Высокоселективные газожидкостные химические процессы с большим тепловым эффектом и их аппаратурное оформление

• Автор: Бальчугов, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ангарск
• Количество страниц: 384 с. : ил.

1.1. Системный анализ газожидкостных химических процессов

1.2. Влияние теплового эффекта на химизм и селективность

процесса

1.3. Термодинамический анализ процесса хлорирования этилена

1.4. Классификация способов получения дихлорэтана в зависимости от способа отвода теплоты

1.5. Аппаратурное оформление газожидкостных процессов с большим тепловым эффектом

1.6. Кинетика процессов хемосорбции, протекающих с выделением теплоты

1.7. Гидродинамика газожидкостных реакторов

1.7.1 .Барботажные реакторы

1.7.2. Насадочные аппараты

1.7.3. Аппараты со струйным истечением газа в жидкость

1.8. Условия возникновения поверхностной конвекции в газожидкостных системах
1.9. Анализ факторов, влияющих на селективность жидкофазного хлорирования этилена
Выводы по главе
ГЛАВА 2. Эффекты капиллярной и термогравитационной конвекции в процессах с большим тепловым эффектом
2.1. Эффекты поверхностной конвекции при хемосорбции этилена при атмосферном давлении
2.2. Эффект поверхностной конвекции при хемосорбции
диоксида углерода водным раствором щелочи
2.3. Эффект поверхностной конвекции при хемосорбции этилена при повышенном давлении
2.4. Исследование механизма массопередачи при хемосорбции этилена на экспериментальной установке
2.5. Поверхностная конвекция при абсорбции хлора 1,2дихлорэтаном на горизонтальной поверхности
2.6. Экспериментальное исследование кинетики массоотдачи от одиночного пузырька при абсорбции и хемосорбции
2.7. Экспериментальное определение растворимости этилена в
1,2дихлорэтане
Выводы по главе
ГЛАВА 3. Разработка комплексных моделей зоны реакции и совершенствование низкотемпературного реактора
3.1. Комплексные модели зоны реакции
3.2. Интенсификация теплообмена в низкотемпературном реакторе
3.3. Разработка вакуумного реактора с комбинированным
отводом теплоты
Выводы по главе З
ГЛАВА 4. Оптимизация высокотемпературного реактора и
стабилизация циркуляции жидкости в газлифтном реакторе
4.1. Оптимизация высокотемпературного реактора
4.2. Причины, механизмы и способы управления пульсационной циркуляцией
В ы воды по главе 4
ГЛАВА 5. Новый способ получения 1,2дихлорэтана с
испарительным охлаждением реакционной среды .
5.1. Обоснование нового способа
5.2. Моделирование кинетики тепло и массообмена в
насадочном реакторе хлорирования этилена
5.3. Результаты промышленных испытаний нового способа получения дихлорэтана
5.4. Гидродинамическая устойчивость горизонтальной поверхности испарения
5.5. Тепло массообмен при образования пузыря в барботажном реакторе хлорирования этилена
5.6. Сравнение техникоэкономических показателей известных и усовершенствованных реакторов хлорирования этилена
Выводы по главе 5
ГЛАВА 6. Исследование процесса хлорирования этилена в опытпопромышленном реакторе с эжекционными
смесителями
6.1. Описание опытнопромышленного реактора
6.2. Результаты исследований эжекционного реактора
6.3. Методика расчета реактора хлорирования этилена с эжекционными смесителями
6.4. Применение разработанных подходов к совершенствованию других газожидкостных реакторов с большим тепловым эффектом
Выводы по главе 6
Основные выводы
Литература


Недостатком реакторов данного типа является зависимость их производительности от правильной организации теплоотвода и его интенсивности 4. Из реактора 2 смесь поступает на стадию выделения целевого продукта, которая заключается в ее отделении от абгазов, а также кислотной, щелочной и водной отмывке дихлорэтанасырца. Смесь из реактора самотеком поступает в промежуточную емкость 5, откуда насосом 6, в зависимости от уровня жидкости в емкости 5, подается на систему отмывки. Часть потока сырца насосом 6 периодически подается в емкость для растворения катализатора 4. Абгазы из реактора 2 и емкости 5 сбрасываются через огнепреградитель на рис. Поэтому перед огнепреградителсм для предотвращения взрыва предусмотрена подача азота в трубопровод сброса абгазов. Объемная доля кислорода в абгазах должна быть менее 7 . Полученный методом прямого хлорирования дихлорэтансырец содержит не прореагировавший хлор, хлорид железа, хлористый водород, для удаления которых он подвергается кислотной, щелочной и водной отмывке. С целью удаления хлористого водорода и хлорида железа дихлорэтансырец насосом 6 через смесительное сопло 7 подается в емкость 8. В смесительном сопле 7 происходит его смешение с циркуляционной водой. В процессе смешения I и растворяются в воде, а в емкости 8 происходит разделение слоев за счет разности плотностей жидкостей. Верхний водный слой, содержащий 3 и НС1, подается в смесительное сопло 7. Одной ступени кислотной отмывки недостаточно для эффективного извлечения примесей, поэтому в технологической схеме предусмотрена вторая ступень кислотной отмывки на рис. С, следы 3 и НС1 через смесительное сопло подается на щелочную отмывку в емкость . В смесительном сопле происходит смешение сырца и циркуляционной воды, подаваемой насосом 9, во всасывающий трубопровод которого поступает водный раствор щелочи концентрация масс. В процессе смешения содержащиеся в дихлорэтанесырце 2, 3 и НС1 превращаются в соединения , , 3. В емкости происходит разделение воднодихлорэтановой смеси за счет разности плотностей жидкостей. Расход сточных вод достигает 0 кг на одну тонну продукта. Преимуществом низкотемпературного хлорирования является высокая селективность ,5,8 , что объясняется низкой скоростью побочных реакций при температуре реакционной среды, достигающей С. Однако низкотемпературный процесс уступает высокотемпературному по таким важным показателям, как энергоемкость, производительность, поэтому в начале х годов в химической промышленности широкое распространение получил процесс высокотемпературного хлорирования этилена 1. Рис. Технологическая схема высокотемпературного процесса отличается простотой и компактностью рис. Стадия подготовки реагентов заключается в испарении жидкого хлора и нагревании его паров до температуры С в теплообменнике 1. Реактор 2 представляет собой вертикальную колонну с внутренней циркуляционной трубой. В нижней части аппарата установлены два распределительных устройства для подачи хлора и этилена в кольцевое пространство. В качестве катализатора прямого хлорирования используется хлорид железа, который образуется в результате взаимодействия хлора со стальной решеткой, расположенной в реакторе над барботерами, или вводится в аппарат в растворенном виде. Плотность газожидкостной смеси в межтрубном пространстве меньше плотности однородной жидкости внутри циркуляционной трубы, вследствие чего в реакторе возникает циркуляция жидкости. Температура в аппарате поддерживается 0 С. Тепло реакции отводится за счет испарения реакционной среды при ее кипении. Продукт, содержащий дихлорэтан, полихлориды, хлористый водород, этилен, азот, кислород, водород и следы хлора, удаляется в виде паров из верхней части реактора. Катализатор практически полностью остается в реакторе, где работает длительное время при незначительном расходе на единицу количества синтезированного продукта. Для поддержания уровня в реакторе в его нижнюю часть насосом подается возвратный дихлорэтансырец из емкости 5. Недостатком такого реактора является необходимость подачи избытка этилена 5 объемных для полного извлечения хлора.