пропиленхлоргидрина . Через верх хлоратора по сифону осуществляется ввод гипохлорита натрия.

На крышке хлоратора имеется взрывная мембрана, изготовленная из листовой стали рассчитанная на давление 20 кПа (0,2 кгс/см²) и штуцер для отбора абгазов.

Хлор из цеха производства хлора по двум трубопроводам поступает на распределительный узел на эстакаде, откуда по одному из трубопроводов подается в испаритель(Т1). Испаритель установлен для испарения хлора, частично сжижающегося в трубопроводах в зимнее время года. Испарение хлора проводится паром под давлением 100 - 800 кПа. Из испарителя хлор поступает в коллектор, откуда с давлением 100 - 120 кПа поступает в хлоратор (апп.5). На трубопроводе хлора к хлоратору имеется штуцер с вентилем для подачи через гибкий шланг азота. Азот подается для продувки хлоратора при пуске или выводе в ремонт.

Пропилен из склада сжатого газа по трубопроводу через электрозадвижку давлением 200 - 1000 кПа поступает в трубное пространство испарителя (Т2), обогреваемый паром давлением 100 - 800 кПа.

Газообразный пропилен из испарителя давлением 120 - 500 кПа через гравийный гаситель подается в хлоратор.

На трубопроводах сжиженного газообразного пропилена установлены предохранительные клапана, отрегулированные на давление срабатывания 525 кПа для газообразного пропилена и на 1050 кПа для сжиженного пропилена. Газы поступают в хлоратор через барботеры, для давления и распределения по сечению хлоратора.

Водный раствор гипохлорита натрия из цеха сжиженного хлора поступает в железнодорожной цистерне, из которой давлением азота передавливается в сборник (Е4). Из сборника водный раствор гипохлорида натрия насосом (Н3) подается на разложение в хлоратор (5) избыток возвращается в сборник.

Вода в хлоратор (Т) подается из напорного бака (Е1), куда поступает конденсат из теплообменников.

При температуре 35 - 65°С в хлораторе происходит взаимодействие пропилена с хлором в водной среде с образованием пропиленхлоргидрина.

Одновременно образуются побочные продукты реакции: хлорпропан, дихлордиизопропиловый эфир. Наряду с образованием пропиленхлоргидрина из газообразного хлора, пропилена и воды в хлораторе (Т) происходит разложение гипохлорида натрия соляной кислотой, содержащейся в водном растворе пропиленхлоргидрина. Образовавшаяся при разложении хлорноватистая кислота вступает в реакцию с газообразным пропиленом, образуя пропиленхлоргидрин. Одновременно идет нейтрализация гидроксида натрия, содержащегося в водном растворе гипохлорида натрия, соляной кислотой. Объем воды, соотношение подаваемых хлора, пропилена, водного раствора гипохлорида натрия, должно обеспечить получение водного раствора пропиленхлоргидрина с массовой долей 4-5 %, соляной кислоты с массовой долей 0,6 - 3,0 %.

Водный раствор пропиленхлоргидрина с температурой 35 - 50°С сливается из хлоратора в сборник (Е2), откуда насосом(Н2) подается в отделение омыления.

Для улавливания хлористого водорода, диоксида углерода, хлора сборник(Е2) соединен с атмосферой через промывочный скруббер (С1), орошаемый водой. Отмывочная вода после скруббера (С1) сливается в сборник. В сборник (Е3) сливается также вода с отделения ректификации, пробы продуктов.

Газовая фаза из хлоратора поступает на установку очистки абгазов. Для обеспечения объемной доли кислорода в абгазах не более 11%, в газовое пространство хлоратора через регулирующий лапан регулятора давления, подается азот давлением не более 20 кПа.

Абгазы давлением от 0,66 - 13,3 кПа содержащие: пропилен, пропан, диоксид углерода, азот, кислород, хлористый водород, воду, дихлорпропан, пропиленхлоргидрин, хлор, поступают в скруббер (С2) на водную отмывку от пропиленхлоргидрина, хлористого водорода, и частично от хлора, отмывочная вода из скруббера (С2) поступает в сборник (Е3).

Для окончательной конденсации хлоридов и хлоргидринов и очистки от хлора, абгазы после скруббера поступают в трубное пространство конденсатора (X1), охлаждаемого антифризом с температурой от -8 до -12°С. На трубопроводе антифриза установлен клапан регулятор температуры абгазов, который поддерживает температуру в пределах от -2 до 4°С .Сконденсировавшиеся хлориды и хлоргидрины , в виде конденсата поступают в сборник (Е3).

Очищенные абгазы после конденсатора (X1) с давлением 1,3 - 6,65 кПа направляются по трубопроводу в цех термического обезвреживания.

Для пуска и ремонта хлоратора (Т) и скруббера (С2) предусмотрен сброс абгазов через воздушники с огнепреградителями [3].

5. Аналитический контроль производства

В таблице 5.1 приведены сведения б анализируемых веществах, частоте и мессе отбора проб, что контролируется и каким методом

Таблица5.1

Аналитический контроль производства

Наименование	Периодичность	Контролируемый	ГОСТ или ТУ	Метод анализа
анализируемого	отбора проб	объект	на
вещества			анализируемое вещество
Объемная доля	Через 2 часа	Коллектор хлора	Объемная доля	Аналитический
компонентов в			хлора не менее	п. 4.1 СТП2-78
хлоре			90,0% кислорода не более 7%	с изм. №1
Объема доля	По требованию	Трубопровод	ГОСТ 25043-81	Методика
компонентов в		газообразного	Объемная доля	ГОСТ 25043-81
пропилене		пропилена после испарителя	пропилена не менее 99,0%
Водный раствор	При	ж/д цистерна с	Активного	П. 4.2
гипохлорида	поступлении	раствором	хлора не менее 100 г/дм3 щелочи	ТУ6-01-256-74
натрия		гипохлорида натрия		с изм.№ 1,2
Водный раствор	Через 4часа	Трубопровод	4,0 - 5,0 %	Методика № 92
ПХГ,		водного раствора
выходящего из		ПХГ выходящий
хлоратора.		из хлоратора
Масс. Доля
ПХГ
Массовая доля	Через 4 часа		0,6-3,0%	Методика № 92
соляной
кислоты
Абгазы	Ежечасно	Трубопровод	Пропилен	Методика № 92
выходящие из		абгазов из	40-65% хлор не
хлоратора		хлоратора	более 1%
Объемная доля			кислорода не
компонентов			более 11 %
Абгзы на	Через 4 часа	Трубопровод на	Объемная доля	Методика №92
выходе из		выходе из	хлора не более
скруббера		скруббера	0,5 %
Абгазы на	Ежечасно	Выходящий	Отсутствие	Методика № 92
выходе из		трубопровод	хлора
конденсатора