Процессы оксихлорования.

          Переработка хлористого водорода методом окислительного хлорирования (оксихлорирования) нашла широкое распространение, прежде всего, в крупнотоннажных процессах, в 70-х – 90-х годах ХХ века. Тогда для полного исключения ацетиленового сырья потребовалось хлорирование этилена хлористым водородом, что оказалось возможным именно с помощью этого процесса. Переработка в этих целях дешёвого побочного хлористого водорода, полученного в любом из хлорорганических производств и доступность этилена открывают широкие возможности в этом направлении. Этот процесс решает ряд проблем: сбыта побочного HCl, уменьшения дефицита хлора и дальнейшее удешевление поливинилхлоридной смолы.           Оксихлорирование – процесс хлорирования углеводородов, протекающий при участии окисляющих агентов, в качестве которых обычно используют кислород, в частности, кислород воздуха. В основе окислительного хлорирования лежит каталитическое окисление HCl по Дикону:

                      кат, t, °С

2HCl + ½ O₂ ——— Cl₂ + H₂O

                    

Источником хлора в данном процессе, как правило, является хлористый водород. В качестве альтернативных хлорирующих агентов могут быть использованы хлор, хлорид аммония или хлориды металлов переменной валентности.

Первые исследования в области окислительного хлорирования были проведены ещё в 20-х годах прошлого века. При 390-450 °С отмечалось образование соответствущих хлорпроизводных, а также значительное сгорание исходных углеводородов. Получение хлора по Дикону было первым примером гетерогенного катализа, осуществлённого в промышленном масштабе. Дикон тогда предложил в качестве катализатора использовать хлорную медь, нанесённую на пемзу. В начале 30-х годов Проль разработал процесс оксихлорирования бензола до монохлорбензола, который был положен в основу синтеза фенола по методу Рашига. В 60-е годы был осуществлён процесс получения винилхлорида из С₂Н₄ и побочного HCl.

Основной способ проведения оксихлорирования – газофазный процесс с использованием катализаторов на носителях. В качестве катализаторов применяют соединения меди, щелочных, редкоземельных и некоторых других металлов на пористых носителях разного состава и строения.           В зависимости от исходного углеводородного сырья и температуры процессы оксихлорирования могут осуществляться по различным механизмам, обобщенные схемы которых были предложены в НИФХИ им.Л.Я.Карпова.

Одна из схем - сопряжение реакции окисления хлористого водорода

          2HCl + ½ O₂ → Cl₂ + H₂O        

Математические модели химических реакторов.

Центральным аппаратом в любой химико-технологической системе, включающей целый ряд машин и аппаратов, соединенных между собой различными связями, является химический реактор - аппарат, в котором протекает химический процесс. Выбор типа, конструкции и расчет химического реактора, создание системы управления его работой – одна из важных задач химической технологии.

Как и в случае других аппаратов, используемых в химической промышленности (теплообменных, массообменных и др.), для изучения, расчета и проектирования химических реакторов применяется метод моделирования.

Под математической моделью понимается некоторое упрощенное изображение процесса в реакторе, которое сохраняет наиболее существенные свойства реального объекта и передает их в математической форме. В зависимости от поставленной задачи математическая модель учитывает разное число признаков объекта и поэтому модель может быть широкой и узкой.

Материальный баланс – вещественное выражение закона сохранения массы вещества, согласно которому по всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших во взаимодействие, равна массе веществ, образовавшихся в результате взаимодействия. Применительно к материальному балансу любого технологического процесса это означает, что масса веществ, поступивших на технологическую операцию – приход, равна массе полученных веществ – расходу. Материальный баланс составляют по уравнению основной суммарной реакции с учетом параллельных и побочных реакций.

Материальный баланс непрерывно действующих проточных реакторов составляется, как правило, для установившегося (стационарного) режима, при котором общая масса веществ, поступивших в аппарат за данный период времени, равна массе веществ, вышедших из аппарата. Количество же всех веществ в аппарате постоянно, т. е. накопления или убыли суммарного количества веществ не происходит.