Uglevodorodlarni xlorli birikmalarini ishlab chiqarish

Benzolni xlorlash usulari. Benzolni xlorlash-bu sanoatga tadbiq qilingan jarayon bo‘lib, katta ahamiyatga ega. Benzolni xlorlashdagi eng muhim va qimmatli mahsulotlar bu-xlorbenzoldir; di-, tri-, tetra-, va geksaxlorbezollar esa uncha ko‘p qo‘llanilmaydigan moddalardir.

Benzolni xlorlashda xlorbenzol hosil bo‘ladi, u ham dixlorbenzol hosil qilib xlorlanishi mumkin:

Dixlorbenzol hosil bo‘lishi xlorbenzolga nisbatan 8-10 marta sekin bo‘ladi, chunki xlorbenzol molekulasidagi vodorod atomini xlor atomiga almashinish reaksiya tezligi sekin bo‘ladi. Shunday qilib, ketma-ket parallel ravishda reksiyalar sodir bo‘ladi:

Xlorlash tezlik konstantalari nisbati k_2/ k₁q k temperaturaga bog‘liq bo‘ladi: 18 ^o S da kq0,107; 25 ^o S da 0,118; 35 ^o S da 0,123 teng bo‘ladi.

Jarayon texnologiyasi. Xlorbenzol va dixlorbenzol hosil bo‘lish nisbatlariga taʼsir etuvchi asosiy omil - bu konversiya darajasi hisoblanadi (xlorlash darajasi). Benzolni xlorlashni asosan kichik konversiya darajada, yaʼni shunday sharoitda olib borish lozimki, bunda benzolning 20-80% reaksiyaga kirishmagan bo‘lishi kerak.
Xlorbenzol olishda davriy va uzluksiz usuldan foydalaniladi.
Davriy usul bilan xlorbenzol olishda xloratorga temir qirindilari solinadi va unga gaz xolidagi Sl₂ yuboriladi, hosil bo‘lgan FeCl₃ katalizator vazifasini bajaradi. Xlorlash jarayoni reaksiya massasini zichligini o‘lchash orqali boshqarib turiladi (1-jadval).
1-jadval Benzolni xlorlashdagi reaksiya massasi zichligini uning tarkibiga
boglikligi. Tq 20-30 ^oS

Zichlik, kg/m^3	Reaksiya massasining tarkibi, %
	benzol	xlorbenzol	dixlorbenzol
1037	31	63	6
1075	23	59	18
1116	8	56	36
1240	1	30	69

Davriy ravishda benzolni xlorlash bir qator kamchiliklarga ega: qo‘llaniladigan jihoz past ishlab chiqarish quvvatiga ega. Undan tashqari, butun reaksiya massasi temperaturasini bir xilda ushlab turish juda qiyin, chunki xlorlash jarayoni ekzotermik bo‘lib ko‘p miqdorda issiqlik ajralib chiqadi (117- 135 kdj/mol).

1930 yilda N.N.Vorojsov tomonidan benzolni xlorlashni uzluksiz usuli yaratildi (1-rasm). Lekin bu usulda ham issiqlik tashqariga chiqarishda qiyinchiliklar mavjud bo‘lganligi uchun B.E.Berkman tomonidan xlorlashni boshqa usuli yaratildi. Bu usulda xlorlash temperaturasi reaksiya massasini qaynashida olib borilishi va ajralayotgan issiqlikni ortiqcha olingan benzolni bug‘latish hisobiga tashqariga chiqarish taklif etildi. Buning natijasida reaktor quvvati 8-10 marta ortishi aniqlandi.

1. 
   rasm. Benzolni ko‘p marta xlorlash sxemasi: 1-benzol uchun sig‘im; 2-xloratorlar.
   

Xozirgi vaqtda sanoatda xlorbenzol olish uchun katalizator ishtirokida reaksiya massasini qaynash temperaturasida uzluksiz usuldan foydalaniladi. Xlorlash jarayoni xomashyoni tayyorlashdan boshlanadi. Qo‘llanadigan benzolni tozalashning ahamiyati katta. Chunki uning tarkibida tiofen va uglerod disulfid bo‘lishi mumkin. Tiofen temir uch xlorid va benzol bilan taʼsirlanish natijasida benzolda erimaydigan “qora cho‘kma” hosil qiladi. Shuningdek, teofen ushbu sharoitda xlorlanishi mumkin, hosil bo‘ladigan xlorteofenlarning zichligi polixlorbenzollar zichligiga yaqin bo‘lgani uchun xlorlashni boshqarish

ancha qiyinlashadi. Xom xlorbenzolni distillyasiya vaqtida xlorteofenlardan vodorod xlorid ajraladi, u esa jihozlarni korroziyasiga olib keladi.
Benzolni uzluksiz usul bilan xlorlash 2-rasmda ifodalangan. Xlorlash 1- xloratorda olib boriladi. 1-xlorator trubasimon ko‘rinishda bo‘lib, u po‘lat va keramika xalqalardan iborat aralashma bilan to‘ldirilgan. Xloratorning yuqori qismida separatsiyalovchi qism bo‘lib, u nasadka bilan to‘ldirilmaydi. Benzol va xlor reaktorning pastki tomonidan yuboriladi: u yerda quyidagi jarayonlar sodir bo‘ladi: temir (3) xloridni hosil bo‘lishi, ajralayotgan issiqlik hisobiga reaksiya massasini qaynaguncha va benzolni bug‘laguncha isitish. Xloratorni ishlashi uchun shunday gidrodinamik sharoit bo‘lishi lozimki, unda reaksiya mahsulotlari reaksiya zonasiga qaytib kelmasligi kerak. Reaksiya massasining tarkibida polixlorbenzollar miqdorini kamaytirish uchun xlorlash 76-83 ⁰S temperaturada olib boriladi.

2-rasm. Benzolni uzluksiz xlorlash sxemasi: 1 – xlorator; 2 – separatsion hajm; 3, 4 – sovutgich; 5 – benzolni yig‘gich; 6 – nasos.

Xloratorda bug‘langan va chiqayotgan benzolni yig‘ib yana jarayonga qaytariladi. 3-chi sovutgichda 30 ⁰Sda sovutilganda 90% yaqin benzol kondensatsiyalanadi, 4-sovutgichda esa 2 ⁰S gacha sovutilganda 9% benzol kondensatsiyalanadi. Kondensatsiyalangan benzol 5-yig‘gichga yig‘iladi va xlorlashga yuboriladi. Optimal sharoitda 75-80 ⁰S olingan reaksiya massasining tarkibida 65-68% xlorbenzol, 1-1,5% polixlorbenzollar (shundan 0,45-0,68% n- dixlorbenzol), 0,010-0,015% FeCl₃ 0,01- vodorod xlorid bo‘ladi.
So‘ngra reaksiya massasini benzol, xlorbenzol va polixlorbenzollarga uzluksiz ikki bosqichli distillyasiya yo‘li bilan ajratiladi. Dastlab xlorbenzol va polixlorbenzollar aralashmasidan benzolni va so‘ngra polixlorbenzollar aralashmasidan xlorbenzol ajratiladi. FeCl₃ esa polixlorbenzollar aralashmasida qoladi.
Bir qator hollarda vodorod xlorid va FeCl₃ ni ajratish uchun reaksiya massasini ishqor eritmasi bilan neytrallanadi, baʼzan esa suv bilan yuviladi. Lekin ushbu amallarni bajarish natijasida benzolni yo‘qotish va elektr energiya sarfi ko‘payadi.
Sanoatda xlorbenzolni olishning yana bir usuli-benzolni oksidli xlorlash jarayoni qo‘llaniladi. Ushbu usul bug‘ fazasida katalizator ishtirokida olib boriladi. Xlorlovchi vosita sifatida vodorod xlorid va havo kislorodidan
foydaniladi. Bunda ikkita ketma-ket reaksiya boradi-vodorod xloridni oksidlanishi (3)va xlorlash (4).
4 HCI + O₂ 2CI₂ + 2H₂O (3)

Benzolni oksidli xlorlash usuli 4-bosqichdan iborat:

1. 
   dastlabki aralashmalar benzol bug‘lari, vodorod xlorid va havoni tayyorlash;
   
2. 
   olingan aralashma bug‘larini katalizator ustidan o‘tqazish;
   
3. 
   reaksiya mahsulotlarini sovutish, kondensatsiyalash va ajratish;
   
4. 
   chiqayotgan gazlardan benzolni ajratish.
   

Oksidli xlorlash usuli 3-rasmda ifoda etilgan. Tozalangan va 75-100⁰S isitilgan havo, benzol-suv-havo aralashmasi va benzol bug‘lari aralashmasi va HCI 1-isitgichga yuboriladi, u yerda 220⁰S gacha isitiladi, va 2-kantakt apparatiga yuboriladi; uning trubkasi katalizator bilan to‘ldiriladi, uning tarkibi mis, alyuminiy, temir tuzlaridan iborat; kontakt apparat temperaturasi 220-270 ⁰S. Kontakt gazlar 3-kondesatorga yuboriladi. Kondensatsiyalanmagan benzol bug‘lari va suv havo bilan qisman yana jarayonga qaytariladi, benzolni ajratish uchun qurilmaga kiritiladi. Kondensatorning pastki qismidan xlorbenzol, benzol, polixlorbenzol, va xlorid kislotadan iborat kondensat ketadi. Suvli organik qismdan ajratilgandan so‘ng aralashma tarkibida 20-40% benzol qoladi, u esa neytrallash va quritishdan so‘ng distillyasiyaga benzol olish uchun yuboriladi.

3-rasm. Benzolni oksidli xlorlash sxemasi: 1-isitgich; 2-kontakt apparati; 3-kondensator

4. 
   Xloratorlar.
   
   1. 
      Xlorbenzol olish uchun xloratorlar. Sanoatda uzluksiz ishlaydigan xloratorlar 4-rasmda ifodalangan. U po‘lat kolonnadan iborat bo‘lib, yuqori tomoni keng 1-qismdan iborat. Jihozning ichki qismi diabazali plitka bilan qoplangan, pastki qismida 5-cho‘yan panjara joylashgan, unga nasadkalar (25x25 yoki 50x50 mm li keramika va po‘lat xalqalar) solinadi. Po‘lat xalqalar temir xlorid hosil bo‘lishi manʼbai bo‘lib, FeCl₃ esa xlorlash katalizatori vazifasini bajaradi. Panjara tagida shtutserlar mavjud bo‘lib, u xlor va benzolni kelishi uchun va 6-shtutser esa taʼmirlash vaqtida jixozni tozalash uchun kerak.
      

Ushbu jixozda xlorlash 2-kolonna pastidan kelayotgan suyuqlik va gaz oqimida sodir bo‘ladi. 3-nasadka orqali o‘tib xlor va benzol yaxshi aralashadi.

4-rasm. Xlorbenzol ishlab chiqarishda uzluksiz ishlaydigan xlorator:

1-yuqori kengaygan qism (separator); 2-po‘lat kolonna; 3-nasadka (keramika va po‘lat xalqalar aralashmasi); 4-termometr uchun gilza; 5-cho‘yan panjara; 6-
shtutser apparatni tozalash uchun; 7-xalqalar tushuvchi lyuk; 8- xalqalar soluvchi lyuk.
5-rasm. Aromatik uglevodorodlar yon zanjirini xlorlovchi davriy ravishda ishlaydigan xlorator.

6-rasm. Aromatik uglevodorodlar yon zanjirini xlorlovchi uzluksiz ishlaydigan xlorator:1-sig‘im; 2- dozirlovchi sig‘im; 3-kolonnali xlorator; 4-qaytar sovutgich.

Davriy ravishda benzolni xlorlash bir qator kamchiliklarga ega: qo‘llaniladigan jihoz past ishlab chiqarish quvvatiga ega. Undan tashqari, butun reaksiya massasi temperaturasini bir xilda ushlab turish juda qiyin, chunki xlorlash jarayoni ekzotermik bo‘lib ko‘p miqdorda issiqlik ajralib chiqadi (117- 135 kdj/mol).

1930 yilda N.N.Vorojsov tomonidan benzolni xlorlashni uzluksiz usuli yaratildi (1-rasm). Lekin bu usulda ham issiqlik tashqariga chiqarishda qiyinchiliklar mavjud bo‘lganligi uchun B.E.Berkman tomonidan xlorlashni boshqa usuli yaratildi. Bu usulda xlorlash temperaturasi reaksiya massasini qaynashida olib borilishi va ajralayotgan issiqlikni ortiqcha olingan benzolni bug‘latish hisobiga tashqariga chiqarish taklif etildi. Buning natijasida reaktor quvvati 8- 10 marta ortishi aniqlandi.

7-rasm. Benzolni ko‘p marta xlorlash sxemasi: 1-benzol uchun sig‘im; 2-xloratorlar.
Xozirgi vaqtda sanoatda xlorbenzol olish uchun katalizator ishtirokida reaksiya massasini qaynash temperaturasida uzluksiz usuldan foydalaniladi. Xlorlash jarayoni xomashyoni tayyorlashdan boshlanadi. Qo‘llanadigan benzolni tozalashning ahamiyati katta. Chunki uning tarkibida tiofen va uglerod disulfid bo‘lishi mumkin. Tiofen temir uch xlorid va benzol bilan taʼsirlanish natijasida benzolda erimaydigan “qora cho‘kma” hosil qiladi. Shuningdek, teofen ushbu sharoitda xlorlanishi mumkin, hosil bo‘ladigan xlorteofenlarning zichligi polixlorbenzollar zichligiga yaqin bo‘lgani uchun xlorlashni boshqarish ancha qiyinlashadi. Xom xlorbenzolni distillyasiya vaqtida xlorteofenlardan vodorod xlorid ajraladi, u esa jihozlarni korroziyasiga olib keladi.
Benzolni uzluksiz usul bilan xlorlash 2-rasmda ifodalangan. Xlorlash 1- xloratorda olib boriladi. 1-xlorator trubasimon ko‘rinishda bo‘lib, u po‘lat va keramika xalqalardan iborat aralashma bilan to‘ldirilgan. Xloratorning yuqori qismida separatsiyalovchi qism bo‘lib, u nasadka bilan to‘ldirilmaydi. Benzol va xlor reaktorning pastki tomonidan yuboriladi: u yerda quyidagi jarayonlar sodir bo‘ladi: temir (3) xloridni hosil bo‘lishi, ajralayotgan issiqlik hisobiga reaksiya massasini qaynaguncha va benzolni bug‘laguncha isitish. Xloratorni ishlashi uchun shunday gidrodinamik sharoit bo‘lishi lozimki, unda reaksiya mahsulotlari reaksiya zonasiga qaytib kelmasligi kerak. Reaksiya massasining
tarkibida polixlorbenzollar miqdorini kamaytirish uchun xlorlash 76-83 ⁰S temperaturada olib boriladi.


2-rasm. Benzolni uzluksiz xlorlash sxemasi:
1–xlorator; 2 – separatsion hajm; 3,4 – sovutgich; 5 – benzolni yig‘gich; 6 – nasos.
Xloratorda bug‘langan va chiqayotgan benzolni yig‘ib yana jarayonga qaytariladi. 3-chi sovutgichda 30 ⁰Sda sovutilganda 90% yaqin benzol kondensatsiyalanadi, 4-sovutgichda esa 2 ⁰S gacha sovutilganda 9% benzol kondensatsiyalanadi. Kondensatsiyalangan benzol 5-yig‘gichga yig‘iladi va xlorlashga yuboriladi. Optimal sharoitda 75-80 ⁰S olingan reaksiya massasining tarkibida 65-68% xlorbenzol, 1-1,5% polixlorbenzollar (shundan 0,45-0,68% n- dixlorbenzol), 0,010-0,015% FeCl₃, 0,01- vodorod xlorid bo‘ladi.
So‘ngra reaksiya massasini benzol, xlorbenzol va polixlorbenzollarga uzluksiz ikki bosqichli distillyasiya yo‘li bilan ajratiladi. Dastlab xlorbenzol va polixlorbenzollar aralashmasidan benzolni va so‘ngra polixlorbenzollar aralashmasidan xlorbenzol ajratiladi. FeCl₃ esa polixlorbenzollar aralashmasida qoladi.
Bir qator hollarda vodorod xlorid va FeCl₃ ni ajratish uchun reaksiya massasini ishqor eritmasi bilan neytrallanadi, baʼzan esa suv bilan yuviladi. Lekin ushbu amallarni bajarish natijasida benzolni yo‘qotish va elektr energiya sarfi ko‘payadi.
Sanoatda xlorbenzolni olishning yana bir usuli-benzolni oksidli xlorlash jarayoni qo‘llaniladi. Ushbu usul bug‘ fazasida katalizator ishtirokida olib boriladi. Xlorlovchi vosita sifatida vodorod xlorid va havo kislorodidan foydaniladi. Bunda ikkita ketma-ket reaksiya boradi-vodorod xloridni oksidlanishi (3)va xlorlash (4).
4 HCI + O₂ 2CI₂ + 2H₂O (3)

Benzolni oksidli xlorlash usuli 4-bosqichdan iborat:

5. 
   dastlabki aralashmalar benzol bug‘lari, vodorod xlorid va havoni tayyorlash;
   
6. 
   olingan aralashma bug‘larini katalizator ustidan o‘tqazish;
   
7. 
   reaksiya mahsulotlarini sovutish, kondensatsiyalash va ajratish;
   
8. 
   chiqayotgan gazlardan benzolni ajratish.
   

Oksidli xlorlash usuli 3-rasmda ifoda etilgan. Tozalangan va 75-100⁰S isitilgan havo, benzol-suv-havo aralashmasi va benzol bug‘lari aralashmasi va HCI 1-isitgichga yuboriladi, u yerda 220⁰S gacha isitiladi, va 2-kantakt apparatiga yuboriladi; uning trubkasi katalizator bilan to‘ldiriladi, uning tarkibi mis, alyuminiy, temir tuzlaridan iborat; kontakt apparat temperaturasi 220-270 ⁰S. Kontakt gazlar 3-kondesatorga yuboriladi. Kondensatsiyalanmagan benzol bug‘lari va suv havo bilan qisman yana jarayonga qaytariladi, benzolni ajratish uchun qurilmaga kiritiladi. Kondensatorning pastki qismidan xlorbenzol, benzol, polixlorbenzol, va xlorid kislotadan iborat kondensat ketadi. Suvli organik qismdan ajratilgandan so‘ng aralashma tarkibida 20-40% benzol qoladi, u esa neytrallash va quritishdan so‘ng distillyasiyaga benzol olish uchun yuboriladi.


3-rasm. Benzolni oksidli xlorlash sxemasi:
1-isitgich; 2-kontakt apparati; 3-kondensator

4. Xloratorlar.

1. 
   Xlorbenzol olish uchun xloratorlar. Sanoatda uzluksiz ishlaydigan
   

xloratorlar 4-rasmda ifodalangan. U po‘lat kolonnadan iborat bo‘lib, yuqori tomoni keng 1-qismdan iborat. Jihozning ichki qismi diabazali plitka bilan qoplangan, pastki qismida 5-cho‘yan panjara joylashgan, unga nasadkalar (25x25 yoki 50x50 mm li keramika va po‘lat xalqalar) solinadi. Po‘lat xalqalar temir xlorid hosil bo‘lishi manʼbai bo‘lib, FeCl₃ esa xlorlash katalizatori vazifasini bajaradi.
Panjara tagida shtutserlar mavjud bo‘lib, u xlor va benzolni kelishi uchun va 6-shtutser esa taʼmirlash vaqtida jixozni tozalash uchun kerak. Ushbu jixozda xlorlash 2-kolonna pastidan kelayotgan suyuqlik va gaz oqimida sodir bo‘ladi. 3-nasadka orqali o‘tib xlor va benzol yaxshi aralashadi.
4-rasm. Xlorbenzol ishlab chiqarishda uzluksiz ishlaydigan xlorator:
1-yuqori kengaygan qism (separator); 2-po‘lat kolonna; 3-
nasadka (keramika va po‘lat xalqalar aralashmasi); 4-termometr uchun gilza;

5. 
   cho‘yan panjara; 6- shtutser apparatni tozalash uchun; 7-xalqalar tushuvchi lyuk; 8- xalqalar soluvchi lyuk.