Analiza Tehnologică a Instalaței de Obținere a Etilenoxidului

ABSTRACT

Ethylene oxide (oxirane) is the simplest cyclic ether. It is a colorless gas or liquid and has a sweet, etheric odor.

Ethyleneoxide was first described in 1859 by WURTZ, who prepared it by eliminating hydrochloric acid from ethylenechlorohydrin, using potassium hydroxide solution. Industrial production by the chlorohydrin process began in 1914 and was based on WURTZ’s discovery.

In 1931, Lefort discovered the direct catalytic oxidation of ethylene, which gradually superseded the chlorohydrin process.

Ethylene oxide is a very reactive, versatile compound. Its reactions proceed mainly via ring opening and are highly exothermic.

Ethylene oxide is one of the most important raw materials used in the large-scale chemical production. Most ethylene oxide is used for synthesis of ethylene glycols, including diethylene glycol and triethylene glycol, that accounts for up to 75% of global consumption. Other important products include ethylene glycol ethers, ethanolamines and ethoxylates. Ethylene oxide is an excellent fumigant and sterilizing agent. Ethylene oxide is used as an antimicrobial pesticide to fumigate.

Ethylene oxide has been produced commercially by two basic routes: from ethylene chlorohydrin and direct oxidation process.

The chlorohydrin process involves the reaction of ethylene with hypochlorous acid followed by dehydrochlorination of the chlorohydrin with lime to produce ethylene oxide and calcium chloride.

The chlorohydrin process is not economically competitive, and was quickly replaced by the direct oxidation process as the dominant technology. At present time, all the ethylene oxide production in the world is achieved by the direct oxidation process.

The direct oxidation technology utilizes the catalytic oxidation of ethylene with oxygen over a silver based catalyst to yield ethylene oxide. The process can be divided into two categories depending on the source of the oxidizing agent. The air-based process and the oxygen based process. In the first , air or air enriched with oxygen is fed directly to the system. In the second high purity oxygen stream (>98 mol%) from an air separation unit is employed as the source of the oxidizing agent.

Theme project is the technological dimensioning of the installation for the direct oxidation of ethylene with annual production capacity of 120,000 t/year. This facility operates 330 days/year, and the duration is 8,000 hours/year, the remaining time being to stop the partial revision.

This diploma project also contains mass balance calculation, heat balance and technological predimensioning of the main equipment, and technical-economic calculation of raw materials and utilities.

I. DATE GENERALE

I.1 Scurt istoric

Etenoxidul, numit şi oxiran este un compus organic care în condiţii normale de presiune şi temperatură este un gaz inflamabil cu miros dulceag. În mod curent se manipulează şi transportă în stare lichidă, cu mijloace adecvate de refrigerare.

Obţinerea oxidului de etenă a fost revendicată de către chimistul francez Charles Adolphe Wurtz, în 1859, prin tratarea 2-cloretanolului cu o bază [1] .

Wurtz a măsurat punctul de fierbere al oxidului de etilenă ca fiind de 13,5 OC, puţin mai mare decât valoarea sa actualizată, și a descoperit capacitatea oxidului de etilenă de a reacționa cu acizi și săruri ale metalelor. Wurtz a presupus greșit însă că oxidul de etilenă are proprietățile unei baze organice. Această concepţie greşită a persistat până în 1896 când Georg Bredig a constatat că oxidul de etilenă nu este un electrolit, ci este diferit de alți eteri, în special prin tendința sa de a se angaja în reacţii de adiţie, tipice compușilor nesaturați. Se consideră că structura triunghiulară heterociclică a oxidului de etilenă a fost propusă în 1868 sau chiar mai devreme.

Sinteza lui Wurtz din 1859 a rămas mult timp singura metodă de preparare a oxidului de etilenă, în ciuda unor alte tentative numeroase, încercate chiar şi de Wurtz însuși, pentru a produce acest compus direct din etilenă [2] .

În 1931, chimistul Theodore Lefort, a descoperit obţinerea etilenoxidului prin procedeul de oxidare a etenei cu oxigen, pe catalizator de argint, utilizat şi în prezent [1].

Începând cu 1940, aproape toată producția industrială a oxidului de etilenă a folosit acest proces. Sterilizarea cu oxid de etilenă pentru conservarea condimentelor a fost brevetată în 1938 de către chimistul american Lloyd Hall. Oxidul de etilenă a dobândit importanță industrială în timpul primului război mondial, fiind un precursor atât al lichidului de răcire (etilenglicol) cât și al gazului muștar folosit în arme chimice [2].

Producţia mondială de etenoxid se ridică la cca. 15 milioane de tone anual.