work _1_Zybina D_A

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Школа: Инженерная школа природных ресурсов

Направление подготовки (специальность) 18.03.01 Химическая технология

Отделение школы (НОЦ): Отделение химической инженерии

Разработка принципиальной технологической схемы производства органического вещества

Задание № 1

Вариант (4)

по дисциплине «Основы проектирования производств продуктов нефтегазохимии и полимеров»

Исполнитель Д.А. Зыбина

Студент группы (подпись) З-2Д11

13.03.2026

Руководитель

Профессор ОХИ, ИШПР

Доктор технических наук (подпись) В.Г. Бондалетов

13.03.2026

Томск 2026

1 Цель задания: Разработать принципиальную технологическую схему получения органического вещества - хлорбензола.

2 Свойства и области применения

Хлорбензол представляет собой бесцветную, легковоспламеняющуюся жидкость со сладким миндальным запахом. Его молекулярная формула – C₆H₅Cl, а относительная молекулярная масса составляет 112,56 г/моль.

В таблице 1 приведены некоторые физико-химические свойства хлорбензола.

Таблица 1 - Физико-химические свойства хлорбензола

Параметр	Значение
Плотность при 20°C	1,11 г/см³
Температура кипения	132°C
Температура плавления	-45,6°C
Температура вспышки	27°C
Температура самовоспламенения	590°C

В таблице 2 приведена сводная информация об областях применения хлорбензола

Таблица 2 – Сводная информация об областях применения хлорбензола [1-5]

Отрасль	Основное направление	Предпочтительная марка	Функционал
Химическая промышленность	Синтез нитрохлорбензолов, анилина, фенола и других интермедиатов	Технический (промышленный)	Сырье для многотоннажного органического синтеза
Производство пестицидов и гербицидов	Синтез гербицидов и пестицидов (например, исторически для DDT)	Технический (≥99%)	Интермедиат для активных веществ, растворитель формуляций
Производство красителей	Синтез красителей и пигментов	Технический	Интермедиат в производстве красящих веществ

Продолжение таблицы 2

Производство полимеров и резины	Синтез химикатов для резины, растворитель для полимеров	Reagent grade	Растворитель для смол, восков и каучуков, улучшение свойств материалов
Лакокрасочные материалы	Растворитель для красок, адгезивов, средств для удаления краски	Технический	Высококипящий растворитель для покрытий и клеев
Электроника и приборостроение	Обезжиривание и очистка деталей, растворитель в производстве	ACS reagent (≥99.5%)	Быстрая испаряемость, удаление жиров без остатка
Фармацевтическая промышленность	Интермедиат для синтеза лекарств	High purity (ReagentPlus ≥99%)	Сырье для производства фармацевтических веществ
Текстильная промышленность	Носитель красителей, агент для набухания волокон	Технический	Перенос красителей, улучшение проникновения в ткани
Бытовая химия	Удаление жиров, смол и загрязнений в чистящих средствах	Industrial (технический)	Эффективное растворение масел и смол в очистителях

2 Технологическая схема [6]

Непрерывное хлорирование бензола осуществляется в колонном реакторе 1, выполненном из углеродистой стали. Реактор футерован диабазовой плиткой и заполнен стальными кольцами. Поступающий на хлорирование бензол предварительно подвергают азеотропной осушке. Процесс проводят при температуре кипения реакционной массы (80-85°С). Катализатором является хлорид трехвалентного железа, образующийся в ходе парогазовая смесь, хлорирования при медленном растворении стальной насадки.

Мольное соотношение бензола и хлора поддерживают, равным 3,5 ± 1:1, а содержание хлорбензола - примерно 40%. Выделяющееся тепло расходуется на испарение бензола и хлорбензола. Образующиеся пары вместе с хлороводородом (хлор отсутствует) отводят из верхней части реактора и охлаждают в графитовом теплообменнике 2 до температуры ниже 0°С. Сконденсировавшийся бензол в газосепараторе 3 возвращают в реактор, а хлороводород, содержащий минимальное количество бензола, направляют в абсорбер 4 для окончательного улавливания бензола. В качестве абсорбента используют о-дихлорбензол, побочно образующийся при хлорировании.

Очищенный от бензола газ поступает в абсорбер 5, орошаемый разбавленной (3-5%-ной) соляной кислотой, охлажденной в теплообменнике 6. Там поглощается основная масса хлороводорода и образуется товарная 30%-ная соляная кислота. Газ вместе с парами соляной кислоты с верха абсорбера 5 направляют в абсорбер 7, орошаемый водой. Здесь происходит окончательное поглощение хлороводорода, а полученную 3-5%-ную соляную кислоту подают на орошение абсорбера 5. Очищенный газ выводят в атмосферу.

Жидкие продукты из реактора непрерывно поступают на стадию отмывки от растворенных хлорида железа и хлороводорода. Для этого из низа реактора подают в систему противоточных колонн реакционную массу, где ее промывают сначала водой (в аппарате 8 и 9), затем разбавленным раствором щелочи (в аппарате 10 и 11) и снова водой (в аппарате 12 и 13). Промытые продукты передают на установку непрерывного выделения хлорбензола, состоящую из двух насадочных стальных ректификационных колонн 14 и 15. Первая колонна служит для отгонки воды и бензола. Бензол после отстаивания и отделения влаги вместе с исходным бензолом направляют на стадию азеотропной осушки. Вторая колонна предназначена для выделения товарного хлорбензола.

Рисунок 4 – Технологическая схема процесса получения этанола прямой гидратацией этилена:

1, – реактор; 2, 6 – графитовые теплообменники; 3 – газосепаратор; 4, 5, 7 –абсорберы; 8, 10, 12 – промывные колонны; 9, 11, 13 – сепараторы; 14, 15 –ректификационные колонны.

На 1 т готового продукта расходуется 694 кг бензола и 639 кг хлора. Побочными продуктами производства являются полихлориды бензола, которые используют 1,4- и 1,2-дихлорбензолов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Chlorobenzene Properties, Uses & Nitration – URL: https://study.com/learn/lesson/chlorobenzene-reaction-solubility.html (дата обращения: 13.03.2026)

2. Uses of Chlorobenzene – URL: https://www.chemicalbook.com/article/uses-of-chlorobenzene.html (дата обращения: 13.03.2026)

3. ГОСТ 646-84. ХЛОРБЕНЗОЛ ТЕХНИЧЕСКИЙ. Технические условия – М.: Издательство стандартов, 1997.

4. Chlorobenzene – URL: https://foodcom.pl/ru/term-e/e1510/ (дата обращения: 13.03.2026)

5. Chlorobenzene, HPLC Grade, 99.5% – URL: https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-04/documents/chlorobenzene.pdf (дата обращения: 13.03.2026)

6. Капкин В. Д., Савинецкая Г.А., Чапурин В.И. Технология органического синтеза / В. Д. Капкин, Г. А. Савинецкая, В. И. Чапурин. – М.: Химия – 1987. – 400 с.