Реферат Производство фреонов

Скачать 148.95 Kb.

Название	Реферат Производство фреонов
Дата публикации	21.12.2014
Размер	148.95 Kb.
Тип	Реферат

100-bal.ru > Химия > Реферат

Реферат

Производство фреонов

Содержание

стр.

Введение 3

1. Общая характеристика процессов галогенирования 4

2. Техника безопасности в процессах галогенирования 9

3. Химия и теоретические основы процесса получения фреонов 10

4. Технология процесса получения фреонов 11

Список литературы 14

Введение
Производство органических веществ зародилось очень давно, но первоначально оно базировалось на переработке растительного или животного сырья – выделение ценных веществ (сахар, масла) или их расщепление (мыло, спирт и др.). Органический синтез, т. е. получение более сложных веществ из сравнительно простых, зародился в середине XIX века на основе побочных продуктов коксования каменного угля, содержавших ароматические соединения. Затем, уже в XX веке как источники органического сырья все большую роль стали играть нефть и природный газ, добыча, транспорт и переработка которых более экономичны, чем для каменного угля. На этих трех видах ископаемого сырья главным образом и базируется промышленность органического синтеза. В процессах их физического разделения, термического или каталитического расщепления (коксование, крекинг, пиролиз, риформинг, конверсия) получают пять групп исходных веществ для синтеза многих тысяч других соединений:

1. Парафины (от метана СН₄ до углеводородов С₁₅ – С₄₀);

2. Олефины (С₂Н₄, С₃Н₆, С₄Н₈, С₅Н₁₀);

3. Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, нафталин);

4. Ацетилен;

5. Оксид углерода и синтез-газ (смесь СО и Н₂).

В своем развитии промышленность органического синтеза разделилась на ряд отраслей (технология красителей, лекарственных веществ, пластических масс, химических волокон и др.), среди которых важное место занимает промышленность основного органического и нефтехимического синтеза. Термин «основной» (или «тяжелый») органический синтез охватывает производство многотонажных продуктов, служащих основой для всей остальной органической технологии. В свою очередь, термин «нефтехимический» синтез появился в связи с преобразованием технологии органических веществ на нефтяное сырье и в обычном смысле слова (исключая получение неорганических веществ и полимеров) охватывает первичную химическую переработку углеводородов нефтяного происхождения. В этом плане он является частью основного органического синтеза, чем и обусловлено их объединенное начало.

1. Общая характеристика процессов галогенирования
1. Галогенпроизводные получают тремя основными путями: замещением, присоединением и расщеплением.

Заместительное (субститутивное) галогенирование состоит в замещении на атомы галогена других атомов или групп. Из них наибольшее значение имеет замещение атомов водорода

RH + CI₂ → RCI + HCI
которое может происходить при насыщенных и ненасыщенных атомах углерода или в ароматическом ядре. Способность к замещению сохраняется у различных производных углеводородов.

Замещение одного атома галогена на другой имеет значение для получения фтор-, бром- и йодопроизводных из более доступных хлорорганических соединений:
CCI₄ + 2HF → CCI₂F₂ + 2HCI
RCI + NaBr → RBr + NaCI
Замещение ОН- группы на атом галогена применяют для получения некоторых галогенопроизводных, а также хлорангидридов кислот:
ROH + HCI → RCI + H₂O
RCOOH + COCI₂ → RCOCI + CO₂ + HCI
Присоединительное (аддитивное) галогенирование – присоединение галогенирующих агентов к ненасыщенным соединениям имеет столь же большое практическое значение, как замещение. Свободные галогены способны присоединяться по связям С=С, С≡С и С_ар-С_ар:
CH₂=CH₂ + CI₂ → CICH₂-CH₂CI
CH≡CH + 2CI₂ → CHCI₂-CHCI₂
C₆H₆ + 3CI₂ → C₆H₆CI₆
Галогеноводороды присоединяются по двойной и тройной связям (гидрогалогенирование), а олефины вступают также в реакцию хлоргидрирования:
CH₂=CH₂ + HCI → CH₃-CH₂CI
CH≡CH + HCI → CH₂=CHCI
CH₂=CH₂ + CI₂ + H₂O → CH₂CI-CH₂OH + HCI

Способность к перечисленным реакциям аддитивного галогенирования сохраняется у многих производных ненасыщенных углеводородов.

Особый случай аддитивного хлорирования представляет присоединение хлора по атомам, находящимся в низшем валентном состоянии, например синтез фосгена из оксида углерода и хлора:
CO + CI₂ → COCI₂
Реакции расщепления хлорпроизводных приобретают все более важное значение. Из них наиболее легко происходит дегидрохлорирование (1), обратное присоединению HCI. Из-за предпочтительности протекания этой реакции другие процессы расщепления наблюдаются только при высокой температуре у перхлорпроизводных. Это – дихлорирование (2), обратное присоединению CI₂, и расщепление по углерод-углеродным связям, которое может происходить под действием хлора – хлоролиз (3), или хлоринолиз, или при повышенной температуре – пиролиз (4):
CH₂CI-CH₂CI

CH₂=CHCI + HCI
CCI₃-CCI₃

CCI₂=CCI₂ + CI₂
CCI₃-CCI₃ + CI₂

2CCI₄
CCI₃-CCI₂-CCI₃

CCI₄ + CCI₂=CCI₂
2. Термодинамика реакций галогенирования

Реакции галогенирования сильно различаются энергетическими характеристиками, что предопределяет их существенные особенности. Ниже сопоставлены тепловые эффекты реакций с участием фтора, хлора, брома и йода для идеального газообразного состояния веществ:

Как видно из приведенных данных, тепловой эффект уменьшается в ряду F₂ > CI₂ > Br₂ > I₂, причем особое место занимают реакции фторирования и йодирования. Первые сопровождаются очень большим выделением тепла, превышающим энергию разрыва связей С-С и С-Н. Если не принять особых мер, это приведет к глубокому разложению органического вещества. С другой стороны, йодирование протекает очень небольшим или даже отрицательным тепловым эффектом и, в отличие от реакций с фтором, хлором и бромом, является обратимым. Это наряду с низкой активностью йода как реагента заставляет получать йодопроизводные другими путями. Впрочем, они производятся в малых масштабах и не принадлежат к продуктам основного органического и нефтехимического синтеза.

Тепловые эффекты некоторых реакций с участием галогеноводородов при идеальном газообразном состоянии веществ таковы:

C₂H₄ + HF → C₂H₅F (

)
C₂H₄ + HCI → C₂H₅CI (

)
C₂H₄ + HBr → C₂H₅Br (

)
C₂H₄ + HI → C₂H₅I (

)
C₂H₅OH

C₂H₅CI (

)
Все эти реакции экзотермичны, причем для галогеноводородов различие

меньше, чем для свободных галогенов. Важно, что все реакции с участием галогеноводородов обратимы.
3. Галогенирующие агенты

Наибольшее значение в качестве галогенирующих агентов имеют свободные галогены и безводные галогеноводороды. Их температуры кипения при атмосферном давлении приведены в таблице 1.
Таблица 1
Температура кипения галогенов и галогеноводородов при атмосферном давлении

Наименование	Температура
1	2
F₂	- 188,0
CI₂	- 34,6
Br₂	58,8
HF	19,4

продолжение таблицы 1

1	2
HCI	- 83,7
HBr	- 67,0

Все они растворимы в органических жидкостях (Br₂ > CI₂ > F₂ и HBr > HCI > HF), что весьма важно для проведения жидкофазных процессов галогенирования. Имеют резкий запах, раздражают слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, а свободные галогены обладают, кроме того, удушающим действием. Особенно опасны фтор и фторид водорода, способные разъедать кожные покровы и костную ткань.

Хлор получают электролизом водных растворов NaCI (рассолы), когда одновременно образуются водород и электролитическая щелочь:
CI^-

0,5CI₂
H⁺

0,5H₂
Na⁺ + HO^- → NaOH

Получаемый при этом хлор-газ имеет концентрацию ≈ 92 % CI₂ и содержит примеси N₂, O₂ и CO. Их можно отделить путем сжижения хлора, испарение которого дает чистый продукт, часто более предпочтительный для процессов хлорирования.

Хлорид водорода получают высокотемпературным синтезом из водорода и хлора:
H₂ + CI₂ → 2HCI
Фтор производят электролизом расплава гидродифторида калия KHF₂, а безводный фторид водорода – действием серной кислоты на плавиковый шпат:
F^-

0,5F₂
H⁺

0,5H₂
CaF₂ + H₂SO₄ → CaSO₄ + 2HF
Все галогенирующие агенты агрессивны по отношению к материалу аппаратуры, причем их корродирующее действие особенно возрастает в присутствии даже следов влаги. Поэтому в процессах фторирования для изготовления аппаратуры применяют медь или никель, а при хлорировании и бромировании защищают стальной корпус эмалями, свинцом или керамическими материалами, используют также специальные сорта сталей, графит, секло и для изготовления труб – свинец. Для снижения коррозии как галогенирующие, так и органические реагенты нужно подвергать осушке.

2. Техника безопасности в процессах галогенирования
Кроме общих вопросов, связанных с токсичностью и взрывоопасностью исходных веществ (углеводороды, оксид углерода), при галогенировании возникает и ряд специфических условий техники безопасности.

Не только галогенирующие агенты, но и получаемые галогенпроизводные часто обладают повышенной токсичностью. Они влияют на центральную нервную систему, оказывают угнетающее или наркотическое действие (хлороформ, хлораль), раздражают слизистые оболочки глаз и дыхательных путей (бензилхлорид, хлорацетон), а фосген оказывает удушающее действие. Вследствие этого при галогенировании предъявляются повышенные требования к герметичности оборудования и вентиляции цехов. На рабочих местах необходимы средства оказания первой помощи и противогазы.

Свободные галогены подобно кислороду и воздуху могут давать с углеводородами и оксидом углерода взрывоопасные смеси. Процесс их горения в атмосфере галогенов очень экзотермичен и при определенных концентрациях переходит во взрыв. Нижний и верхний пределы взрываемости для смесей низших парафинов и олефинов с хлором лежат в интервале от 5 до 60% (об.) углеводорода. Это предопределяет необходимость принятия специальных мер безопасности при смешении углеводородов с галогенами, особенно при высокотемпературных газовых реакциях. Но взрывоопасность этих производств еще более усиливается тем, что многие галогенопроизводные дают взрывоопасные смеси с воздухом. Так, пределы взрываемости в смесях с воздухом составляют (об.):
CH₃CI – 7,6 ÷ 19,0
C₂H₅CI – 3,8 ÷ 15,4

C₂H₄CI₂ – 6,2 ÷ 16,0
При увеличении числа атомов галогена в молекуле взрывоопасность соединения снижается, а тетрахлорид метана даже применяют для тушения пожаров.

3. Химия и теоретические основы процесса получения фреонов
Фреонами или хладонами называют фторхлорпроизводные метана и этана. Это – газообразные вещества или низкокипящие жидкости со слабым запахом, очень мало токсичные и совершенно негорючие. Такие свойства обеспечили их широкое использование в качестве хладагентов в холодильных машинах. Важной областью применения фреонов является аэрозольное распыление некоторых веществ. Фреоны являются также промежуточными продуктами в производстве фторолефинов.

Для фреонов установлены сокращенные названия, соответствующие их химическому составу, - фреон-12, фреон-114 и т. д. Последняя цифра указывает число атомов фтора, вторая цифра, вторая цифра справа на единицу больше числа атомов водорода, а первая слева – на единицу меньше числа атомов углерода в молекуле. Так, во фреоне-12 имеются два атома фтора, нет водорода и есть один атом углерода, что дает формулу CCI₂F₂. Фреон-113 является производным этана с формулой C₂CI₃F₃ и т. д.

Важнейшие фреоны получают в промышленности замещением атомов хлора на фтор в хлороформе, тетрахлорметане, тетра-, пента- и гексахлорэтане и метилхлороформе. Ниже приведены названия некоторых фреонов и температуры их кипения (или конденсации) при атмосферном давлении:
CHCI₃ → CHCI₂F → CHCIF₂ → CHF₃

фреон-21

(+8,90С)

фреон-22

(-40,8⁰С)

фреон-23

(-82,2⁰С)

CCI₄ → CCI₃F → CCI₂F₂ → CCIF₃

фреон-11

(+23,70С)

фреон-12

(-29,80С)

фреон-13

(-81,5⁰С)

CCI₃-CCI₃ → CCI₂F-CCIF₂ → CCIF₂-CCIF₂ → CCIF₂-CF₃

фреон-113

(+47,5⁰С)

фреон-114

(+3,5⁰С)

фреон-115

(-38⁰С)

Наибольшее значение в технике имеют фреон-12, фреон-22 и фреон-113. При глубоком охлаждении используют низкокипящие фреон-13 и фреон-23.

4. Технология процесса получения фреонов
В качестве типичного примера рассматривается производство дифтордихлорметана – фреона-12 из тетрахлорметана и безводного фторида водорода в присутствии галогенидов сурьмы. Реакция проводится при 100⁰С и 3 МПа; при этом давлении CCI₄, CCI₃F и HF находятся в жидком состоянии и CCI₂F₂ можно отгонять по мере образования, чем предотвращается получение значительных количеств CCIF₃.

Технологическая схема производства фреона-12 изображена на рис. 1. Тетрахлорметан и жидкий фторид водорода подают насосами 1 и 2 под давлением в реактор 3, где находится жидкий катализатор (смесь хлоридов и фторидов трех- и пятивалентной сурьмы, разбавленная исходными реагентами и недофторированным продуктом). Туда же периодически, небольшими порциями подают хлор.

Реактор представляет собой стальной аппарат с антикоррозионным покрытием, снабженный паровой рубашкой, дефлегмирующей насадочной колонкой 4 и обратным конденсатором 5. Образующийся HCI уносит с собой пары органических веществ и фторид водорода. В колонке 4 происходит дефлегмация паров, причем тетрахлорметан и монофтортрихлорметан возвращаются в реактор. Для создания флегмы конденсируют часть паров дифтордихлорметана в конденсаторе 5 и возвращают на орошение колонки 4.

Парогазовая смесь, выходящая из конденсатора 5, содержит главным образом хлорид водорода и дифтордихлорметан с примесью момнофтортрихлорметана, монохлортрифторметана и фторида водорода. После снижения давления почти до атмосферного в дроссельном вентиле 6 HF отделяется в башне 7, заполненной кусками фторида калия. Последний реагирует с HF, образуя KHF₂, который можно использовать для получения фтора методом электролиза. На схеме изображена простейшая очистка путем абсорбции избытком воды в скруббере 8 и водной щелочью в скруббере 9. Осушку оставшегося газа можно проводить концентрированной серной кислотой, циркулирующей в колонне 10.

Для разделения фторхлорпроизводных используют низкотемпературную ректификацию. Пары сжимают компрессором 13 до давления 1,0-1,2 МПа и охлаждают рассолом в холодильнике 11 до минус 10 – минус 15⁰С. Образовавшийся конденсат поступает на разделительную установку, состоящую из нескольких ректификационных колонн.

Легкая фракция состоит из монохлортрифторметана (с небольшой примесью дифтордихлорметана), который является побочным продуктом производства. Тяжелый остаток после ректификации содержит монофтортрихлорметан, возвращаемый в реактор. Целевая фракция фреона-12 получается в жидком виде под давлением. Для использования в качестве хладагента ее приходится дополнительно осушать – вымораживанием влаги или обработкой твердыми адсорбентами, например цеолитами.

В последнее время для получения фреонов разработан и внедрен в промышленность газовый синтез из CCI₄ и HF в псевдооженном слое гетерогенного катализатора на основе сурьмы при 400⁰С. Подобно совмещенным процессам хлорирования, предложено совмещать хлорирование углеводорода (CH₄, C₂H₆) с замещением хлора при помощи HF. Реакцию проводят, регулируя температуру за счет рециркуляции непревращенных и недостаточно профторированных хлорпроизводных.

Рис. 1 Технологическая схема производства фреона-12

1,2. Насосы, 3. Реактор, 4. Дефлегмирующая колонка, 5. Обратный конденсатор, 6. Дроссельный вентиль, 7. Очистная башня, 8, 9. Скрубберы, 10. Осушительная колонна, 11. Холодильник, 12. Газоотделитель, 13. Компрессор

Список литературы
1. Габриэлян О. С., Остроумов И. Г. Химия. М., Дрофа, 2008;

2. Чичибабин А. Е. Основные начала органической химии. М., Госхимиздат, 1963. – 922 с.;

3. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М., Химия. 1988. – 592 с.;

4. Паушкин Я. М., Адельсон С. В., Вишнякова Т. П. Технология нефтехимического синтеза. М., 1973. – 448 с.;

5. Юкельсон И. И. Технология основного органического синтеза. М., «Химия», 1968.

Добавить документ в свой блог или на сайт

	Информация о лёгкой промышленности за 1 квартал 2012 года Легкая промышленность – комплексная отрасль, включающая следующие виды экономической деятельности: «текстильное и швейное производство»...		Реферат пишется по тематике курса «экономическая теория» Общественное производство и его структура. Проблема выбора в экономике. Граница производственных возможностей
	Программа дисциплины «Исполнительное производство» Поэтому исполнительное производство изучается как самостоятельный предмет, связанный не только с курсами гражданского и арбитражного...		Рабочая программа по дисциплине сд. 02. Земледелие Производство продуктов питания — с давних пор основная задача земледельца, так же как производство кормов для животноводства и сырья...
	Перечень видов ремесленной деятельности в Санкт-Петербурге «Производство ювелирных изделий, медалей и технических изделий из драгоценных металлов и драгоценных камней; производство монет»		Модуль Экономическая сфера жизни общества (8 класс) Ограниченность ресурсов и безграничность потребностей человечества. Производительные силы: рабочая сила и средства производства....
	Человек и общество Но само оно, опять-таки, бывает двоякого рода. С одной стороны производство средств к жизни: предметов питания, одежды, жилища и...		Реферат Теория и практика культурных индустрий Творческие индустрии объединяют отрасли, в основе которых лежит производство и эксплуатация интеллектуальной собственности, например,...
	«Экономические проблемы энергетического комплекса» Это в 2,3 раза больше, чем идет топлива на производство электроэнергии. В холодные зимы эта цифра вырастает ещё на 30-50 млн т у...		Курсовая работа по курсу «Экономический анализ» на тему «Экономический... Сводный учет затрат на производство и калькулирование отчетной себестоимости 18
	Реферат в состав отчета по практике входит Стекло, предприятие, кирпич, производство кирпича, глина, печи, обжиг, обработка стекла, резка, закалка, прочность, шлифовка, резка...		Реферат по теме «Современное технологическое оснащение» С каждым днем все больше и больше развивается производство в отрасли машиностроения, а вместе с ним происходит процесс модернизации...
	Учебно-методический комплекс дисциплины «исполнительное производство» Программа учебной дисциплины «Исполнительное производство» федерального компонента цикла опд (СД, дс) составлена в соответствии...		Реферат По предмету: «Уголовно-процессуальное право» На тему: Апелляционное... Апелляция (лат appellatio – обращение) – обращение к вышестоящему (апелляционному) суду с целью пересмотра постановления нижестоящего...
	Методические рекомендации для студентов Методические рекомендации... Парето-эффективность, технология, общественное производство, экономические ресурсы, факторы производства, предпринимательство, разделение...		Реферат: «Каталитические и гидрокаталитические процессы переработки нефти» Производство топлив, отвечающих современным требованиям, невозможно без применения таких процессов, как каталитический крекинг,...

Реферат Производство фреонов

Похожие: