亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        乙炔與二氯乙烷反應(yīng)體系熱力學(xué)分析

        2021-08-10 07:47:18董志林任仕杰李培丞姜戰(zhàn)曹海金趙基鋼
        應(yīng)用化工 2021年7期
        關(guān)鍵詞:二氯乙烷分率平衡常數(shù)

        董志林,任仕杰,李培丞,姜戰(zhàn),曹海金,趙基鋼

        (綠色能源化工國際聯(lián)合研究中心 華東理工大學(xué),上海 200237)

        氯乙烯(VCM)是生產(chǎn)聚氯乙烯的重要化工原料[1]。氯乙烯生產(chǎn)工藝有乙烯氧氯化和乙炔氫氯化兩種方法,其中乙炔氫氯化法在我國占據(jù)主導(dǎo)地位。乙炔氫氯化法催化劑氯化汞存在嚴重的環(huán)境污染問題。為解決該工藝汞污染問題,有多名學(xué)者對無汞催化劑生產(chǎn)氯乙烯做了大量研究[2-9],也有學(xué)者提出以乙炔與1,2-二氯乙烷為原料生產(chǎn)氯乙烯的新路線[10-11]。本文通過化工流程模擬軟件中的RGibbs與REquil反應(yīng)器模塊對乙炔與1,2-二氯乙烷反應(yīng)體系進行熱力學(xué)模擬分析,熱力學(xué)平衡的計算能夠考察化學(xué)反應(yīng)方向與限度,具有一定的理論和現(xiàn)實意義[12]。

        1 乙炔與二氯乙烷反應(yīng)過程分析

        乙炔與1,2-二氯乙烷制備氯乙烯過程,一般認為該反應(yīng)分兩步進行,首先1,2-二氯乙烷在催化劑條件下裂解,生成氯乙烯和氯化氫,如反應(yīng)式(1)。

        (1)

        反應(yīng)生成的氯化氫與乙炔在催化劑條件下生成氯乙烯,如反應(yīng)式(2)。

        (2)

        二者反應(yīng)結(jié)合為乙炔與1,2-二氯乙烷在催化劑條件下生成兩分子氯乙烯,如反應(yīng)式(3)。

        (3)

        在實際反應(yīng)過程中還存在副反應(yīng),氯化氫與氯乙烯加成,生成1,1-二氯乙烷,如反應(yīng)式(4)。

        (4)

        此外,反應(yīng)過程中也會出現(xiàn)聚合反應(yīng)。由于聚合反應(yīng)較為復(fù)雜,本文只討論兩分子之間的聚合反應(yīng)。反應(yīng)生成的氯乙烯可能自身發(fā)生聚合反應(yīng),生成1,3-二氯-二丁烯,如反應(yīng)式(5)。原料乙炔存在自身反生聚合反應(yīng),生成乙烯基乙炔,如反應(yīng)式(6)。氯乙烯和乙炔也可以發(fā)生聚合反應(yīng),如反應(yīng)式(7)。

        (5)

        (6)

        2 熱力學(xué)參數(shù)和反應(yīng)體系計算方法

        2.1 標準狀態(tài)下熱力學(xué)參數(shù)

        各物質(zhì)在298 K、0.1 MPa下的標準熵和標準摩爾生成焓見表1[13-14]。

        表1 標準熱力學(xué)性質(zhì)表Table 1 Standard thermodynamic properties table

        2.2 標準狀態(tài)下反應(yīng)可行性熱力學(xué)分析

        標準熵變:

        標準摩爾反應(yīng)焓:

        表2 298 K時反應(yīng)熱力學(xué)計算結(jié)果Table 2 Calculation results of reaction thermodynamics at 298 K

        標準Gibbs 自由能:

        2.3 模擬計算

        在AspenPlus11.0 中建立主工藝流程,RGibbs 工藝流程圖見圖1。

        圖1 RGibbs 工藝流程圖Fig.1 RGibbs process flow chart1.C2H2;2.CH2ClCH2Cl

        C2H2與CH2ClCH2Cl的摩爾流量均為1 mol/h,在25 ℃常壓下進行混合?;旌蠚怏w進入RGibbs反應(yīng)器進行反應(yīng),反應(yīng)器壓力為0.1 MPa;物性方程選用RK-SOAVE,采用靈敏度分析Sensitivity工具,分別計算了單一反應(yīng)時乙炔的平衡轉(zhuǎn)化率以及不考慮聚合反應(yīng)和考慮聚合反應(yīng)兩種理想反應(yīng)情況下100~500 ℃時各產(chǎn)物的平衡收率。REquil反應(yīng)器流程圖見圖2。

        圖2 REquil反應(yīng)器流程圖Fig.2 Flow chart of REquil reactor1.C2H2;2.CH2ClCH2Cl

        以乙炔氫氯化反應(yīng)為例,C2H2與CH2ClCH2Cl的摩爾流量為1 mol/h,在25 ℃常壓下進行混合,混合氣體進入REquil反應(yīng)器反應(yīng),使用靈敏度Sensitivity工具,分別考察了二氯乙烷裂解反應(yīng)、乙炔氫氯化反應(yīng)以及二者協(xié)同反應(yīng)三種理想情況下,在100~600 ℃時的反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率,并估算了二者的平衡常數(shù)。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 標準狀態(tài)下反應(yīng)可行性分析

        由表3可知,反應(yīng)式(1)即二氯乙烷裂解生成氯乙烯與氯化氫的反應(yīng)的標準摩爾反應(yīng)焓與標準吉布斯自由能均為正值,表明該反應(yīng)在標準條件下為吸熱反應(yīng),并且在室溫下無法自發(fā)進行。需要在較高溫度下反應(yīng)才能發(fā)生。假設(shè)T1為反應(yīng)進行所需的最低溫度,那么可以計算出:

        簡化方程進行估算:

        得T1=489 K,即二氯乙烷進行裂解所需的最低溫度216 ℃。

        反應(yīng)式(3)即乙炔與二氯乙烷協(xié)同反應(yīng)生成氯乙烯的標準摩爾反應(yīng)生成焓為負值且絕對值較小,表明該反應(yīng)為微放熱反應(yīng),低溫有利于該反應(yīng)進行。因此設(shè)計反應(yīng)溫度時,需要同時兼顧二氯乙烷裂解反應(yīng)的最低溫度與協(xié)同反應(yīng)轉(zhuǎn)化率,以尋求較優(yōu)的溫度條件。

        其余各反應(yīng)標準摩爾反應(yīng)焓和標準吉布斯自由能均為負值,表示反應(yīng)均為放熱反應(yīng),在室溫下能自發(fā)進行。此外,聚合反應(yīng)的標準吉布斯自由能絕對值均小于0,并且絕對值較大,表示聚合反應(yīng)很容易發(fā)生,聚合產(chǎn)物容易沉積在催化劑表面,形成積碳,進而影響催化劑活性。

        3.2 吉布斯反應(yīng)器模擬結(jié)果分析

        3.2.1 單一反應(yīng)時乙炔平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化 只考慮單一反應(yīng)時,乙炔平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況見圖3。

        圖3 單一產(chǎn)物時各反應(yīng)乙炔平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化Fig.3 The acetylene equilibrium conversion rate of each reaction varies with temperature in the case of a single product

        由圖3可知,在溫度低于250 ℃時,各個反應(yīng)均具有很高的乙炔平衡轉(zhuǎn)化率,均超過99%。當反應(yīng)溫度超過250 ℃時,隨著溫度的升高,主反應(yīng)中的乙炔轉(zhuǎn)化率下降明顯,而聚合副反應(yīng)中乙炔轉(zhuǎn)化率只有緩慢下降,表明提升溫度不利于反應(yīng)的進行,并且無法達到抑制聚合副反應(yīng)發(fā)生的目的。此外,對于反應(yīng)式(4),反應(yīng)副產(chǎn)物1,1-二氯乙烷,模擬結(jié)果顯示反應(yīng)過程中乙炔轉(zhuǎn)化率為0,1,2-二氯乙烷轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定在37%~38%,表明反應(yīng)溫度對副反應(yīng)生成 1,1-二氯乙烷影響不大。

        3.2.2 非聚合副反應(yīng)各產(chǎn)物平衡摩爾分率隨溫度的變化 圖4為不考慮聚合反應(yīng)時不同溫度下各產(chǎn)物的平衡摩爾分率。

        圖4 僅考慮非聚合副反應(yīng)時各產(chǎn)物平衡摩爾分率隨溫度的變化Fig.4 The acetylene equilibrium conversion rate of each reaction varies with temperature in the case of regardless of the polymerization reaction

        由圖4可知,當溫度超過250 ℃時,氯乙烯的摩爾分率快速下降,乙炔與氯化氫的摩爾分率快速上升,1,2-二氯乙烷與1,1-二氯乙烷的平衡摩爾分率很低,二者不超過0.4%,表明在溫度較高時,由于1,2-二氯乙烷裂解生成氯乙烯與氯化氫為強吸熱反應(yīng),反應(yīng)進行得很徹底,而乙炔與氯化氫加成生成氯乙烯為強放熱反應(yīng),受溫度影響較大,這與熱力學(xué)計算結(jié)果基本一致,表明非聚合副反應(yīng)對主反應(yīng)的影響很小。

        3.2.3 聚合反應(yīng)時各產(chǎn)物在不同溫度下的平衡摩爾分率 聚合反應(yīng)時各組分在不同溫度條件下平衡摩爾分率見圖5。

        由圖5可知,在100~500 ℃的溫度范圍內(nèi),氯乙烯的摩爾分率都很低,最高不超過1%。在溫度低于200 ℃時,主要發(fā)生聚合反應(yīng),生成1,3-二氯-2-丁烯與氯丁二烯;當溫度超過200 ℃時,則主要生成氯丁二烯,即未反應(yīng)的乙炔與生成的氯乙烯聚合反應(yīng),并且?guī)缀醪皇軠囟扔绊?。在溫度超過450 ℃時,氯丁二烯的摩爾分率出現(xiàn)下降的趨勢,乙烯基乙炔出現(xiàn)了上升,由于溫度過高,實際意義不大,這里不作討論。值得注意的是,氯化氫氣體的摩爾分率一直很高,考慮為在溫度上升時,1,2-二氯乙烷容易裂解生成氯化氫。

        圖5 聚合副反應(yīng)時各產(chǎn)物平衡摩爾分率隨溫度的變化Fig.5 The acetylene equilibrium conversion rate of each reaction varies with temperature in the case of the polymerization

        3.3 平衡反應(yīng)器模擬結(jié)果分析

        3.3.1 二氯乙烷裂解反應(yīng) 1,2-二氯乙烷裂解反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率與平衡常數(shù)(K)隨溫度變化見圖6、圖7。

        圖6 1,2-二氯乙烷平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化Fig.6 1,2-Dichloroethane equilibrium conversion rate varies with temperature

        圖7 1,2-二氯乙烷裂解反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化Fig.7 1,2-Dichloroethane cracking reaction equilibrium constant varies with temperature

        由圖6可知,在100~450 ℃的溫度范圍內(nèi),1,2-二氯乙烷轉(zhuǎn)化率隨著溫度增加而增高,在100~250 ℃的溫度范圍內(nèi),1,2-二氯乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率快速升高,反應(yīng)平衡受溫度影響較大;在溫度超過250 ℃時,1,2-二氯乙烷平衡轉(zhuǎn)化率超過98%,隨溫度增加而緩慢上升,反應(yīng)平衡受溫度影響較小。

        由圖7可知,在較低溫度時,反應(yīng)平衡常數(shù)較小,在100~300 ℃溫度范圍內(nèi),平衡常數(shù)最大值僅為184.89,當溫度超過300 ℃時,平衡常數(shù)快速增加。

        3.3.2 乙炔氫氯化反應(yīng) 乙炔平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)平衡常數(shù)(K)對溫度變化見圖8、圖9。

        圖8 乙炔轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化Fig.8 Acetylene equilibrium conversion rate varies with temperature

        圖9 乙炔氫氯化反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化Fig.9 The equilibrium constant of acetylene hydrochlorination reaction varies with temperature

        由圖8可知,在100~600 ℃的溫度條件下,乙炔平衡轉(zhuǎn)化率隨著溫度增加而逐漸下降。在較低的溫度條件下,乙炔平衡轉(zhuǎn)化率很高,乙炔平衡轉(zhuǎn)化率受溫度變化影響較??;在100~250 ℃時,平衡轉(zhuǎn)化率超過99.5%;當溫度超過250 ℃時,乙炔平衡轉(zhuǎn)化率下降較為明顯,當溫度超過400 ℃時,乙炔平衡轉(zhuǎn)化率下降到91%左右。

        由圖9可知,反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度增加快速下降,在較低溫度條件100~300 ℃的范圍內(nèi),反應(yīng)平衡常數(shù)很大,反應(yīng)幾乎為不可逆反應(yīng);當溫度超過300 ℃時,反應(yīng)平衡常數(shù)變小,反應(yīng)平衡受溫度變化影響較大。

        3.3.3 二氯乙烷裂解與乙炔氫氯化協(xié)同反應(yīng) 考慮1,2-二氯乙烷裂解與乙炔氫氯化同時達到反應(yīng)平衡時,氯乙烯平衡收率隨溫度變化見圖10。

        由圖10可知,氯乙烯的收率隨著溫度升高而下降。在100~300 ℃的較低溫度范圍條件下,氯乙烯平衡收率較高,超過98.5%,氯乙烯平衡收率受溫度影響較??;當溫度超過300 ℃時,氯乙烯平衡收率逐漸減小,在500 ℃時,氯乙烯平衡收率僅為71%,受溫度影響較大。

        圖10 二者協(xié)同反應(yīng)氯乙烯平衡收率隨溫度的變化Fig.10 Variation of the equilibrium yield of vinyl chloride varies with temperature

        4 結(jié)論

        (1)熱力學(xué)上1,2-二氯乙烷裂解反應(yīng)不能自發(fā)進行,其余各反應(yīng)均能自發(fā)進行,二氯乙烷與乙炔協(xié)同反應(yīng)制備氯乙烯為微放熱反應(yīng),乙炔轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低,高溫不利于主反應(yīng)進行。

        (2)只考慮非聚合副反應(yīng)時,副反應(yīng)對氯乙烯收率影響不大,但氯乙烯收率受溫度影響較大;當考慮聚合副反應(yīng)時,聚合反應(yīng)相對于主反應(yīng)更容易發(fā)生,反應(yīng)產(chǎn)物氯乙烯較容易與乙炔發(fā)生聚合反應(yīng),在反應(yīng)過程中應(yīng)考慮降低積碳問題。

        (3)1,2-二氯乙烷裂解反應(yīng)中,二氯乙烷轉(zhuǎn)化率隨溫度上升而上升,乙炔氫氯化反應(yīng)中,乙炔轉(zhuǎn)化率隨溫度上升而降低,二者協(xié)同反應(yīng),氯乙烯收率隨著溫度上升而降低,反應(yīng)溫度不宜超過300 ℃。

        猜你喜歡
        二氯乙烷分率平衡常數(shù)
        量率對應(yīng) 解決問題
        巧念節(jié)能經(jīng)
        山東凱泰乙烯法氯乙烯技術(shù)通過評審
        化學(xué)平衡常數(shù)的計算
        常見壓強平衡常數(shù)Kp的幾種類型的計算
        常見壓強平衡常數(shù)K的幾種類型的計算
        五大平衡常數(shù)的比較和應(yīng)用
        解分數(shù)問題例談
        乙烯直接氯化法生產(chǎn)二氯乙烷過程熱力學(xué)分析
        分數(shù)應(yīng)用題常見錯例剖析
        久久亚洲精品成人| 国色天香社区视频在线| 夜夜揉揉日日人人青青| 欧美高大丰满freesex| 国产aⅴ丝袜旗袍无码麻豆 | 亚洲人成网站色7799| 老熟女高潮一区二区三区| 日韩欧美在线播放视频| 久久精品一区二区三区夜夜| 91露脸半推半就老熟妇| 国产精品福利自产拍在线观看| 99国产小视频| 国产一区二区三区porn| 国产精品久久久天天影视| 九九精品国产亚洲av日韩| 欧美伊人亚洲伊人色综| 亚洲精品综合久久国产二区 | 国产成人av区一区二区三| 隔壁老王国产在线精品| 精品久久久久久777米琪桃花| www.五月激情| 国产丝袜美腿中文字幕| 亚洲精品成人片在线观看精品字幕| 国产农村妇女高潮大叫| 国产精品一区二区三区不卡| 日本一区二区视频在线| 无码av天堂一区二区三区| 久久国产热精品波多野结衣av| 国产自拍在线视频观看| 国产一区二区三区久久精品| 国产女女做受ⅹxx高潮| 中文亚洲成a人片在线观看| 国产高清在线一区二区不卡| 久久99久久99精品中文字幕| 国产一级黄色录像| 一区二区三区极品少妇| 人妻少妇出轨中文字幕| 国产精品毛片无遮挡高清| 日本高清一区二区三区色| 少妇被又大又粗又爽毛片久久黑人| 亚洲 高清 成人 动漫|