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    二氯乙烷
    作者:15927300657 發布時間:2020-07-09 11:49
    二氯乙烷(化學式:C2H4Cl2;Cl(CH2)2Cl,式量:98.97),即1,2-二氯乙烷,是鹵代烴的一種, 常用 DCE 表示。無色或淺黃色透明液體熔點-35.7℃,沸點83.5℃,密度1.235g/cm³,閃點17℃。難溶于水主要用作氯乙烯(聚氯乙烯單體)制取過程的中間體,也用作溶劑等。它在室溫下是無色有類似氯仿氣味的液體,有毒,具潛在致癌性,可能的溶劑替代品包括1,3-二氧雜環己烷和甲苯。用作溶劑及制造,三氯乙烷的中間體。用作蠟、脂肪、橡膠等的溶劑及谷物殺蟲劑。
    物理性質
    分子結構數據:
    1.生態毒性
    LC50:225mg/L(96h)(虹鱒魚,靜態);230~710mg/L(96h)(藍鰓太陽魚,靜態);136mg/L(96h)(黑頭呆魚,靜態);65mg/L(96h)(褐蝦);218mg/L(48h)(水蚤)
    IC50:105~710mg/L(72h)(藻類)
    二氯乙烷
    二氯乙烷
    2.生物降解性
    好氧生物降解(h):2400~4320
    厭氧生物降解(h):9600~17280
    3.非生物降解性
    空氣中光氧化半衰期(h):292~2917
    外觀與性狀:無色或淺黃色透明液體,有類似氯仿的氣味。味甜。能緩慢分解變成酸性,顏色變暗。
    溶解性:溶于多數有機溶劑。在水中沉底,基本不溶。溶解性溶于約120倍的水,與乙醇、氯仿、乙醚混溶。能溶解油和脂類、潤滑脂、石蠟。
    1,2-二氯乙烷在常溫常壓下為具有類似氯仿氣味和甜味的無色透明油狀劇毒液體。難溶于水,可與乙醇、乙醚、氯仿等各種有機溶劑混溶,能溶解油和脂。對水、酸、堿穩定,

    化學性質
    具有抗氧化性。不腐蝕金屬。其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇高熱、明火、強氧化劑有引起燃燒爆炸的危險。 

    制備
    1.乙烯與氯氣直接合成法 以乙烯和氯氣在1,2-二氯乙烷介質中進行氯化生成粗二氯乙烷及少量多氯化物,加堿閃蒸除去酸性物及部分高沸物,用水洗滌至中性,共沸脫水,精餾,得成品。
    2.乙烯氧氯化法乙烯直接與氯氣氯化生成二氯乙烷。由二氯乙烷裂解制氯乙烯時回收的氯化氫和預熱至150-200℃的含氧氣體(空氣)和乙烯,通過載于氧化鋁上的氯化銅觸媒,在壓力0.0683-0.1033MPa;溫度200-250℃下反應,粗產品經冷卻(使大部分三氯乙醛和部分水冷凝);加壓;精制,得二氯乙烷產品。
    3.由石油裂解氣或焦爐的乙烯直接氯化的方法。此外,在氯乙醇法制取環氧乙烷的生產中還副產有1,2-二氯乙烷。
    4.將工業品1,2-二氯乙烷是用濃硫酸洗至酸層無色,而后用5的氫氧化鈣溶液洗,再用水洗一次,分去水層。用無水氯化鈣干燥后,進行精餾。1,2-二氯乙烷能與水形成共沸混合物,含有8.9的水,共沸點7.7℃。利用此特性脫去大量的水后再進行干燥和蒸餾即得純品1,2-二氯乙烷。
    5.將催化劑三氯化鐵、氯化銅或氯化亞銻懸浮于二氯乙烷中作為反應介質,分別通入氣體乙烯和氯氣進行反應,控制反應溫度為50~70℃,反應壓力0.4~0.5 MPa:
    反應所得產物用水洗去氯化氫和催化劑,靜置分層,分去水層,然后用1~2的氫氧化鈉洗滌,分去水層后進行共沸精餾,蒸出的共沸物靜置分去水層,干燥后,再精餾,即得1,2-二氯乙烷純品。 
     
    工藝分析
     
    平衡氧氯化法是目前世界上主要采用的氯乙烯生產工藝,具有規模大、利于環保、經濟性能佳等特點。該工藝主要由乙烯直接氯化、乙烯氧氯化、二氯乙烷精餾和裂解等工藝單元組成 。其 中,乙烯直接氯化合成二氯乙烷是平衡氧氯化法生 產氯乙烯工藝中的一個重要單元 。 乙烯直接氯化反應分為氣相法和液相法。氣相法目前還只停留在實驗室階段,因反應選擇性差 等原因沒有工業化。液相法生產工藝采用液相二氯 乙烷為介質,以FeCl3或其絡合物為催化劑,由氯 氣和乙烯鼓泡通過液層進行反應生成二氯乙烷, 該反應為氣液非均相反應。根據反應溫度的不同, 直接氯化可分為低溫氯化 、中溫氯化和高溫氯化工藝,有必要對這3種直接氯化工藝進行比較。 [4] 
     
    實驗部分
     
    實驗原理
    乙烯直接氯化反應為放熱反應 。氯氣用路易斯酸FeCl3ji化,ji化后的氯離子作為一個親電基團攻擊乙烯的雙鍵,形成氯陽離子化合物和四氯化鐵負離子,然后四氯化鐵負離子中的一個氯離子加到氯陽離子化合物的碳原子上,從而生成二氯乙烷。
    乙烯直接氯化反應的主要副產物為一氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷,反應方程式如下:
    C2H4+HCL → C2H5Cl (1)
    C2H4Cl2+Cl2→ C2H3Cl3+HCl (2)
     
    實驗裝置
     
    實驗裝置是容積為300 mL的耐壓夾套玻璃反應釜。設計壓力為2.5 MPa,溫度范圍-20~150 ℃,攪拌轉速可調范圍0~1 500 r/min。 采用低溫氯化工藝時,生成物二氯乙烷可直接從釜 底出料口液相出料。采用中溫、高溫氯化工藝時, 反應在二氯乙烷沸點以上進行,氣相二氯乙烷經冷 凝后進入儲罐,其中大部分循環回反應釜以保持反 應釜內液位,另一部分則由儲罐下方出料口取出。
    實驗方法
    向反應釜內加入200 mL二氯乙烷,其中, FeCl3的含量為0.1(w)以及一定量的NaCl。通入氮氣將反應體系內空氣排空,攪拌、加熱反應釜, 然后通入乙烯和氯氣開始反應。低溫氯化實驗的反 應溫度約為50 ℃,反應壓力微正壓。中溫氯化實 驗的反應溫度為90 ℃,壓力約為0.15 MPa。
    高溫氯化反應的溫度為110~120 ℃,壓力為0.25 MPa。 采用氣相色譜法對產物 中的二氯乙烷含量進行分析。分析條件為:SGE BP5型氣相色譜柱(30 m×0.32 mm×0.5 μm,固定 相:BP5),FID檢測,檢測器溫度200 ℃,載氣為氮氣,流量為1 mL/min,氣化室溫度120 ℃,柱溫50~200 ℃。 [4] 
    結果與討論
    氯化工藝的特點分析
    由反應溫度對二氯乙烷選擇性和系統熱負荷可見,采用低溫氯化工藝(反應溫度為50 ℃)時二氯乙烷的選擇性高,但系統熱負荷也高,這是由于直接氯化反應放熱量大,需要消耗大量的冷卻水保持反應釜內的 溫度恒定,而反應熱未得到有效的利用,此外液相 出料催化劑損失大,需要不斷補充催化劑;采用 中溫氯化工藝(反應溫度為90 ℃)和高溫氯化工藝 (反應溫度為110~120 ℃)時由于反應溫度升高,反應速率加快,副反應增多,因此二氯乙烷的選擇 性比低溫氯化工藝分別降低了0.10和0.25,但系統熱負荷與低溫工藝相比從624.7 kJ/h分別降至304.1 kJ/h和265.2 kJ/h。
    這是由于中溫、高溫氯化 工藝采用氣相出料,減少了催化劑的損失,反應熱直接將部分二氯乙烷汽化,相應地減少了為移出反 應熱所消耗的冷卻水量;尤其是采用高溫氯化工藝 時,汽相二氯乙烷不需水洗、脫輕、脫重,可直接 進入二氯乙烷精制單元的精餾塔,為精餾塔提供了 部分熱源,減少了精餾塔再沸器的熱負荷,降低了 裝置的能耗 。高溫氯化工藝比低溫和中溫氯化 工藝在能耗及物耗等方面具有明顯競爭優勢,是乙 烯直接氯化工藝的發展方向。
    NaCl助催化劑用量對直接氯化反應的影響
    由 NaCl助催化劑用量對直接氯化反應的影響可看出,在中溫和高溫氯化反應中添加 NaCl助催化劑能提高二氯乙烷的選擇性,而低溫氯化反應的二氯乙烷選擇性幾乎沒有變化。這是由 于在反應過程中二氯乙烷提供電子的能力很弱,在 溶劑中FeCl3易形成二聚體Fe2Cl6,導致原子Fe 的空軌道被占據,使Cl2與原子Fe的配位反應 變得困難,從而降低了反應速率。
    NaCl助催化劑的作用是打破Fe2Cl6的結構,使其形成[Fe2Cl7 ]- , 而Cl2與[Fe2Cl7 ]- 的原子Fe的配位反應要比與 Fe2Cl6中Fe原子配位反應容易,因為FeCl4 - 比FeCl3的 化學性質更加穩定,易從配合物[Fe2Cl7 ]- 中脫離出 去,從而加快了乙烯氯化反應的速率,也就相應減 少了副反應的發生,有利于提高二氯乙烷的選擇性。
    但NaCl在二氯乙烷中的溶解度非常小,50 ℃ 時幾乎不溶于二氯乙烷,即使在120 ℃時其溶解度 僅約為3×10-4 g,因此在低溫氯化反應中添加NaCl 助催化劑對二氯乙烷選擇性基本上無影響。此外, NaCl易從二氯乙烷溶液中析出造成設備腐蝕及堵塞 等問題,因此不宜過量添加,控制好NaCl的 含量對直接氯化反應至關重要。
    乙烯與氯氣分壓比對直接氯化反應的影響
    隨乙烯與氯氣分壓比的變大, 3種氯化工藝的二氯乙烷的選擇性均呈現出先增加 后降低的趨勢,當乙烯與氯氣分壓比約為1.25時二 氯乙烷的選擇性高,分別為99.90,99.86, 99.81。這是因為乙烯和氯氣均為氣體,反應中必 須先擴散進入二氯乙烷液相,然后在液相中進行反 應。乙烯直接氯化反應是快速反應,反應速率和選擇性取決于乙烯和氯氣的溶解和擴散特性。由于氯氣 與乙烯在相同分壓下,氯氣更易溶于二氯乙烷 , 因此只有在乙烯分壓較高的情況下,才能達到兩者 溶解相的微觀平衡。
    在乙烯直接氯化反應過程中只 有當體系中乙烯的濃度大于氯氣的濃度時,才能得 到高的反應選擇性。但實驗過程發現過量的乙烯也 會導致副產物含量的增加,因此選擇合理的乙烯與 氯氣分壓比才能有效地提高二氯乙烷的選擇性。除此以外,在反應器中添加填料,可以使乙 烯和氯氣分散在二氯乙烷溶液中形成的氣泡分布均 勻,有助于減少氣泡的聚并,提高反應速率,減少 副反應的發生,從而獲得較高的反應選擇性。 
    結論
    1)采用低溫氯化工藝時二氯乙烷選擇性高, 但催化劑損失量大,能耗高;采用中溫、高溫氯化 工藝時氣相出料,能有效的利用反應熱,降低裝置 的能耗。高溫氯化工藝比低溫和中溫氯化工藝在能 耗及物耗等方面具有明顯競爭優勢,是乙烯直接氯 化工藝的發展方向。
    2) NaCl助催化劑的加入可有效地破壞FeCl3二 聚體的形成,加快直接氯化反應速率,減少副反應 的發生,提高反應的選擇性。但若NaCl添加量過 多,由于其在二氯乙烷中溶解性較差,易造成設備 腐蝕及堵塞等問題。
    3)直接氯化反應過程中,當乙烯分壓較高的 情況下,乙烯和氯氣才能在二氯乙烷溶液中達到微 觀平衡,從而獲得較高的反應選擇性。
     
    儲存
     
    安瓿瓶外普通木箱;螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶(罐)外普通木箱。
    具有抗氧化性。不腐蝕金屬。二氯乙烷的蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇高熱、明火、強氧化劑有引起燃燒爆炸的危險。 
     
    應用
     
    1.主要用作氯乙烯;乙二醇;乙二酸;乙二胺;四乙基鉛;多乙烯多胺及聯苯甲酰的原料。也用作油脂;樹脂;橡膠的溶劑,干洗劑,農藥除早菊素;咖啡因;維生素;激素的萃取劑,濕潤劑,浸透劑,石油脫蠟,抗震劑,還用于農藥制造以及藥物滅蟲寧;哌嗶嗪的原料。在農業上可用作糧食;谷物的熏蒸劑;土壤消毒劑等。
    2.用于硼的分析,油脂及煙草的萃取劑。也用于乙酰纖維素的制造。
    3.用作分析試劑,如作溶劑、色譜分析標準物質。還用作油脂的萃取制,并用于有機合成。
    4.作洗滌劑、萃取劑、農藥和金屬脫油劑等。
    5.用作蠟、脂肪、橡膠等的溶劑及谷物殺蟲劑。
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    15927300657
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