Выбор и технико-экономическое обоснование проектных решений при производстве этилсиликата (Глава 2 дипломного проекта), страница 6

Включают мешалку и водно - спиртовую смесь в емкости перемешивают в течение 1-2 часов до получения однородной смеси. После окончания перемешивания через пробоотборник отбирают пробу на анализ. При неудовлетворительных результатах анализа догружают комплектующие и проводят дополнительное перемешивание до получения положительных результатов анализа. При удовлетворительных результатах анализа приготовленную ВСС из емкости насосом через холодильник подают в мерник на стадию этерификации. Холодильник - вертикальный кожухотрубчатый аппарат из углеродистой стали, охлаждаемый оборотной водой, с поверхностью охлаждения 23 м2.

Аппаратурно-технологическая схема

2.3.2. Описание технологического процесса получения ЭТС-40

Процесс этерификации (синтеза) этилсиликата-40 осуществляют непрерывно в реакторе – этерификаторе.

В нижнюю часть реактора – этерификатора по сифону дозируют водно – спиртовую смесь (ВСС), четырёххлористый кремний и возвратный  кислый спирт.

Подачу ВСС осуществляют самотёком из мерника, ЧХК – самотёком из напорного бака.

Возвратный кислый спирт, получающийся при конденсации органических примесей из хлористого водорода, уносимых из этерификаторов и десорберов данного производства, дозируют самотёком из сборника кислого спирта.

Процесс этерификации проводят при температуре минус 5-250С и давлении не более 0,05 МПа.

Водно – спиртовую смесь в мерник (стальной вертикальный цилиндрический аппарат с приварными плоскими днищем и крышкой, вместимостью 2 м3), подают из ёмкости приготовления ВСС через  холодильник с поверхностью охлаждения 23м2, охлаждаемый рассолом минус 200С.

Четырёххлористый  кремний  в  напорный  бак подают насосом из сборника.

Процесс получения ЭТС-40 основан на реакции этерификации четыреххлористого кремния этиловым спиртом (водным раствором) с последующей десорбцией хлористого водорода из реакционной массы и отстаиванием раствора ЭТС-40.

Этилсиликат-40 получают этерификацией четырёххлористого кремния этиловым спиртом в присутствии определённого количества воды по реакции:

n SiCl4 + (n-1) Н2O + (2n+2) C2H5 OH → SinOn-1(O C2H5)2n+2 + 4n HCl,        (2.23)

где n =4 - 7

Процесс этерификации четырёххлористого кремния водным этиловым спиртом протекает в две ступени:

а) гидролиз четырёххлористого кремния и поликонденсация продуктов гидролиза с образованием полихлорсиланов, согласно реакции:

Si Cl4 + H2O → SiCl3OH  + HCl,                                     (2.24)

2 Si Cl3OH → Si 2OCl6 + H2O.                                          (2.25)

Гидролиз SiCl4 и последующая поликонденсация продуктов гидролиза идёт с большой скоростью.

б) этерификация полихлорсиланов и остатков четырёххлористого кремния протекает с последовательным замещением хлора, связанного с  кремнием, на этоксильную группу, согласно реакциям:

SiCl4 + C2H5OH → SiCl3 (OC2H5)  +  HCl,                                     (2.26)

SiCl3 (OC2H5) + C2H5OH → Si (OC2H5)2Cl2 + HCl,                        (2.27)

Si Cl2 (OC2H5)2 + C2H5OH → Si (OC2H5)3Cl + HCl,                       (2.28)

Si Cl (OC2H5)3  + C2H5OH ↔ Si (OC2H5)4  + HCl,                          (2.29)

SiOCl6 + C2H5OH → Si2O (OC2H5)Cl5  + HCl,                                (2.30)

Si2O (OC2H5)Cl5 + C2H5OH → Si2O (OC2H5)2Cl4  + HCl,              (2.31)

Si2O (OC2H5)2Cl4 + C2H5OH → Si2O (OC2H5)3Cl3 + HCl,              (2.32)

Si2O (OC2H5)3Cl3 + C2H5OH → Si2O (OC2H5)4Cl2  +  HCl,            (2.33)

Si2O (OC2H5)4Cl2 + C2H5OH → Si2O (OC2H5)5Cl + HCl,               (2.34)

Si2O (OC2H5)5Cl + C2H5OH → Si2O (OC2H5)6  + HCl,                    (2.35)

Подобным образом протекает этерификация:

Si3O2Cl8; Si4O3Cl10; Si5O4Cl12; Si6O5Cl14; Si7O6Cl16

Реакции этерификации являются обратимыми. Для смещения реакции в сторону образования готового продукта этерификацию хлорсиланов необходимо проводить в избытке этилового спирта, обеспечения быстрого удаления хлористого водорода при  пониженной температуре и атмосферном давлении.