用反应精馏制备氯乙烷工艺的研究
目 录
1 绪论 1
1.1 氯乙烷的概述 1
1.2 氯乙烷的制备 5
1.3 氯乙烷在各个领域的应用 7
1.4 研究该课题目的和意义 8
2 实验部分 9
2.1 实验试剂及仪器 9
2.2 反应原理 9
2.3 氯乙烷的合成 10
2.4 实验方案 10
2.5 实验步骤 11
2.6 产品的分析与检测 12
3 结果分析与讨论 13
3.1 反应温度对产率的影响 13
3.2 反应时间对产率的影响 14
3.3 水的量对产率的影响 14
3.4 冷凝水的温度对实验的影响 15
3.5 催化剂重复使用率 16
3.6 最合适条件的重复性 16
3.7 产物分析 17
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1 绪论
氯乙烷是一种用途广泛的有机溶剂，大量应用于农药、染料、医药和石油化工等行业。常温常压下为气体，有乙醚气味，微溶于水，溶于乙醇和乙醚等溶剂，与空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限为3.6％～14.8％（体积）。农业上上可用作杀虫剂。工业上用于制造四乙基铅、乙基纤维素，并用做磷、硫、油脂、树脂、蜡等的溶剂。医药上用作外科手术的麻醉剂。由于挥发时会引起急剧冷却，也可以用作冷冻剂[1, 2]。
当前，我国氯乙烷生产企业对生产后的物质没有得到好的回收，一些生产方法不仅浪费了资源，增加了成本，而且严重污染了环境[3]。因此，本设计的目的就是改进企业的生产方法，提高原料 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
的利用率，减轻污染，保护环境和为企业增加效益。
1.1 氯乙烷的概述
CH3CH2Cl，缩写为EtCl，又名乙基氯。室温时为气体，压缩为挥发性无色液体，有醚的气味。在低温或加压下为无色、澄清、透明、易流动的液体。干燥时稳定无腐蚀性，遇水或碱则水解。由乙烯和氯化氢起加成作用或氯化氢通入氯化锌及乙醇溶液而制得。燃烧时产生有烟的绿色火焰，并生产氯化氢气体。须贮存于玻璃封口或严密封紧的安瓿中。氯乙烷具有一卤代烷的典型性质，可水解生成醇，与氰化钠作用生成腈，与氨、醇、硫化氢作用分别生成胺、醚、硫醇，还可以脱氯化氢成烯，与金属镁作用生成格氏试剂等。
（1）氯乙烷物性数据[4, 5]：氯乙烷是无色气体有类似醚样的气味，分子量64.52，闪点-43（℃），相对密度（水=1）为0.92，自燃温度519（℃），相对蒸气密度（空气=1）为2.22，熔点-140.85（℃），沸点12.5（℃），饱和蒸汽压134.8（20℃）（kPa），临界温度187.2（℃），临界压力5.23（MPa），辛醇/水分配系数1.43。燃烧热(KJ/mol，25℃,液体)：1351.5、比热容（KJ/（kgK）,0oC）：1.55、临界温度（℃）：187.2、临界压力（MPa）：5.27、电导率（S/m,0oC）：<3×10-9、热导率（W/(mK),液体）：0.14676、爆炸下限(％,V/V)：3.6、爆炸上限(％,V/V)：14.8、体膨胀系数(K-1,0～15oC,平均)：0.00156。
（2）氯乙烷分子结构数据[6]：摩尔折射率：16.16、摩尔体积(m3/mol)：72.9、等张比容(90.2K)：150.1、表面张力(dyne/cm)：17.9、极化率(10-24cm3)：6.40。
（3）溶解性：能与甲醇、乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳和苯等多种有机溶剂混溶。能溶解油脂、树脂、蜡等多种有机物以及硫、磷等无机物。氯乙烷在水中溶解0.447％；水在氯乙烷中溶解0.07％。
1.1.1 氯乙烷的生产
氯乙烷的生产方法很多，乙烷和乙烯都能作为反应的原料，乙烯和氯化氢加成反应，乙烷和氯气光照取代，但是用此反应中有很多副反应产物，工业生产上基本不用此方法。工业上一般采用由乙烯和氯化氢在一定条件下发生加成反应来制备，实验室里利用乙醇与亚硫酰氯作用制取氯乙烷[7]。
一、乙烯的氢卤化法
目前，国内大多是以乙醇脱水制乙烯进行生产，且分为气相法和液相法。
（1）气相法 其反应式如下：
CH2CH2+HCl→CH3CH2Cl
上述反应以乙烯和氯化氢为原料，以三氯化铝、氯化铋为催化剂，反应温度130℃-250℃，所得粗品经过静置得成品。
该反应选择性高，成本较低，但所得产品氯乙烷纯度较低。
（2）液相法
将无水氯化氢与90％-95％的干燥乙烯，按1：1（mol）混合，送入装有氯乙烯、三氯化铝的鼓泡反应器内[8]，于30-40℃，0.25-0.29MPa下进行反应，然后经过闪蒸，碱洗，蒸馏即得成品。
二、乙烷卤化法 其反应式如下
CH3CH3+Cl2→CH3CH2Cl+HCl
以乙烷和氯气为原料，将乙烷在400℃或更高温度下直接氯化，副产的盐酸气于高压催化反应器中与乙烯反应制得[9]。
该反应选择性高，仅次于“乙烯氢卤化”工艺，但此反应会产生氯化氢排出物。
三、乙醇氢卤化法
由乙醇与盐酸于氯化锌作催化剂的作用下制的[10]，其反应式如下：
CH3CH2OH+HCl→CH3CH2Cl+H2O
2CH3CH2OH→C2H5OC2H5+H2O
目前主要用乙醇和盐酸在氯化锌作用下制得氯乙烷。工艺过程为：将原料乙醇和氯化氢气体鼓泡通过70％～80％的氯化锌水溶液，于140摄氏度，0.2MPa下进行反应，生成氯乙烷粗品，然后经过碱液中和氯乙烷中的氯化氢，经过干燥冷凝得到成品。得到的粗产品用浓硫酸和活性炭进行脱水脱色，浓硫酸的引入，增加生产成本[11]。
产品纯度高、质量稳定，但此反应成本偏高。反应进程中可能伴有乙醇脱水成醚的副反应。
四、三氯乙醛副产氯乙烷法
以乙醇和氯气为原料，反应生成三氯乙醛的过程中能副产氯乙烷，反应成本最低，但须有三氯乙醛装置。
氯乙烷是一种用途广泛的有机溶剂，大量应用于农药、染料、医药和石油化工等行业。其生产过程中产生的工艺废水，含有大量的乙醇和盐酸，若不对其进行处理而直接排放，不仅会造成水体污染，还会浪费大量资源。采用物化法对此废水进行了处理试验研究，不仅处理效果显著，处理后的废水不但可达标排放，而且处理过程中还回收了原料乙醇，得到副产物氯化钙，取得了较好的环境、经济和社会效益[12]。
（2）乙烷热氯化法 通常用装有活性炭或石墨粒子的流化床反应器，反应温度450～500℃，乙烷与氯的摩尔比为1：3。除得到氯乙烷外，还副产氯化氢和三氯乙烷等。乙烷的单程转化率约为65％。
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（3）观察气相色谱图，查看馏分是中是否有其它杂质。
（4）对产物进行红外光谱分析。
1 绪论 1
1.1 氯乙烷的概述 1
1.2 氯乙烷的制备 5
1.3 氯乙烷在各个领域的应用 7
1.4 研究该课题目的和意义 8
2 实验部分 9
2.1 实验试剂及仪器 9
2.2 反应原理 9
2.3 氯乙烷的合成 10
2.4 实验方案 10
2.5 实验步骤 11
2.6 产品的分析与检测 12
3 结果分析与讨论 13
3.1 反应温度对产率的影响 13
3.2 反应时间对产率的影响 14
3.3 水的量对产率的影响 14
3.4 冷凝水的温度对实验的影响 15
3.5 催化剂重复使用率 16
3.6 最合适条件的重复性 16
3.7 产物分析 17
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1 绪论
氯乙烷是一种用途广泛的有机溶剂，大量应用于农药、染料、医药和石油化工等行业。常温常压下为气体，有乙醚气味，微溶于水，溶于乙醇和乙醚等溶剂，与空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限为3.6％～14.8％（体积）。农业上上可用作杀虫剂。工业上用于制造四乙基铅、乙基纤维素，并用做磷、硫、油脂、树脂、蜡等的溶剂。医药上用作外科手术的麻醉剂。由于挥发时会引起急剧冷却，也可以用作冷冻剂[1, 2]。
当前，我国氯乙烷生产企业对生产后的物质没有得到好的回收，一些生产方法不仅浪费了资源，增加了成本，而且严重污染了环境[3]。因此，本设计的目的就是改进企业的生产方法，提高原料 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
的利用率，减轻污染，保护环境和为企业增加效益。
1.1 氯乙烷的概述
CH3CH2Cl，缩写为EtCl，又名乙基氯。室温时为气体，压缩为挥发性无色液体，有醚的气味。在低温或加压下为无色、澄清、透明、易流动的液体。干燥时稳定无腐蚀性，遇水或碱则水解。由乙烯和氯化氢起加成作用或氯化氢通入氯化锌及乙醇溶液而制得。燃烧时产生有烟的绿色火焰，并生产氯化氢气体。须贮存于玻璃封口或严密封紧的安瓿中。氯乙烷具有一卤代烷的典型性质，可水解生成醇，与氰化钠作用生成腈，与氨、醇、硫化氢作用分别生成胺、醚、硫醇，还可以脱氯化氢成烯，与金属镁作用生成格氏试剂等。
（1）氯乙烷物性数据[4, 5]：氯乙烷是无色气体有类似醚样的气味，分子量64.52，闪点-43（℃），相对密度（水=1）为0.92，自燃温度519（℃），相对蒸气密度（空气=1）为2.22，熔点-140.85（℃），沸点12.5（℃），饱和蒸汽压134.8（20℃）（kPa），临界温度187.2（℃），临界压力5.23（MPa），辛醇/水分配系数1.43。燃烧热(KJ/mol，25℃,液体)：1351.5、比热容（KJ/（kgK）,0oC）：1.55、临界温度（℃）：187.2、临界压力（MPa）：5.27、电导率（S/m,0oC）：<3×10-9、热导率（W/(mK),液体）：0.14676、爆炸下限(％,V/V)：3.6、爆炸上限(％,V/V)：14.8、体膨胀系数(K-1,0～15oC,平均)：0.00156。
（2）氯乙烷分子结构数据[6]：摩尔折射率：16.16、摩尔体积(m3/mol)：72.9、等张比容(90.2K)：150.1、表面张力(dyne/cm)：17.9、极化率(10-24cm3)：6.40。
（3）溶解性：能与甲醇、乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳和苯等多种有机溶剂混溶。能溶解油脂、树脂、蜡等多种有机物以及硫、磷等无机物。氯乙烷在水中溶解0.447％；水在氯乙烷中溶解0.07％。
1.1.1 氯乙烷的生产
氯乙烷的生产方法很多，乙烷和乙烯都能作为反应的原料，乙烯和氯化氢加成反应，乙烷和氯气光照取代，但是用此反应中有很多副反应产物，工业生产上基本不用此方法。工业上一般采用由乙烯和氯化氢在一定条件下发生加成反应来制备，实验室里利用乙醇与亚硫酰氯作用制取氯乙烷[7]。
一、乙烯的氢卤化法
目前，国内大多是以乙醇脱水制乙烯进行生产，且分为气相法和液相法。
（1）气相法 其反应式如下：
CH2CH2+HCl→CH3CH2Cl
上述反应以乙烯和氯化氢为原料，以三氯化铝、氯化铋为催化剂，反应温度130℃-250℃，所得粗品经过静置得成品。
该反应选择性高，成本较低，但所得产品氯乙烷纯度较低。
（2）液相法
将无水氯化氢与90％-95％的干燥乙烯，按1：1（mol）混合，送入装有氯乙烯、三氯化铝的鼓泡反应器内[8]，于30-40℃，0.25-0.29MPa下进行反应，然后经过闪蒸，碱洗，蒸馏即得成品。
二、乙烷卤化法 其反应式如下
CH3CH3+Cl2→CH3CH2Cl+HCl
以乙烷和氯气为原料，将乙烷在400℃或更高温度下直接氯化，副产的盐酸气于高压催化反应器中与乙烯反应制得[9]。
该反应选择性高，仅次于“乙烯氢卤化”工艺，但此反应会产生氯化氢排出物。
三、乙醇氢卤化法
由乙醇与盐酸于氯化锌作催化剂的作用下制的[10]，其反应式如下：
CH3CH2OH+HCl→CH3CH2Cl+H2O
2CH3CH2OH→C2H5OC2H5+H2O
目前主要用乙醇和盐酸在氯化锌作用下制得氯乙烷。工艺过程为：将原料乙醇和氯化氢气体鼓泡通过70％～80％的氯化锌水溶液，于140摄氏度，0.2MPa下进行反应，生成氯乙烷粗品，然后经过碱液中和氯乙烷中的氯化氢，经过干燥冷凝得到成品。得到的粗产品用浓硫酸和活性炭进行脱水脱色，浓硫酸的引入，增加生产成本[11]。
产品纯度高、质量稳定，但此反应成本偏高。反应进程中可能伴有乙醇脱水成醚的副反应。
四、三氯乙醛副产氯乙烷法
以乙醇和氯气为原料，反应生成三氯乙醛的过程中能副产氯乙烷，反应成本最低，但须有三氯乙醛装置。
氯乙烷是一种用途广泛的有机溶剂，大量应用于农药、染料、医药和石油化工等行业。其生产过程中产生的工艺废水，含有大量的乙醇和盐酸，若不对其进行处理而直接排放，不仅会造成水体污染，还会浪费大量资源。采用物化法对此废水进行了处理试验研究，不仅处理效果显著，处理后的废水不但可达标排放，而且处理过程中还回收了原料乙醇，得到副产物氯化钙，取得了较好的环境、经济和社会效益[12]。
（2）乙烷热氯化法 通常用装有活性炭或石墨粒子的流化床反应器，反应温度450～500℃，乙烷与氯的摩尔比为1：3。除得到氯乙烷外，还副产氯化氢和三氯乙烷等。乙烷的单程转化率约为65％。
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（3）观察气相色谱图，查看馏分是中是否有其它杂质。
（4）对产物进行红外光谱分析。
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