Окись-этилен, получения, свойства и применения

Специфическим направлением использования окиси этилена  является её возможность применения в качестве основного компонента боеприпасов объёмного взрыва.

Идентификация окиси  этилена

Простейшей качественной реакцией может служить свойство окиси этилена осаждать нерастворимые гидроксиды металлов при его пропускании через водные растворы солей, например:

По аналогии, пропуская  воздух через водный раствор некоторых  солей натрия или калия (хлориды, иодиды, тиосульфаты и др.) с добавлением фенолфталеина, окись этилена обнаруживается по появлению ярко-розовой окраски индикатора:

Существует множество  других методов идентификации окиси  этилена в присутствии различных  сопутствующих веществ, среди которых  можно упомянуть:

• цветные реакции с производными пиридина;
• реакция образующегося при гидролизе этиленгликоля с иодной кислотой — образующаяся иодноватая кислота определяется с помощью нитрата серебра.

Основным физическим методом  определения окиси этилена в  различных средах является газовая хроматография.

Огне- и пожароопасность

Вещество является чрезвычайно  огнеопасным, его смеси с воздухом взрывоопасны. При нагревании из-за бурного разложения существует риск пожара и взрыва.

Температура самовоспламенения составляет 429 °C; минимальное огнеопасное содержание в воздухе: 2,7 % об.

Для тушения огня, вызванного возгоранием окиси этилена, используются традиционные средства пожаротушения, включая пену, углекислый газ и  воду. Борьба с горящей окисью этилена  затруднена, так как в определённых условиях он может продолжать гореть и в инертной атмосфере, а также  в виде водного раствора — для гарантированного гашения огня необходимо разбавление водой в отношении не менее чем 22:1.

Рейтинг NFPA 704

 Физиологическое  воздействие

 Действие на  микроорганизмы

Окись этилена подавляет  развитие микроорганизмов (дезинфицирующие свойства), а в достаточной концентрации их полностью уничтожает. Сильные алкилирующие свойства делают этиленоксид универсальным ядом для протоплазмы: вещество вызывает свёртывание белка, дезактивацию ферментов и других биологически важных компонентов живого организма.

Против бактерий (особенно — грамположительных) окись этилена действует сильнее, чем против дрожжей и плесеней.

Дезинфицирующее действие окиси  этилена по своему эффекту схоже  с температурной стерилизацией, с тем различием, что окись этилена воздействует на объекты преимущественно поверхностно из-за его ограниченной проникающей способности.

Уровень стерильности (The Sterility Assurance Level, SAL) после воздействия окиси этилена составляет 10⁻⁶, то есть шанс обнаружения бактерии составляет не более, чем один на миллион.

Действие на человека и животных

Окись этилена — алкилирующий агент; обладает раздражающим, сенсибилизирующим и наркотическим действием. Хроническое воздействие окиси этилена обладает мутагенным эффектом; IARC относит окись этилена к группе 1, считая доказанной его канцерогенность для человека.

При концентрациях в воздухе  около 200 частей на миллион оказывает  раздражающий эффект на слизистые оболочки носа и горла; более высокое содержание вызывает поражение трахеи и бронхов, а также частичный коллапс лёгких. Высокие концентрации могут вызвать отёк лёгких и поражение сердечно-сосудистой системы, при этом поражающий эффект окиси этилена может проявиться только спустя 72 часов с момента отравления.

Этиленоксид вызывает острое отравление, сопровождающееся следующими симптомами: лёгкое сердцебиение, подёргивание мышц, покраснение лица, головные боли, нистагм, понижение слуха и ацидоз, рвота, головокружение, кратковременная потеря сознания, сладкий привкус во рту. При острой интоксикации: сильная пульсирующая головная боль, головокружение, неуверенность при ходьбе, затруднение речи, расстройство сна, боль в ногах, вялость, скованность, потливость, повышенная мышечная возбудимость, преходящий спазм сосудов сетчатки, увеличение печени и нарушение её антитоксической функции.

Этиленоксид обладает сильной резорбционной способностью, легко проникая через одежду и обувь, вызывая раздражение кожи, дерматит с образованием пузырей, повышением температуры и лейкоцитозом.

Значения средних летальных доз окиси этилена в отношении некоторых животных:

• ЛД₅₀ крысы (перорально): 72 мг/кг;
• ЛД₅₀ крысы (подкожно): 187 мг/кг.

Гигиенические нормативы

Основные российские гигиенические  нормативы для окиси этилена:

• ПДК максимально разовая в воздухе рабочей зоны: 3 мг/м³;
• ПДК среднесменная в воздухе рабочей зоны = 1 мг/м³;
• класс опасности для рабочей зоны: 2 (высокоопасное);
• особенность токсического действия на организм: К (канцероген);
• ПДК максимально разовая в атмосферном воздухе населённых мест = 0,3 мг/м³;
• ПДК среднесуточная в атмосферном воздухе населённых мест = 0,03 мг/м³;
• класс опасности для населённых пунктов: 3 (умеренно опасное);
• лимитирующий показатель воздействия: рефлекторно-резорбтивный.

Предельное содержание окиси  этилена в атмосферном воздухе  по нормативам США (American Conference of Governmental and Industrial Hygienists): 1,8 мг/м³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Применение в промышленности и в других отраслях-15

Промышленное производство на основе окиси этилена

Основные направления  промышленного использования

Окись этилена — важнейшее сырьё, используемое в производстве крупнотоннажной  химической продукции, являющейся основой  для большого числа разнообразных  товаров народного потребления  во всех промышленно развитых странах.

Глобальное промышленное использование окиси этилена, по данным на 2007 год

Основные  направления использования окиси  этилена:

• этиленгликоли — используются в качестве антифризов, в производстве полиэстера, полиэтилентерефталата, агентов для осушения газов, жидких теплоносителей, растворителей и пр.;
• полиэтиленгликоли — используются в производстве парфюмерии и косметики, фармацевтических препаратов, лубрикантов, растворителей для красок и пластификаторов;
• эфиры этиленгликоля — входят в состав тормозных жидкостей, моющих средств, растворителей лаков и красок;
• этаноламины — применяются в производстве мыла и моющих средств, очистки природного газа и аппретирования тканей;
• этоксилаты — используют в производстве моющих средств, в качестве сурфактантов, эмульгаторов и диспергаторов.

Крупнейшим  направлением использования окиси  этилена является производство этиленгликолей, однако процент его применения в  этом виде сильно варьирует в зависимости  от региона: от 44 % в Западной Европе, 63 % Японии и 73 % в Северной Америке до 90 % в остальной части Азии и 99 % в Африке.

Производство этиленгликоля

В промышленности этиленгликоль получают некаталитической гидратацией окиси  этилена при до 200 °C и давлении 1,5—2 МПа:

Побочными продуктами реакции будут диэтиленгликоль, триэтиленгликоль и полигликоли, которые отделяются от этиленгликоля дистилляцией при пониженном давлении.

Другой  метод: реакция окиси этилена  и CO₂ с промежуточным получением этиленкарбоната и его последующий гидролиз с декарбоксилированием:

В настоящий момент самыми современными технологиями производства этиленгликоля  в мире являются:

• Shell OMEGA® technology — двухступенчатый синтез через этиленкарбонат с использованием галогенида фосфония в качестве катализатора. Выход моноэтиленгликоля составляет 99—99,5 %; при этом примеси других гликолей практически отсутствуют. Главное достоинство процесса — получение этиленгликоля высокой чистоты без необходимости дальнейшей очистки.
• Dow METEOR® technology — комплексная технология получения окиси этилена и его последующего гидролиза в этиленгликоль. Выход моноэтиленгликоля составляет 90—93 %. Главное достоинство процесса — упрощённая структура производства, предполагающая меньшее число стадий и количество оборудования.

Производство эфиров гликолей

Основными эфирами моно-, ди- и триэтиленгликолей, производимыми в промышленных объёмах, являются метиловый, этиловый и нормальный бутиловый, а также их ацетаты и фталаты.

Химическая  схема производства заключается  в реакции соответствующего спирта с окисью этилена:

Реакция моноэфиров с кислотой или её ангидридом приводит к образованию соответствующих сложных эфиров:

Производство этаноламинов

В промышленности этаноламины получают по реакции аммиака с окисью этилена в безводной среде при температуре 40—70 °C, давлении 1,5—3,5 МПа:

В процессе реакции образуются все  три этаноламина, при этом аммиак и часть моноэтаноламина подвергаются рециркуляции. Разделение готовых продуктов осуществляется с помощью вакуумной дистилляции.

Аналогично  получают и различные гидроксиалкиламины:

Монозамещённые  продукты образуются при действии на большой избыток амина окиси  этилена в присутствии воды и  температуре менее 100 °C; дизамещённые — при небольшом избытке окиси этилена, температуре 120—140 °C и давлении 0,3—0,5 МПа.

Производство этоксилатов

Производство  этоксилатов в промышленности осуществляют прямой реакцией высших спиртов, кислот или аминов с окисью этилена в присутствии щелочного катализатора при температуре 120—180 °C.

Схематичное изображение  производства этоксилатов

В настоящий момент в промышленности новые мощности по выпуску этоксилатов обычно основаны на The BUSS LOOP® reactors technology.The BUSS LOOP® reactors technology представляет собой непрерывный процесс, включающий в себя три стадии:

• предварительная подготовка: инициатор или катализатор реакции вместе с исходным сырьём подаются в ёмкость, где происходит его предварительная обработка — смешение, нагрев и вакуумное обезвоживание в соответствии с технологией;
• химическая реакция: осуществляется в специальном изолированном реакторе в инертной атмосфере для предотвращения возможного взрыва окиси этилена;
• завершающая стадия: нейтрализация реакционной смеси, дегазация и очистка товарной продукции.

Производство акрилонитрила

В настоящий момент производство акрилонитрила  производится преимущественно SOHIO-методом, однако вплоть до 1960 года одним из важнейших  производственных процессов его  получения был метод присоединения цианистого водорода к окиси этилена с последующей дегидратацией образующегося циангидрина:

Присоединение синильной кислоты к окиси  этилена осуществляется в присутствии  катализатора, а дегидратация циангидрина происходит в газовой фазе при каталитическом воздействии активного оксида алюминия.

Прочие направления использования.Прямое использование окиси этилена в различных отраслях экономики, по состоянию на 2004 год, составляет всего 0,05 % всего мирового объёма производства.

Этиленоксид используется как фумигант и дезинфицирующее вещество в смеси с диоксидом углерода, азотом или дихлордифторметаном для газовой стерилизации медицинского оборудования и инструмента, шприцев, упаковочных материалов и спецодежды, лекарственных форм, хирургического и научного оборудования; обработки мест хранения различных растительных продуктов, одежды и меха, ценных документов.

Кроме того, окись этилена применяется  в качестве замедлителя пламени, ускорителя созревания листьев табака и фунгицида в сельском хозяйстве.Специфическим направлением использования окиси этилена является её возможность применения в качестве основного компонента боеприпасов объёмного взрыва.

 

5.Методы получения, химизм процесса технологические схемы получения-20

1. Хлоргидридный. Сначала по процессу Тамбера и этилена,хлора и воды получается этиленхлоргидридн,затем кислый водный р-р хлоргидрина перерабатывается и в окись этилена путем омывания NaOH или Ca(OH)2.

Преимущество:

Этот способ отличается простотой  аппаратурного оформления малыми расходами  этилена и энергетическими затратами.

Недостатки:

Расходуется большое количество Cl2 и извести на получениу окиси этилена. Получаемый в процессе разбавленный водный раствор CaCl2 загрязнен различными примесями и поэтому не может быть использован.Образуется большое количество сточных вод, загрязняющих водоема .

2. В 1931году появился первый потент на получение окиси этилена прямым каталитическим окислением этилена,причем преимущество катализатор-активное серебро.

Реакции характерные для окиси  этилена:

• Термическое разложение
• Взрывное разложение(взрываемость)
• Окисление, восстановление
• Изомеризация
• Полимеризация

Окись этилена, полученное в цехе окиси этилена, направляют:

На получение гликолей(взаимодействие окиси этилена и воды).

На получение этаноламмина(Взаимодействие с аммиаком).

 На получение бутилцеллозольева(Взаимодействие с бутиловым спиртом).

На  получение модификаторов и ТВВ (текстильно-вспомогательные вещества)взаимодействие с жирными кислотами.

Далее мы рассмотрим получение основных продуктов, получаемых из окиси этилена.