Синтез 2.2 дихлордиэтил-формаля

                        МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВПО

«КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

                      ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра химической технологии переработки  нефти и газа

 

 

 

 

 

 

                                       ОТЧЁТ

по производственной (или преддипломной) практике на тему:

                   “ Синтез  2.2 дихлордиэтил-формаля ”

 

 

 

 

 

 

 

 

                                 

 

 

 

 

                                 Казань  2012

 

                                      СОДЕРЖАНИЕ

 

Стр.

 

Введение ……………………………………………………………………………..1-2

1. Технико-экономическое  обоснование метода производства………………....3

1.1 Технико-экономическое  сравнение существующих методов  производства…..3-5

2. Технологическая  часть…………………………………………………………...6

2.1 Характеристика сырья, полуфабрикатов и продукта…………………………...6

2.2. Описание технологической  схемы производства.…………………………..7-9

2.3. Описание устройства  и принципа действия основного  оборудования……10

2.4. Химический и физико-химический  контроль производства………………….11

3. Безопасность  и экологичность процесса……………………………………….12

3.1. Характеристика производства…………………………………………………..12-14

3.1.1. Анализ опасных  и вредных факторов производства…………………………12

3.1.2. Основные физико-химические  и пожароопасные

характеристики материала……………………………………………………………13

3.1.3. Категорирование  производства по пожароопасности………………………..14

3.2. Производственная  санитария и гигиена труда…………………………………14

3.2.1. Метрологические  условия производства……………………………………...14

3.2.2. Вентиляция………………………………………………………………….......15

3.2.3. Отопление и освещение………………………………………………….....15-16

3.3. Электробезопасность………………………………………………………….17-18

3.4. Статическое электричество………………………………………………………18

3.5. Молниезащита…………………………………………………………………….18

3.6. Индивидуальные средства защиты………………………………………………19

3.7. Шум и вибрация………………………………………………………………..19-20

3.8. Пожарная профилактика  и средства пожаротушения…………………………..21

3.9. Экологичность проекта……………………………………………………......21-23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                       ВВЕДЕНИЕ

 

Промышленность синтетического каучука – одна из ведущих отраслей нефтехимической индустрии. По объемам  мирового потребления синтетические  каучуки превзошли натуральный  каучук и их основными потребителями  являются шинная промышленность и производство различных резинотехнических изделий: гибкие рукава, приводные ремни, муфты, транспортерные ленты, прокладки. Значительное количество каучука расходуется в производстве искусственной кожи, пленочных материалов, электротехнической, кабельной, пищевой, текстильной промышленности, приборо- и машиностроении, медицине и других отраслях народного хозяйства .

Это каучуки общего назначения, которым не требуются специальные  свойства. Каучуки специального назначения отличаются от них одним или несколькими  свойствами, определяющими специфическую область их применения. К таким каучукам относятся тиоколы.

Первое промышленное производство полисульфидных каучуков было организовано в США в 1929 г. Но вследствие неприятного запаха этих эластомеров, а также низких физико-механических показателей вулканизатов их использовали главным образом в виде водных дисперсий. Начиная с 1942 г., когда Дж. К. Патриком и Г.Р. Фергюсоном был открыт способ получения жидких тиоколов, производство товарных высокомолекулярных полисульфидных каучуков и их водных дисперсий было по большей части заменено выпуском полисульфидных олигомеров. В настоящее время в ряде стран мира выпускают как высокомолекулярные полисульфидные каучуки, так и полисульфидные олигомеры. На долю последних приходится около 80% от общего объема производимых тиоколов.

 

 

 

В Советском Союзе  промышленное получение жидких тиоколов было освоено в начале 60-х годов  прошлого века .

Характерной особенностью полисульфидных олигомеров или жидких тиоколов является способность к  “холодной вулканизации”, что наряду с уникальными свойствами вулканизатов определило широкие возможности их использования. Вулканизатам полисульфидных олигомеров присуща универсальная химическая устойчивость, устойчивость к воздействию атмосферных факторов, высокие адгезионные свойства к различным поверхностям, даже влажным, стойкость к маслам и бензинам, кислотам и щелочам, водо-, паро- и газонепроницаемость, хорошие низкотемпературные свойства и длительный – свыше 25 лет – срок эксплуатаций.

Благодаря уникальным свойствам полисульфидные олигомеры широко используют в производстве герметиков для авиации, судостроения,  строительства, находят применение в технологии резин и выделки кожи, производства покрытий и адгезивов, в металлургии.

Первой стадией в  получении жидких тиоколов является синтез                          2,2-дихлордиэтилформаля, разработанный научно-исследовательским институтом каучуков специального назначения НИИСК г. Казани.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ  ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА

 

1.1 Технико-экономическое сравнение существующих методов производства

 

Исторически первыми  мономерами, применявшимися при получении  полисульфидных олигомеров, стали короткоцепные  алифатические дихлориды: 1,2-дихлорэтан и 1,2-дихлорпропан.

Несколько позже нашли  применение 1,3-дихлоргидринглицерина и                 2,2-дихлорэтиловый эфир.

Перечисленные дихлориды  имели ряд недостатков, не позволявших  получать эластомеры с комплексом ценных свойств.

Так, применение дихлорэтана  и дихлорпропана приводило к  эластомерам с высокой температурой стеклования, придавало им неприятный запах, а использование 1,3-дихлоргидринаглицерина не позволяло получать водостойкие полимеры.

Значительный прогресс наметился после того, как было предложено использовать в качестве мономера 2,2 - дихлордиэтилформаль (формаль-1), получаемый взаимодействием этиленхлоргидрина и параформальдегида в присутствии кислоты и азеотропообразующего агента

2 CICH₂CH₂OH +CH₂O   ^H+® CICH₂CH₂OCH₂ OCH₂CH₂CI + H₂O

Катализаторами этой реакции являются серная, соляная, фосфорная кислоты, а также хлориды кальция, магния железа или цинка, которые могут образовывать комплексные соединения или вследствие гидролиза создавать кислую среду .

 

 

 

 

В нашей стране формаль-1 до 1960 года в промышленном масштабе получали из ЭХГ и ПФ в присутствии хлорида кальция и следов минеральной кислоты.

Выход готового продукта составлял при этом от 75% до 85% считая на ПФ. Но указанный метод был  крайне неудобным в технологическом  отношении и был заменен. С 1960 года формаль-1 получали по методу, разработанному Р.А. Шляхтером, с одновременной отгонкой азеотропной смеси H₂O – ЭХГ. Параформальдегид и этиленхлоргидрин использовались в мольном соотношение 2,6:1, концентрация серной кислоты в реакционной смеси составляла 0,25 масс.%. При этом выход формаля значительно повышался за счет выведения образовавшейся воды, которая отгонялась в виде азеотропа.

Первая стадия процесса состояла в растворении ПФ в ЭХГ  при повышении температуры с  образованием полуацеталя. Затем проводился вакуумный синтез с одновременной ректификацией продуктов реакции, во время которой отбирались четыре фракции, представлявшие собой азеотроп  H₂O –ЭХГ, ЭХГ, смесь ЭХГ-формаль, формаль-ректификат. Водный ЭХГ при этом выводился из процесса, а ЭХГ и его смесь с формалем направлялись в рецикл.

В последние годы велись исследования по разработке технологического процесса получения 2,2-дихлордиэтилформаля  на основе хлоргидридов и диэтиленгликоля, выделенных из кубовых остатков производства ЭХГ. Данный способ получения применяется  по настоящее время на заводах отрасли.

Существует два метода синтеза 2,2-дихлордиэтилформаля:

1) классический

2) с повышенной дозировкой  серной кислоты.

С точки зрения сырьевых затрат более предпочтителен классический метод. Но при этом образуется 200 кг/тонну  формаля азеотропа ЭХГ- H₂O, который проблематично регенерировать и метод требует больших энергетических и тепловых затрат.

В случае сернокислотного  метода образуется кислотный слой, содержащий 40%-H₂SO₄, 40%-H₂O, 16%-ЭХГ, 4%-формаля, но отходов в данном случае образуется на 1 тонну формаля около 240 кг., зато по энергетическим и тепловым затратам этот метод более экономически выгодный.

Технология производства 2,2-дихлордиэтилформаля сернокислотным методом включает в себя следующие  стадии:

1.Синтез формаля-сырца

2.Отгон ЭХГ из формаля-сырца.

Синтез осуществляется при Т=65-70^оС. Реакция образования формаля сопровождается, как поглощением, так и выделением тепла. При образовании формаля поглощается 24,5 кДж/моль, а при растворении серной кислоты выделяется 70,5 кДж тепла на 1 моль вещества.

В результате образуется дихлордиэтилформаль, который содержит не более 24% высших формалей. Следует  также соблюдать температурный  режим отгона ЭХГ, который не должен превышать 100^оС, во избежание смолообразования формаля.

Процесс отгонки формаля ведется под вакуумом.

Выход формаля-сырца составляет 89% от теории.

Выход кондиционного  формаля составляет 85% от теории.

Таким образом, в качестве основного метода получения                                      2,2-дихлордиэтилформаля, выбран более экономически выгодный - метод с повышенной дозировкой серной кислоты.

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

2.1 Характеристика  сырья, полуфабрикатов и продукта

 

Исходное сырье и  вспомогательные материалы приведены  в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Исходное сырье  и вспомогательные материалы

Сырье и материалы	Номер государственного стандарта	Показатели качества обязательные для проверки	Нормы
1.Этиленхлор-гидрин (ЭХГ)	ТУ-6-01-687-77	1. Внешний вид       2. Содержание ЭХГ,%   3. Плотность при 20оС, г/см3	Прозрачная бесцветная или светло желтая жидкость Не менее 99,2     1,200-1,205
2.Параформальдегид (ПФ)	ТУ-6-09-141-03-89	1.Внешний вид           2. Содержание формальдегида,%	Кристаллический порошок  белого цвета с сильным запахом  формальдегида     Не менее 94-98
3. Кислота серная-техническая	ГОСТ 2184-77	1. Внешний вид       2. Массовая доля моногидрата,%   3. Содержание остатка после прокалывания,% хлоридов(CI),% нитратов (NO3),% аммонийных солей,% железа (Fe),%	Бесцветная, маслянистая  жидкость   Не менее 93,6-65,6     Не более 0,005 Не более 0,0001 Не более 0,0005 Не более 0,0005 Не более 0,0003
4.Метиловый-оранжевый	ГОСТ10816-64	-	-
5. 2,2-дихлордиэтил- формаль	ГОСТ 10815-64	1. Внешний вид   2. Массовая доля моногидрата	Светло желтая жидкость   Не менее 97%

2.2. Описание  технологической схемы производства

 

Процесс получения 2,2-дихлордиэтилформаля  осуществляется периодическим способом из этиленхлоргидрина и параформальдегида  в присутствии серной кислоты, используемой в качестве катализатора и средства для отделения реакционной воды от продукта реакции. Для обеспечения четкости границы разделения гетерофаз ( продукт – водный слой ) используется индикатор – метиловый оранжевый, добавляемый при загрузке исходных компонентов.