Технологическое бюро инженера Шапиро А.С. ЦентрХлорРеконструкция

В ХХ веке наука открыла способ обеззараживания питьевой воды путем хлорирования. Это был прорыв, позволивший значительно снизить опасность заболеваний, которые имеют бактериальную этиологию. Ведь для патогенов влага является идеальной средой для жизни и размножения, поэтому через водопровод без предварительной очистки к нам могут попадать бактерии. А хлор и его соединения воздействуют на патогенную микрофлору, угнетая их жизнедеятельность. Но с течением времени изменились и усовершенствовались и подходы к фильтрации ресурса, поэтому будет резонно – какая польза и вред от данного метода, а также, в чем он заключается.

Гигиена питьевой воды – зачем проводить дезинфекцию хлорным раствором

Живущие в водопроводе бактерии могут быть возбудителями достаточно опасных эпидемий. Поэтому в 1900 году было разработано решение, которое на данный момент остается актуальным – обеззараживание с помощью хлора. Интересный факт, что именно этот новый метод позволил предотвратить начавшуюся вспышку эпидемии холеры в 1908 году.

Это не единственная альтернатива, можно также кипятить жидкость, облучать, окислять или озонировать. Кипячение и облучение экономически невыгодно и недостаточно эффективно, окисление может привести к изменению химического состава (ресурс становится непригодным для питья), а озонирование, самый современный, прогрессивный метод, хоть и дает отличные плоды и перспективы, не подходит для массового внедрения, поскольку озон не сохраняется длительное время, а период водоотведения по трубопроводу от точки водоподготовки до пользователей может быть достаточно долгим. Поэтому до настоящего времени хлорирование воды в системе холодного водоснабжения используется практически во всех населенных пунктах России.

Норма хлора

Деятельность водяных станций обуславливается нормативным документом. ГОСТ 18190-72 был выпущен еще в 1927 г., с этого периода были проведены дополнительные исследования, сделаны выводы, но это не повлияло на конечный текст норматива. Есть установленные пределы по добавлению вещества. Считается, что эта норма определена так, чтобы:

• полностью обеззаразить среду;
• не нанести вред здоровью людей и животных, употребляющих воду;
• не изменить таких качеств, как прозрачность, цвет, запах.

В данном документе представлены методы, как необходимо брать пробы, а также какие процедуры проводить, чтобы выявить концентрацию остаточного активного вещества в образце.

Таким образом, доза, которая будет являться рекомендуемой, устанавливается в каждом конкретном случае на основании анализа жидкости и только после него. Но есть СанПиН 2.1.4.1074-01, в котором все же указана норма хлора в питьевой воде в двух состояниях:

• остаточное содержание уже в водопроводе и из-под крана – не более 0,3-0,5 мг/л (если больше, вы можете начать жаловаться на компанию, которая является поставщиком ресурса);
• доза для дезинфекции уже после фильтрования – от 0,7 до 3 мг/л в зависимости от качества вод – подземный источник или поверхностные.

Химические свойства

Гипохлорит Натрия, что это такое? Это неорганическое соединение, в составе которого находится до 95% активного хлора. Вещество имеет несколько нетривиальных, исторических названий: «лабарракова вода», «жавелевая вода». Химическая формула гипохлорита натрия: NaOCl. Молекулярная масса соединения = 74,4 грамма на моль. В связи с тем, что вещ-во достаточно неустойчиво в свободном состоянии, оно чаще всего применяется в форме пентагидрата или водного р-ра. У раствора сильный, резкий запах хлора. Безводная форма вещества синтезируется в виде бесцветных кристаллов, которые хорошо растворяются в воде. Пентагидрат обладает желто-зеленым оттенком, кристаллы ромбической формы.

По своим химическим свойствам – это сильный окислитель. Гипохлорид легко разлагается до хлорида Na и кислорода; при нагревании подвергается диспропорционированию. В воде диссоциирует на ионы. Вещество подвергает коррозии большинство металлов.

Гипохлорит Натрия производится в огромных количествах. Около половины синтезированного вещества применяют в бытовой химии и медицине, остальное – в промышленности. Существует два метода производства средства: химический, хлорирование водного р-ра натрия гидроксида (концентрированный и основной) и электролитический, используют электролизные установки для электролиза водного хлорида натрия.

Химическое соединение активно применяется в промышленности:

• в качестве отбеливателя ткани, древесины и других продуктов;
• при промышленной и санитарно-гигиенической обработке зерна, трубопроводов, резервуаров в виноделии и пивоварении и т.д.;
• в химическом производстве антраниловой кислоты, хлорпикрина, аскорбиновой кислоты, крахмала, а аналитической химии при фотометрии;
• для обеззараживания и очистки промышленных стоков и воды в системах коммунального водоснабжения;
• в пищевой промышленности и фармацевтике;
• в военном деле при дегазации отравляющих веществ.

Вещество используют в бытовой химии, его часто можно обнаружить в составе отбеливателей, средств для дезинфекции и очистки. В медицине используют наружно или местно в качестве противовирусного, бактерицидного и противогрибкового средства; в небольших концентрациях — для обработки операционных ран, в гинекологии и акушерстве, оториноларингологии, в стоматологии (эндодонтия).

Химическое соединение может оказывать вредное воздействие на организм человека, при вдыхании оказывать удушающий и раздражающий эффект. При попадании средства в глаза вещество вызывает химический ожог, может привести к потере зрения. Средство раздражает кожу, в больших концентрациях вызывает отмирание тканей, язвы и ожоги. После приема внутрь 3-6% р-ра у человека развивается ацидоз, раздражение пищевода, более высокие концентрации могут вызвать перфорацию пищеварительного тракта. Несмотря на это, при соблюдении рекомендации по использованию препаратов, воды и бытовой химии, гипохлорит считается достаточно безопасным средством. Не обладает канцерогенными, мутагенными и тератогенными средствами. Токсическая доза при внутривенном введения для человека составляет 45 мг на кг веса; пероральная – 1 грамм на кг. Также считается, что вещество не создает экологических проблем, так как в окружающей среде быстро разлагается до воды, кислорода и поваренной соли. Класс опасности для концентрированных растворов (до 20%): 1 – по химической активности; 3 – опасность для здоровья человека. Не территории Российской Федерации гипохлорит Na выпускают по ГОСТу 11086-76.

Хлорирование как метод обеззараживания

Мы определили, что важна точная дозировка, но почему? При недостаточной концентрации вещества возможно появление бактериальной активности. Но российские государственные службы и центры водоподготовки скорее добавят больше нужного, чем меньше. В таком случае это может привести к:

• повышению вероятности отравления потребителей;
• изменению питьевых свойств ресурса – вода становится невкусной, имеет ярко выраженный запах.

И если нормативом считается до 0,5 мг/л, то при плохой санитарно-эпидемиологической обстановке целесообразно удвоение концентрации активного вещества на период вспышки эпидемии.

Реагент должен хорошо раствориться в жидкости, а также находиться в таком состоянии не менее, чем полчаса до употребления. Сейчас в качестве химической добавки используют гипохлорит вместо хлора. Он более безопасен и безвреден для организма, не токсичен, не взрывоопасен, но при этом обеспечивает отличную защиту от патогенной микрофлоры.

Обеззараживание воды с применением солевого электролиза

Один из современных методов дезинфекции воды. В системах солевого электролиза хлорсодержащий реагент вырабатывается из раствора обычной поваренной соли (NaCl) методом электролиза. Электролизом — это физико-химический процесс, при котором жидкость (электролит) под воздействием электрического тока распадается на положительные и отрицательные ионы.

Существуют два варианта систем дезинфекции воды на основе солевого электролиза:

1. Электролизные установки, работающие по методу проточного электролиза. В воду бассейна добавляется небольшое количество соли для того, чтобы выработать через солевой электролиз, сильное дезинфицирующее средство, наполненное активным хлором. Этот окислитель, имеет способность обратно превращаться в соль после своего дезинфицирующего действия. Вот как все происходит: «подсоленная» вода из бассейна проходит через аппарат электролизер; при подаче тока к электролизной ячейке электролизера в результате электрохимической реакции возникают новые химические элементы и соединения: хлорноватистая кислота (HOCI), путем окисления уничтожающая органические вещества (микробы, бактерии, вирусы, водоросли), являющийся продуктом реакции водород (H2), который безопасно отводится со всей площади поверхности бассейна, и вновь получаемые из оставшихся после реакции компонентов NaOH и HCl соль (NaCl) и вода (H2O). Соль при этом повторно используется в процессе электролиза, и цикл реакций начинается сначала. Хлорамины во время их прохода около электродов разрушаются и выделяют хлор, который будет использован заново.
2. Электролизные установки, вырабатывающие хлор в отдельной емкости. При использовании такой установки не требуется добавлять соль в воду бассейна. Газообразный хлор вырабатывается путем электролиза поваренной соли внутри специальной камеры и подается в воду бассейна строго дозируемыми порциями, там в воде образуется гипохлорит натрия.

Достоинства метода обеззараживания с использованием солевого электролиза:

• эффективность хлорной дезинфекции;
• экономичность (в качестве расходного сырья используется обычная соль);
• нет передозировки хлора, так как хлор вырабатывается постепенно, а не впрыскивается импульсами;
• поддержание нужной конценцентрации. Благодаря датчикам, которыми оснащаются системы очистки данного типа, осуществляется контроль за содержанием хлора в воде бассейна и выработка необходимого количества хлора для дезинфекции;
• если в воду бассейна добавляется соль, то это полезно для здоровья, так как соль, содержащаяся в воде бассейна в малых дозах, положительно оказывает положительное действие на кожу и организм в целом, возвращая жизненные силы. К тому же соленая вода сама по себе является антисептиком, что значительно упрощает дезинфекцию.

Недостаток метода обеззараживания с использованием солевого электролиза: Поверхности бассейна остаются фактором риска, так как дезинфицируется только вода, проходящая через прибор. В поверхности бетонных бассейнов, особенно в швах, стыках и углах обитает масса бактерий, справиться с которыми могут только ударные дозы хлора.

Метод обеззараживания, основанный на солевом электролизе, применяется в частных и гостиничных бассейнах, в бассейнах санаториев и ЛПУ, а также в общественных открытых и закрытых бассейнах.

Преимущества очистки воды хлором

• Эффективность при устранении болезнетворных микроорганизмов. Только очень малая доля бактерий имеет устойчивость к веществу. Это способствует предотвращению развития эпидемий.
• После водоочистки ресурс может быть длительное время «законсервирован» с помощью реагента. Простота хранения – это немаловажный плюс.
• Меняются параметры ресурса – убирается оттенок, посторонний запах или привкус.
• Расход коагулянтов очень небольшой. Это экономичная система.
• Из-за концентрации вещества, очистные сооружения на водяных башнях также поддерживаются в отличном санитарном состоянии.
• Большой опыт, известные технологии и проверенные годами и даже столетием технологические решения.
• Окислитель прост в транспортировке.

Диспенсер напольный AquaPro 6207CH (охлаждение/нагрев/комн.темп)

Диспенсер настенный AquaPro 3207CH (охлаждение/нагрев)

Колонна аэрации AS-0844 VO-90

Недостатки метода

• Хранить химикат даже не очень продолжительное время нельзя, он теряет свою активность.
• Цисты – это те бактерии, которые устойчивы к данному веществу.
• В состоянии газа хлор способен выделять токсичные испарения.
• Если концентрация будет значительно превышена, в организме начинают накапливаться хлораты, происходит постепенное химическое отравление.
• Требуется дополнительная очистка, то есть метод водоподготовки имеет больше ступеней, чем некоторые другие.
• Экологи бьют тревогу, что из-за неправильной транспортировки, а также по причине слива токсичных отходов в окружающую среду экологическая чистота и баланс нарушаются.
• Хлор приводит к повышению коррозионной активности, что негативно сказывается на металлических резервуарах, трубах и различных комплектующих для трубопровода.

Таким образом, можно сделать вывод, что действительно опасно для организма только гиперхлорирование воды, возможное из-за ошибочной дозировки или халатного выполнения сотрудниками станций водоподготовки своих должностных обязанностей. Но давайте разберемся, какой именно вред оказывает реагент.

Чем опасен метод для человека, какие заболевания вызывает хлор

Ученые давно установили, что накопление вещества приводит к образованию канцерогенных соединений. При этом хлористый раствор опасен вне зависимости от того, каким путем он поступает – через пищевод и внутренние органы, слизистые оболочки или кожу.

Несмотря на то, что нет уверенности и полностью доказанных фактов, говорящих о прямой связи накопления хлора и болезней, специалисты выдвигают гипотезы о том, что такое состояние может вызвать:

• образование раковой опухоли;
• патологические процессы в мочеполовой системе, ЖКТ и печени;
• нарушения сердечно-сосудистой системы.

Одни из исследований, подтверждающих гипотезы онкологов, были проведены в Америке. Эпидемиологи сравнили две карты – одну с количеством заболевших раком людей, вторую с показателями концентрации хлорки в воде. Эпицентры с высокими цифрами на обоих картах совпали.

Одно из последствий без научных опытов замечает большинство женщин. При купании, умывании, мытье головы хлорированной жидкостью кожа становится стянутой, может образоваться шелушение.

Есть еще одна возможность – аллергическая реакция. Она обычно проявляется как кашель, чихание, покраснение глаз и опухоль слизистых оболочек носа.

Любой негативный эффект, оказываемый водопроводной водой, а также местами с гиперхлорированием, например, бассейнами, имеет накопительный эффект. Последствия, вероятнее всего, проявятся после многих лет проживания в городской среде, ведь по некоторым данным в сельской местности концентрация реагента в водопроводе обычно ниже или вовсе отсутствует.

Другие негативные эффекты

Заметить в бытовых условиях, что имеет место избыточное хлорирование, несложно. Для этого обратите внимание на состояние ваших волос. При высоком содержании хлора они:

• становятся ломкими, безжизненными, сухими – естественная жировая оболочка просто не может пробиться через образованный хлором налет;
• хуже укладываются феном;
• не держат стойкость цвета при окрашивании, выцветают;
• секутся – концы раздваиваются и истончаются;
• выпадают и теряют свою былую густоту.

И все тело будет страдать после умывания и купания. Может:

• образоваться перхоть;
• появиться сухость, шелушение;
• зуд, покраснение на коже;
• ускоренный процесс старения, выражающийся в пигментных пятнах и морщинках.

Симптомы и стадии отравления

Из-за высокой токсичности говорят о трех возможных фазах интоксикации.

Диспенсер магистральный настольный AquaPro 919H/RO (горячая и холодная вода)

Диспенсер магистральный настольный AquaPro 929CH/RO (охлаждение/нагрев)

Диспенсер напольный AquaPro 311 (пустой, без охлаждения)

• Первая, она же легкая, характеризуется покраснением слизистых оболочек и кожных покровов. Также пациент начинает слышать незначительный запах хлора даже при отсутствии прямого контакта с ним. Может появиться назойливый аллергический кашель, который сопровождается слезливостью.
• Вторая, или средняя, стадия может проходить с удушающими приступами кашля и трудностями при дыхании. Этому часто сопутствуют боли в грудной клетке. Не обратившись к врачу, вы рискуете получить легочный отек.
• Третья фаза – тяжелая. Она характеризуется потерей сознания, судорогами и затруднением дыхания вплоть до его прекращения, асфиксии.

У обычных потребителей водопроводного ресурса редко наблюдаются такие ярко выраженные симптомы, наиболее часто – первая стадия, облегченное протекание.

Чем вреден хлор при кипячении

Бытует мнение, что прокипятив воду, получишь обеззараженный напиток без опасных примесей. И с одной стороны, это кажется объективным, ведь газ, которым и является Cl, испаряется при нагреве до определенного градуса. Но есть один нюанс. При кипячении реагент начинает активно вступать в химические реакции и образовывать соединения и токсины, например, трихлорметан, который очень вреден для организма. И чем длительнее нагрев, тем больше таких последствий.

Как влияют полученные диоксины:

• снижают способность иммунной системы к защите;
• негативно воздействуют на почки и печень.

В связи с этим мы настоятельно рекомендуем употреблять в пищу только воду, прошедшую фильтрацию или дехлорирование. Обратитесь в за оказанием качественных услуг по монтажу фильтрационных систем.

Отрывок, характеризующий Хлорирование

Пьер жил y князя Василия Курагина и участвовал в разгульной жизни его сына Анатоля, того самого, которого для исправления собирались женить на сестре князя Андрея. – Знаете что, – сказал Пьер, как будто ему пришла неожиданно счастливая мысль, – серьезно, я давно это думал. С этою жизнью я ничего не могу ни решить, ни обдумать. Голова болит, денег нет. Нынче он меня звал, я не поеду. – Дай мне честное слово, что ты не будешь ездить? – Честное слово! Уже был второй час ночи, когда Пьер вышел oт своего друга. Ночь была июньская, петербургская, бессумрачная ночь. Пьер сел в извозчичью коляску с намерением ехать домой. Но чем ближе он подъезжал, тем более он чувствовал невозможность заснуть в эту ночь, походившую более на вечер или на утро. Далеко было видно по пустым улицам. Дорогой Пьер вспомнил, что у Анатоля Курагина нынче вечером должно было собраться обычное игорное общество, после которого обыкновенно шла попойка, кончавшаяся одним из любимых увеселений Пьера. «Хорошо бы было поехать к Курагину», подумал он. Но тотчас же он вспомнил данное князю Андрею честное слово не бывать у Курагина. Но тотчас же, как это бывает с людьми, называемыми бесхарактерными, ему так страстно захотелось еще раз испытать эту столь знакомую ему беспутную жизнь, что он решился ехать. И тотчас же ему пришла в голову мысль, что данное слово ничего не значит, потому что еще прежде, чем князю Андрею, он дал также князю Анатолю слово быть у него; наконец, он подумал, что все эти честные слова – такие условные вещи, не имеющие никакого определенного смысла, особенно ежели сообразить, что, может быть, завтра же или он умрет или случится с ним что нибудь такое необыкновенное, что не будет уже ни честного, ни бесчестного. Такого рода рассуждения, уничтожая все его решения и предположения, часто приходили к Пьеру. Он поехал к Курагину. Подъехав к крыльцу большого дома у конно гвардейских казарм, в которых жил Анатоль, он поднялся на освещенное крыльцо, на лестницу, и вошел в отворенную дверь. В передней никого не было; валялись пустые бутылки, плащи, калоши; пахло вином, слышался дальний говор и крик. Игра и ужин уже кончились, но гости еще не разъезжались. Пьер скинул плащ и вошел в первую комнату, где стояли остатки ужина и один лакей, думая, что его никто не видит, допивал тайком недопитые стаканы. Из третьей комнаты слышались возня, хохот, крики знакомых голосов и рев медведя. Человек восемь молодых людей толпились озабоченно около открытого окна. Трое возились с молодым медведем, которого один таскал на цепи, пугая им другого. – Держу за Стивенса сто! – кричал один. – Смотри не поддерживать! – кричал другой. – Я за Долохова! – кричал третий. – Разними, Курагин. – Ну, бросьте Мишку, тут пари. – Одним духом, иначе проиграно, – кричал четвертый. – Яков, давай бутылку, Яков! – кричал сам хозяин, высокий красавец, стоявший посреди толпы в одной тонкой рубашке, раскрытой на средине груди. – Стойте, господа. Вот он Петруша, милый друг, – обратился он к Пьеру. Другой голос невысокого человека, с ясными голубыми глазами, особенно поражавший среди этих всех пьяных голосов своим трезвым выражением, закричал от окна: «Иди сюда – разойми пари!» Это был Долохов, семеновский офицер, известный игрок и бретёр, живший вместе с Анатолем. Пьер улыбался, весело глядя вокруг себя. – Ничего не понимаю. В чем дело? – Стойте, он не пьян. Дай бутылку, – сказал Анатоль и, взяв со стола стакан, подошел к Пьеру. – Прежде всего пей. Пьер стал пить стакан за стаканом, исподлобья оглядывая пьяных гостей, которые опять столпились у окна, и прислушиваясь к их говору. Анатоль наливал ему вино и рассказывал, что Долохов держит пари с англичанином Стивенсом, моряком, бывшим тут, в том, что он, Долохов, выпьет бутылку рому, сидя на окне третьего этажа с опущенными наружу ногами. – Ну, пей же всю! – сказал Анатоль, подавая последний стакан Пьеру, – а то не пущу! – Нет, не хочу, – сказал Пьер, отталкивая Анатоля, и подошел к окну. Долохов держал за руку англичанина и ясно, отчетливо выговаривал условия пари, обращаясь преимущественно к Анатолю и Пьеру. Долохов был человек среднего роста, курчавый и с светлыми, голубыми глазами. Ему было лет двадцать пять. Он не носил усов, как и все пехотные офицеры, и рот его, самая поразительная черта его лица, был весь виден. Линии этого рта были замечательно тонко изогнуты. В средине верхняя губа энергически опускалась на крепкую нижнюю острым клином, и в углах образовывалось постоянно что то вроде двух улыбок, по одной с каждой стороны; и всё вместе, а особенно в соединении с твердым, наглым, умным взглядом, составляло впечатление такое, что нельзя было не заметить этого лица. Долохов был небогатый человек, без всяких связей. И несмотря на то, что Анатоль проживал десятки тысяч, Долохов жил с ним и успел себя поставить так, что Анатоль и все знавшие их уважали Долохова больше, чем Анатоля. Долохов играл во все игры и почти всегда выигрывал. Сколько бы он ни пил, он никогда не терял ясности головы. И Курагин, и Долохов в то время были знаменитостями в мире повес и кутил Петербурга. Бутылка рому была принесена; раму, не пускавшую сесть на наружный откос окна, выламывали два лакея, видимо торопившиеся и робевшие от советов и криков окружавших господ. Анатоль с своим победительным видом подошел к окну. Ему хотелось сломать что нибудь. Он оттолкнул лакеев и потянул раму, но рама не сдавалась. Он разбил стекло.

Технологии и виды хлорирования

Разновидности различаются в зависимости от того, каким веществом будет проводиться процесс. Наиболее распространенный – с помощью хлорной извести. Сам по себе реагент является ядовитым. Чтобы его получить, смешивают известковый порошок с газом Cl. Есть много материалов, которые разрушаются под воздействием этой смеси, поэтому хранение и транспортировка затруднительны. Расход достаточно высокий, токсичность тоже, поэтому часто применяют второй метод – использование диоксида кремния, он имеет преимущества:

• хорошее дезинфицирующее качество;
• лучше воспринимается человеком, в том числе обонянием и вкусовыми рецепторами;
• в продуктах отработки нет хлорной органики – это более экологично.

Но, к сожалению, вещество является отчасти взрывоопасным, а также дорогостоящим.

Окислительное хлорирование и сочетание его с хлорированием

Реферат

Окислительное хлорирование и сочетание его с хлорированием

Содержание

стр.

Введение 3

1. Общая характеристика процессов галогенирования 4

2. Техника безопасности в процессах галогенирования 9

3. Химия и теоретические основы процесса оксихлорирования 10

4. Технология сбалансированного по хлору синтеза винилхлорида из этилена 12

Список литературы 15

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 Сар-Сар:

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

продолжение таблицы 1

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 окислительного хлорирования

В процессах заместительного хлорирования и расщепления хлорпроизводных всегда образуется HCI, который утилизируют в виде соляной кислоты или иногда применяют для гидрохлорирования. Но эти пути утилизации HCI ограничены, в частности из-за недостаточной чистоты получаемой соляной кислоты и превращения ее общего производства над потреблением. Поэтому задача более полного использования хлора, замены его на HCI или устранения побочного образования HCI становилось все более важной для экономики хлорорганических производств. Она решается за счет окислительного хлорирования (или оксихлорирования).

В основе процесса окислительного хлорирования лежит известная реакция Дикона:

2HCI + 0,6O2 ↔ H2O + CI2

Вследствие экзотермичности реакции ее равновесие смещается вправо при понижении температуры, но известные пока катализаторы на основе CuCI2 позволяют работать только при 200 – 4000С. В этих же условиях протекают реакции хлорирования, а при совмещении обоих процессов в одном аппарате – окислительное хлорирование при помощи HCI и O2, которое становится необратимым:

RH + HCI + 0,5O2 → RCI + H2O

Кроме основной реакции происходят побочное окисление углеводорода кислородом, гидролиз хлорпроизводных водяным паром и дегидрохлорирование. По этой причине процесс можно использовать лишь для стабильных исходных веществ, прежде всего для метана, этилена, бензола и в меньшей степени для этана. Впервые он был применен для получения фенола через окислительное хлорирование бензола, но этот процесс Рашига потерял свое значение. Только в последнее время метод стали применять для синтеза низших алифатических хлорпроизводных.

При окислительном хлорировании метана происходят только реакции замещения, причем в зависимости от соотношения реагентов получают смеси разного состава (CH2CI2, CHCI3, CCI4). При этом комбинируют прямое хлорирование метана с оксихлорированием за счет образующегося HCI, в результате хлор используется полностью:

CH4 + 4CI2 → CCI4 + 4HCI

CH4 + 4HCI + 2O2 → CCI4 + 4H2O

При окислительном хлорировании этилена при 210 – 2800С происходит присоединение хлора по двойной связи, а не замещение. Для этого случая установлено, что хлорирование осуществляется не хлором, а непосредственно CuCI2, который рененерируется под действием HCI и O2:

CH2=CH2 + 2HCI + 0,5O2 → CICH2-CH2CI + H2O

CH2=CH2 + 2CuCI2 → CICH2-CH2CI + Cu2CI2

Cu2CI2 + 2HCI + 0,5O2 → 2CuCI2 + H2O

Видимо, кислород окисляет Cu2CI2 в оксихлориды меди (II), которые при помощи HCI переходят в CuCI2.

Катализаторы оксихлорирования готовят пропиткой носителей (пемза, корунд, алюмосиликат) солями с последующей сушкой. Их основным компонентом является хлорид меди (II), к которому для снижения летучести добавляют KCI, образующий с CuCI2 комплексы. Предложены различные модификаторы, включая соединения редкоземельных элементов.

Важной особенностью процесса является его очень высокая экзотермичность, что делает необходимой организацию теплообмена в реакторе. Наиболее часто применяют реакторы с псевдоожиженным катализатором; в них подают холодные реагенты, а излишек тепла снимают внутренним теплообменником за счет испарения водного конденсата с генерированием пара соответствующего давления. Используют и реакторы со стационарным слоем катализатора; их выполняют в виде кожухотрубных аппаратов.

В качестве окислителя обычно используют воздух, причем для снижения объема аппаратуры и коммуникаций, а также для лучшего выделения продуктов работают при давлении 0,3 – 1,0 МПа. С той же цель. рекомендовано применять в качестве окислителя технический кислород, что позволяет осуществить рециркуляцию непревращенных веществ. Кислород обычно берут в небольшом избытке (≈ 5%) по отношению к стехиометрически необходимому для окисления HCI. Мольное соотношение HCI и органического реагента зависит от числа вводимых в молекулу атомов хлора. Степень конверсии HCI и кислорода достигает 80 – 90%, причем 2 – 5% исходного углеводорода сгорает в CO2.

4. Технология сбалансированного по хлору синтеза винилхлорида из этилена

Важнейшим из процессов, включающих окислительное хлорирование, является так называемый сбалансированный метод производства винилхлорида из этилена. Он является комбинацией трех процессов: прямого аддитивного хлорирования этилена в 1,2-дихлорэтан, термического дегидрохлорирования 1,2-дихлорэтана в винилхлорид и окислительного хлорирования этилена в 1,2-дихлорэтан с помощью HCI, образовавшегося при дегидрохлорировании:

CH2=CH2 + CI2 → CICH2-CH2CI

2CH2CI-CH2CI → 2CH2=CHCI + 2HCI

CH2=CH2 + 2HCI + 0,5O2 → CICH2-CH2CI + H2O

2CH2=CH2 + CI2 + 0,5O2 → 2CH2=CHCI + H2O

В результате из этилена, хлора и кислорода получается винилхлорид, причем хлор полностью расходуется и не образуется HCI. Этот метод вообще устраняет применение дорогостоящего ацетилена и в настоящее время является самым экономичным для синтеза винилхлорида: себестоимость получаемого мономера снижается на 25 – 30% по сравнению с методом гидрохлорирования ацетилена.

Технологическая схема процесса представлена на рис. 1.

Прямое хлорирование этилена до 1,2-дихлорэтана проводят в колонном хлораторе 1, куда хлор и этилен подают через соответствующие барботеры. В колонне сохраняют постоянный уровень жидкости, в которой растворен катализатор (FeCI3). Тепло реакции отводят за счет испарения 1,2-дихлорэтана; пары его конденсируются в конденсаторе-холодильнике 2. Конденсат поступает в сборник 3, откуда часть его возвращают в колонну (чтобы обеспечить нормальный тепловой режим хлоратора и постоянный уровень жидкости), а остальное выводят на ректификацию. В сборнике 3 от конденсата отделяются остаточные газы, которые во избежание потерь 1,2-дихлорэтана дополнительно охлаждают рассолом в холодильнике 2, направляют на очистку и затем выводят в атмосферу.

Стадия оксихлорирования проводится в реакторе 5 с псевдоожиженным слоем катализатора под давлением 0,5 МПа при С. Этилен, рециркулирующий газ и хлорид водорода смешиваются предварительно в трубе, после чего в смесителе 4 к ним добавляют технический кислород. Способ смешения и состав смеси должны обеспечить взрывобезопасные условия работы. В реакторе 5 выделяющееся тепло отводится за счет испарения водного конденсата под давлением; в результате получается технологический пар, используемый на этой же установке. Реакционные газы, состоящие из непревращенных этилена, кислорода и хлорида водорода, а также паров 1,2-дихлорэтана, циркулирующей через холодильник 7. Частично охлажденную газопаровую смесь очищают от HCI и CO2 в горячем щелочном скруббере 9 и окончательно охлаждают в холодильнике 10. Конденсат отделяют от газа в сепараторе 11, после чего рециркулирующий газ (смесь этилена, кислорода и инертных веществ) компрессором 13 возвращают на оксихлорирование.

Часть этого газа во избежание значительного накопления инертных примесей направляют в общую линию отходящих газов, и после улавливания летучих хлорорганических веществ и санитарной очистки выводят в атмосферу. Конденсат из сепаратора 11 идет в сепаратор 12, где более тяжелый 1,2-дихлорэтан отделяется от воды. Ее используют для разбавления щелочи, очищающей газ в скруббере 9, что позволяет избежать потерь на растворение 1,2-дихлорэтана.

1,2-дихлорэтан, полученный при оксихлорировании, насыщен водой, поэтому его, прежде всего, обезвоживают в колонне 14 азеотропной осушки, снабженной кипятильником 15, конденсатором-холодильником 2 и сепаратором 12. После этого оба потока 1,2-дихлорэтана – со стадий прямого хлорирования и оксихлорирования и не превращенного при пиролизе — объединяют. В ректификационной колонне 16 от высших хлоридов отгоняют 1,2-дихлорэтан высокой чистоты, собираемый в емкости 17.

Пиролиз 1,2-дихлорэтана в винилхлорид и HCI проводят в трубчатой печи 19 при 1,5 – 2,0 МПа и 5000С. Реакционные газы охлаждаются в холодильнике 20 циркулирующим 1,2-дихлорэтаном и затем в конденсатре-холодильнике 2 водой, после чего смесь поступает в ректификационную колонну 21, снабженную кипятильником, конденсатором-холодильником и сепаратором 11. Давлние в колонне позволяет сконденсировать в виде флегмы HCI, осуществить эффективную очистку продукта от HCI и получить последний в сухом и чистом виде. Этот газообразный HCI направляют затем на оксихлорирование. Кубовую жидкость колонны 21, состоящую из винилхлорида и непревращенного 1,2-дихлорэтана, направляют в колонну 22, где под давлением, обеспечивающим конденсацию винилхлорида, его отгоняют от непревращенного дихлорэтана, который возвращают на ректификацию.

Полученный винилхлорид содержит 99,9% основного вещества и вполне пригоден для последующей полимеризации.

Рис. 1 Технологическая схема синтеза винилхлорида по комбинированному методу

1. Хлоратор, 2. Конденсаторы-холодильники, 3. Сборник, 4. Смеситель, 5. Реактор, 6, 20. Холодильники непосредственного смешения, 7, 10. Холодильники, 8. Циркуляционный наос, 9. Скруббер, 11, 12. Сепараторы, 13. Компрессор, 14. Осушительная колонна, 15. Кипятильники, 16, 21, 22. Ректификационные колонны, 17. Емкость, 18. Насос, 19. Трубчатая печь, 23. Дроссельный вентиль

Список литературы

1. , Остроумов . М., Дрофа, 2008;

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

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

4. , , Вишнякова нефтехимического синтеза. М., 1973. – 448 с.;

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

Методы хлорирования

Есть два основных вида, которые различаются в зависимости от качества исходной воды. Очень сильно на это влияет сезонность, характеристики отличаются, поэтому следует осуществлять несколько проверок за год.

• Предхлорирование – используется как вспомогательное средство при таких процессах как коагулирование или обезжелезивание.
• Постхлорирование, или финишное. С ним мы сталкиваемся чаще всего при водоподготовке.

В зависимости от дозы реагентов, процедура может быть нормальной (до 0,5 мг на литр) или перехлорированием – удвоение норм.

Есть также комбинированный вариант, когда вместе с Cl добавляются еще некоторые бактерицидные компоненты. Это может быть добавление магния, серебра, меди или аммиака.

Дехлорирование воды

Если есть излишки хлора в уже подготовленной жидкости, то их нужно вывести. Есть несколько промышленных вариантов:

MBFT-75 Мембрана на 75GPD

АМЕТИСТ — 02 М Жилой дом до 10 человек или до 2 куб.м./сут.

Аэрационная установка AS-1054 VO-90

• аэронирование – это принудительное насыщение кислородом, азотом или иными газами;
• дозирование других реагентов, которые могут связать остаточный хлор;
• использование фильтров с активированным углем.

Последний вариант – один из самых лучших, поскольку вместе с указанным реагентом выводятся и другие опасные примеси.

Методы очищения в домашних условиях

Угольная насадка может быть приобретена в специальном магазине, она прикручивается непосредственно на кран и достаточно скромная по цене. Но очень важно промывать конструкцию очень горячей водой, так как это позволит убить бактерии – им удобно распространяться в такой среде.

Есть еще варианты:

• ультрафиолетовое излучение – такой вариант обеззараживания дополнительно убивает патогены;
• ионообменные смолы – ионизация приводит к реакции, в ходе которой появляется осадок из солей с ионами натрия;
• обратный осмос – наиболее эффективный фильтр из мембранного материала, есть минус, он заключается в полном устранении из жидкости микроэлементов.

Хлорирование воды

Хлорирование воды основано на добавлении в воду хлорсодержащих веществ, это самый старый, самый распространенный и самый надежный реагентный способ дезинфекции воды. Метод основан на способности свободного хлора и его соединений угнетать ферментные системы микробов, катализирующие окислительно-восстановительные процессы. В России в 99% случаев хоть в какой-то степени хлорируется вода в любом бассейне, даже в бассейне с морской водой, так как хлорирование – самый надежный и доступный способ соблюсти принятые санитарные нормы.

Достоинства метода хлорирования:

• надежность и широкий спектр воздействия на микроорганизмы. Хлор способен разрушать и уничтожать подавляющее большинство известных патогенных микроорганизмов. Хлорирование обрабатывает не только воду, но и поверхности самого бассейна, в отличие от озонирования, электролиза и обработки ультрафиолетом, когда обрабатывается только вода, проходящая непосредственно через прибор обеззараживания, а поверхности бассейна остаются фактором риска;
• пролонгированное действие. Хлор долго сохраняется в активном виде в воде (свободный хлор*);
• недорогой и доступный способ.

Недостатки метода хлорирования:

• хлорированием не уничтожаются спорообразующие микроорганизмы (в отличие, например, от озонирования);
• при поддержании в воде постоянного уровня хлора со временем наблюдается «привыкание» патогенных микробов к этим концентрациям хлора. Для решения этой проблемы применяется периодическая обработка повышенными дозами хлора (хлорный шок);
• в воде постоянно образуются токсичные продукты хлорирования (хлороформ, хлорамины*), с которыми нужно вести постоянную «борьбу».

В настоящее время рекомендуется сочетать различные системы дезинфекции. Комбинация с хлорированием каких-либо других способов дезинфекции позволяет достичь максимального эффекта обеззараживания без вреда для здоровья.

Аналитический контроль процесса

Есть множество нормативных документов, которые регламентируют нормативы и проверки. Одни из них имеют международный формат, такие как ISO, а также методологические указания МУК, которые являются инструкциями для действий. И, конечно, есть ГОСТ, о котором мы говорили выше. В основном для всего требуется специальный химический анализ.

Автоматические анализаторы

Иногда времени на лабораторное тестирование нет и нужно получить результаты в режиме реального времени. Тогда подойдут 4 способа:

• оптические измерения;
• йодометрия;
• хемилюминесценция;
• электрохимический метод.

Специальное оборудование находится на станциях водоподготовки.

Электрохимические анализаторы

В одну ячейку с каплей исследуемой среды подается напряжение на двух электродах. Образуемый ток приводит к тому, что катоды притягиваются в одну из сторон. Стоимость прибора невысокая, точность эффективная.