1 Исходное сырье; 2 испарение; 3 смешение с водородом; 4 реактор; 5 выде-
ление водорода из реакционной смеси; 6 разделение продуктов гидрирования;
7 Побочные продукты; 8 продукты гидрирования; 9 избыточный воздух;
10 Циркуляционный водород.
Для проведения процессов гидрирования применяются реакторы (рисунок 7.7) трубчатого или колонного типов с неподвижным слоем катализатора.
Рисунок 7.7 Реактор периодического действия для жидкофазного
гидрирования:
1 – исходное сырье; 2 – выносной холодильник; 3 – продукты реакции.
В реакторе катализатор размещается в специальной катализаторной коробке с перфорированным дном. Холодный водород или реакционная смесь подаются в кольцевое пространство между корпусом реактора и катализаторной коробкой для снятия части тепла и предохранения корпуса от действия высоких температур. Кроме того, по высоте коробки в нескольких местах вводится холодный водород. Таким образом, реакторы гидрирования заполнены парами горючей жидкости в смеси с водородом, находящимся под давлением.
Горючую среду в процессах гидрирования образуют горючие жидкости, которые используются в качестве сырья или получаются в результате технологического процесса. Особую опасность представляют горючие жидкости, нагретые в условиях производства до температуры самовоспламенения и более (для нагрева используют ВОТ). Технологическое оборудование, нагретое до температуры более 200 оС и находящееся под давлением газообразного водорода, подвергается активной водородной коррозии.
К специфическим источникам зажигания, которые могут возникать в процессе гидрирования, следует отнести разряды статического электричества и самовозгорание пирофорных соединений при контакте их с воздухом, например, при замене катализатора.
Пути распространения пожара в реакторах гидрирования связаны с возможностью появления неплотностей, повреждений, при повышении давления в реакторе и с выходом наружу паров горючей жидкости и водорода с самовоспламенением их при контакте с воздухом. Причины повышения давления: нарушение температурного режима (перегрев исходного сырья, ухудшение теплоотвода из реакционной зоны); сжатие и измельчение катализатора, что ведет к повышению гидравлического сопротивления; прогар труб, ведущий к авариям и пожару; попадание в реактор жидкого продукта.
Полимеризация это процесс получения полимерных соединений (полимеров) из низкомолекулярных веществ (мономеров), при этом взаимодействие молекул мономера (или мономеров) не сопровождается выделением побочных низкомолекулярных соединений. В качестве исходных веществ для реакций полимеризации применяются ненасыщенные соединения, имеющие двойные или тройные связи (этилен, ацетилен, винилхлорид, стирол, бутадиен и их производные). При полимеризации происходит разрыв двойной связи, в результате чего молекула реагирует с другими молекулами.
Процессы полимеризации используют для получения пластмасс, каучуков и других веществ.
Поликонденсация это процесс образования полимеров, при котором взаимодействие молекул мономеров сопровождается выделением побочных низкомолекулярных соединений (воды, спирта, хлористого водорода и др.).
Поликонденсация используется для получения полимеров, синтетических смол, кремнийорганических полимеров.
В качестве исходных веществ для реакций поликонденсации применяют низкомолекулярные вещества, содержащие реакционноспособные группы (гидроксильные, карбонильные, аминогруппы и др.).
В процессах полимеризации и поликонденсации в качестве катализаторов используют металлоорганические соединения, обладающие повышенной химической активностью, могут самовоспламеняться на воздухе (диэтилаллюминийхлорид, триизобутилаллюминий), а в качестве инициаторов органические перекиси и гидроперекиси (перекись бензоила, перекись водорода, гидроперекись изопропилбензола).
Процессы полимеризации (поликонденсации) в промышленности осуществляются тремя основными способами: блочным (рисунок 7.8), эмульсионным и полимеризацией в растворе. Блочная полимеризация протекает в среде полимеризующегося мономера в присутствии инициатора и под воздействием тепла или только под воздействием тепла – термическая полимеризация. Полимеру не дают остыть и выдавливают их реактора в виде ленты или жилки, которую после охлаждения измельчают, получая полимер в виде гранул.
Рисунок 7.8 – Принципиальная технологическая схема блочной полимеризации:
1 – подача исходного мономера; 2 – смеситель; 3 – подача инициатора;
4 – полимеризатор; 5 - выдавливание ленты или жилки полимера; 6 – грануляция;
7 – готовый полимер; 8 – добавки (краситель, регулятор и др.).
Если исходный мономер твердое вещество, его предварительно расплавляют, а затем смешивают с инициатором и другими добавками. В некоторых случаях (например, при получении полистирола) осуществляют предварительную полимеризацию мономера (на 30%), а затем смесь полимера и мономера поступает во вторую стадию полимеризации, на которой полимеризуется почти весь мономер. Блочной полимеризацией получают полистирол, полиэтилен высокого давления и другие вещества.
Эмульсионная полимеризация осуществляется в водной среде или в среде углеводородного растворителя. Мономер, водорастворимый инициатор, стабилизатор и другие добавки распределяются при интенсивном перемешивании в воде, в присутствии эмульгатора, образуя эмульсию. На скорость процесса эмульсионной полимеризации влияют: рН среды, температура, количество инициатора, скорость и интенсивность перемешивания. После окончания процесса эмульсию разрушают, добавляя кислоты или другие электролиты. Эмульсионной полимеризацией получают поливинилхлорид, полистирол.
Полимеризация в растворе проводится в среде растворителя, растворяющего мономер и полимер или только мономер. В первом случае продукт полимеризации представляет собой раствор полимера. В твердом виде полимер получают путем удаления из раствора растворителя и остатков мономера. Это достигается обработкой полимера горячей водой и водяным паром. Если полимер отделяется от воды, он высушивается и гранулируется, а если полимер не растворяется в применяемом растворителе, то по мере образования он выпадает из раствора в твердом виде в осадок и отделяется фильтрованием.
Горючую среду в процессах полимеризации составляют горючие жидкости (стирол, хлоропрен); ГГ (этилен, пропилен), в том числе СГГ (бутадиен, хлористый винил); горючие твердые вещества (фенол, капролактам), инициаторы и катализаторы.
Специфические источники зажигания: тепловое проявление химических процессов, в том числе самовозгорание металлоорганических соединений, тепло химических реакций, нагретые конструкции оборудования (температура при проведении реакции полимеризации колеблется в пределах 0 300 оС, а давление – 150 200 МПа).
Пути распространения пожара: взрыв, растекание мономеров, растворителей, расплавленных полимеров, горение их на больших площадях с выделением токсичных продуктов разложения.