За последние 20 лет существенно возрос интерес научного сообщества к холинхлориду (ХХ) – органической соли, находящей широкое применение в различных областях прикладного и научного значения [1]. Производство ХХ в РФ на сегодняшний день отсутствует. На предприятиях Башкортостана и Татарстана ведутся работы по созданию технологических линий выпуска ХХ [2]. Известно несколько способов получения ХХ. В Иркутской области имеются сырьевые ресурсы для синтеза ХХ из триметиламина (ТМА) и дихлорэтана (ДХЭ). Согласно этому способу [3] синтез ХХ ведут в два этапа в течение 6 часов с выходом готового продукта, близким к теоретическому. На этапах проектирования химико-технологического процесса выполняют составление материального и теплового балансов установки в целом и основного реактора, в частности. В работе [4] выполнены расчёты тепловых эффектов химических реакций, протекающих на первом (4 часа) и втором (2 часа) этапах синтеза ХХ через хлорхолинхлорид (ХХХ). Для составления теплового баланса реактора получения ХХ дополнительно необходимо выполнить расчёт тепловых эффектов, связанных: 1) с приходом в реактор реагентов и уходом из реактора продуктов; 2) с растворением кристаллов ХХХ в воде; 3) с теплопереносом через стенки реактора.
Целью данной работы является расчёт статей теплового баланса реактора синтеза ХХ из ДХЭ и ТМА, связанных с потоками реагентов и продуктов.
Теплоёмкости (Cp) чистых исходных реагентов приведены в справочной литературе. По известным массам (m) реагентов (ДХЭ и ТМА) рассчитывают тепло, вносимое ими в реактор, согласно формуле: Qp = Cp∙m∙t, где t – температура потока реагента. Теплоёмкости раствора гидроксида натрия и выходящего из реактора продуктового потока можно рассчитать как аддитивные величины, если известна теплоёмкость и доля каждого компонента в растворе.
Массовая доля гидроксида натрия в водном растворе составляет 0,332. Массовые доли компонентов в продуктовом потоке равны: 0,501 (ХХ), 0,210 (NaCl), 0,289 (H2O) [3]. В справочниках приведены в основном теплоёмкости при постоянном давлении и стандартных условиях. Синтез ХХ идёт при 90-100 оС. Расчёт средних теплоёмкостей веществ (NaCl, H2O, NaOH, ТМА, ДХЭ) в интервале 298-373 К по формуле:
где a, b, c′, c – коэффициенты уравнения температурной зависимости теплоёмкости, даёт отклонение от стандартного значения теплоёмкости 0,3-3,0 %. Для ХХ в [5] приведена теплоёмкость для 70 % водного раствора, равная 2,60 Дж/(г∙К). Из формулы аддитивности найдена теплоёмкость кристаллического ХХ, по величине которой рассчитана теплоёмкость продуктового потока равная 2,35 Дж/(г∙К). Теплоёмкость раствора щёлочи составила 3,29 Дж/(г∙К).
