Proiectare instalație obținere tricloretilenă

1.Prezentare generala

In aceasta lucrare s-a urmarit proiectarea si montarea unei instalatii de obtinere a tricloretilenei. Productia de tricloretilena este de 20250 t/an iar timpul de functionare al instalatiei este de 8000 h/an.

Instalatia simplificata ce este luata in considerare are ca materii prime etilena, clorul si percloretilena, introdusa pentru a prelua caldura de reactie.

Instalatia are scopul de a produce tricloretilena, dar pe langa aceasta se obtin si produsi secundari cum ar fi percloretilena si acid clorhidric de puritate mare.

Instalatia este prevazuta cu doua reactoare. Primul reactor este utilizat pentru clorurarea etilenei. Este un reactor adiabat vertical in care are loc o reactive puternic exoterma. De asemenea, reactorul este prevazut cu o manta de racire cu aer, pentru mentine temperature peretelui mai scazuta in scopul reducerii coroziunii. Al doilea reactor al instalatiei are scopul de a recupera clorul sub forma de produsi clorurati. Gazele cu acid clorhidric sunt supuse reactiei cu o cantitate suplimentara de etilena. Acest reactor este de tip adiabat, cu catalizator in strat fix ce lucreaza la temperaturi moderate (50-60°C).

Pentru obtinerea tricloretilenei de puritate mare s-au utilizat doua coloane de rectificare cu talere. Una dintre ele are scopul de a separa percloretilena de tricoloretilena si tetraclorura de carbon iar cea de-a doua separa tetraclorura de carbon de tricloretilena.

De asemenea instalatia este prevazuta cu 3 separatoare de faza.

In schema tehnologica utilajele sunt dispuse pe un singur nivel. Instalatia este automatizata, aparatele de masura si control fiind prezentate in proiect.

2. Tehnologie de obtinere tricloretilena

2.1 Scurt istoric

Dintre derivatii clorurati nesaturati cu doi atomi de carbon, in afara de clorura de vinil, prezinta importanta industriala tricloretilena si percloretilena ca solvent pentru un numar mare de substante organice natural si sintetice.

Tricloretilena (ClHC=CCl2) a fost obtinuta intaia oara in 1864 de Fischer in cursul experientelor de reducere a hexacloretanului cu hydrogen. Pana in anul 1920 ea a fost folosita in cantitati mici. Odata cu dezvoltarea tehnicilor de degresare a metalelor, productia de tricloretilena a crescut rapid. Tricloretilena a inlocuit tetraclorura de carbon ca solvent in operatiile de spalare uscata.

2.2 Metode de obtinere a tricloretilenei

Ca si in cazul altor produsi clorurati exista trei cai de obtinere a tricloretilenei, pornind de la acetilena, etilena sau etan.

Pentru obtinerea tricloretilenei competitia are loc intre acetilena, etilena si etan. Pana in anul 1950, cand etilena a ionceput sa se produca pe scara mare, singura sursa de materii prime pentru fabricarea produsilor clorurati din seria C2 a fost acetilena. Aceasta era produsa prin reactia carbidului cu apa. Inlocuirea acetilenei de catre etilena in seintezele chimice traditionale s-a extins si asupra derivatilor clorurati. Etilena s-a impus fata de acetilena datorita costului de circa 4 ori mai scazut. Instalatiile construite in ultimii ani folosesc aproape exclusive procedee de clorurare a etilenei la temperature ridicate. Cea mai mare parte din productia anuala de triucloretilena se obtine pe aceasta cale.Procedeele din acetilena se mai utilizeaza si in present, mai ales la capacitate mici si in unitati lipsite de instalatii de producere a etilenei. Acetilena se poate obtine usor, cu investitii minime, in orice amplasament.

Aparitia procedeului ,,transact” a facut ca etanul sa devina o sursa potential de materii prime pentru obtinerea produsilor clorurati. Costul etanului este de circa noua ori mai mic decat cel al acetilenei. In unele zari, ca de exemplu S.U.A., exista zacaminte de gaze natural constituite aproape exclusive din etan. Etanul poate fi separate prin fractionare la temperature scazute, din gazelle ce insotesc tineiul (gaze de schela). Cantitati importante de etan rezulta din instalatiile de piroliza a fractiunilor petroliere lichide si gazoase. Amestecuri de etan-etilena pot fi de asemenea, obtinute din gazelle de rafinarie (cracare catalitica, reformare, hidrocracare). Procedeul ,,transcat”’ poate utilize ca materie prima, pe langa etan, produsi partial clorurati ce rezulta ca produse secundare din alte fabricatii, in special de la fabricarea clorurii de vinil prin oxiclorurarea etilenei. In acest fel se recupereaza atat hidrocarbura, cat si clorul continut in produsii clorurati respective. In ceea ce priveste al doilea reactant – clorul, acesta se ontine in conditii avantajoase prin electroliza. Procedeul ,,transact” prezinta avantajul ca poate utilize drept al doilea reactant, in afara de clor, acid clorhidric sau produsi clorurati reziduali. In general, exista disponibilitati de acid clorhidric, acesta rezultand in cantitati mari ca produs secundar in diverse sinteze organice. Acest procedeu, la aparitia lui in 1967, a fost considerat ca un procedeu al viitorului, folosind o materie prima ieftina – etanul. Acest procedeu care poate fi aplicat pentru fabricarea de diferiti produsi clorurati, desi experimentat in instalatie pilor de Lummus in colaborare cu Armstrong Cork, nu a fost realizat inca la scara industrial.

3. Obtinerea tricloretilenei din etilena

Tricloretilena poate fi obtinuta prin clorurarea etilenei la 1,2-dicloretan si conversia acestuia la tricloretilena. In ceea ce priveste conversia 1,2 – dicloretanului la tricloretilena exista numeroase alternative de realizare a acestui proces. Astfel, prin reactia dintre dicloretan si un amestec de clor si oxigen sau acid clorhidric si oxigen la temperaturi de 400 C se obtine direct tricloretilena. Clorurarea poate fi efectuata la 380 – 510 C cu un amestec de aer si clor in prezenta unui catalizator de clorura de cupru sau clorura de cupru potasiu. 1,2 – Dicloretanul poate fi convertit la tricloretilena prin clorurare in strat fluid la 340-450 C. Si alti produsi clorurati din seria C2-C4 pot fi clorurati la tricloretilena la temperaturi de 290-500 C folosind catalizatori de clorura de cupru sau clorura de cupru zinc. Un amestec de 1,2 dicloretan si 1,1,2 tricloretan poate fi clorurat la temperature ridicate la tricloretilena.