Производство диэтаноламина

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Казанский национальный исследовательский технологический  университет»

(ФГБОУ ВПО «КНИТУ»)

Кафедра технологии основного  органического и нефтехимического синтеза

 

 

Реферат

На тему: «Производство диэтаноламина».

 

 

 

 

 

Руководитель  

 

                                                 

Исполнитель

 

 

 

 

 

Казань 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………….……………стр. 3

Физико-химические свойства…………………………………….…………..стр. 4

Технические требования……………………………………………….……..стр. 5

Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение……………….……стр. 6

Методы анализа …………………………..…………………………….……...стр. 6

Получение………………………………..…………………………….………стр. 8

Заключение………………………………..……………………...……………стр. 12

Список использованной литературы…………………………...…………….стр. 13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Диэтаноламин — органическое соединение, представитель класса аминоспиртов, густая маслянистая жидкость, смешивается с водой во всех отношениях, обладает сильными основными свойствами.

Диэтаноламин получают действием аммиака на этиленхлоргидрин (2-хлорэтанол):

2HOCH₂CH₂Cl + NH₃ = (HOCH₂CH₂)₂NH + 2HCl

В промышленности этаноламины получают жидкофазным аммонолизом этиленоксида в присутствии небольшого кол-ваводы. Процесс осуществляют в одну стадию (при температуре 90-130 °С и давлении 7-10 МПа). При соотношении этиленоксид : аммиак (1:15) продукт реакции содержит 78,3% моно-, 16% ди- и 4,4% триэтаноламинов. Конверсия этиленоксида 100%. Состав смеси этаноламинов регулируют кол-вом NH₃, температурой процесса и направлением в рецикл одного или двух этаноламинов. Образующуюся смесь этаноламинов, Н₂О и NH₃ разделяют ректификацией, при этомаммиак в сжиженном виде направляется в рецикл; Н₂О, моно-, ди- и триэтаноламины выделяют ректификацией.

2(CH₂)₂O + NH₃ = (HOCH₂CH₂)₂NH

Наряду с диэтаноламином получаются этаноламин и триэтаноламин.

Применяются в технике  в качестве эмульгаторов, и других поверхностно-активных веществ, а также в различных процессах газоочистки, в том числе для извлечения углекислого газа из топочных газов при производстве сухого льда, также применяется в процессе обработки древесины, при производстве иминов. Является исходным веществом в промышленном синтезе лекарственного средства таурина.

Диэтаноламин способен вызвать раздражение слизистых оболочек, токсичен для сердечно-сосудистой системы, почек, желудочно-кишечного тракта.

 

 

 

 

 

 

 

2. Физико-химические свойства

 

Общие
Систематическое наименование	Диэтаноламин
Сокращения	ДЭА
Химическая  формула	(HOCH2CH2)2NH
Физические свойства
Молярная  масса	105,14 г/моль
Плотность	1,0966 г/см³
Динамическая  вязкость (ст. усл.)	0,580 Па·с  (при 20 °C)
Термические свойства
Температура плавления	27 °C
Температура кипения	280 °C
Температура вспышки	148,9 °C
Химические свойства
Растворимость в воде	неограниченно г/100 мл
Растворимость в гептан	0,1 г/100 мл
Оптические свойства
Показатель  преломления	1,4776

Этаноламины- слабые основания; с минер. и сильными орг. кислотами дают соли. Соли этаноламинов с жирными кислотами - некристаллич. вещества, похожие на воск, используются в промышленности как эмульгаторы (этаноламинные мыла). Реакция диэтаноламинов с 48 %-ной НВr приводит к виниламинам:

HO-CH₂-CH₂-NH-CH₂-CH₂-OH → HO-CH₂-CH₂-NH-CH=CH₂ + H₂O

При реакции с дикарбоновыми  кислотами диэтаноламины образуют полиэфирполиамиды [—COCH(R)CONHCH₂CH₂O—]_n.

Диэтаноламин с высшими альдегидами в присутствии К₂СО₃ образует третичные аминоспирты, которые далее превращаются в α,β-ненасыщенные аминоспирты, например:

HO-CH₂-CH₂-NH-CH₂-CH₂-OH + R-CH₂-CHO → R-CH₂-CH(OH)N(CH₂-CH₂-OH)₂ → R-CH=CHN(CH₂-CH₂-OH)₂ + H₂O

Реакция и диэтаноламинов с формальдегидом в присут. щелочи приводит к метилольным производным, последние могут вступать в реакцию со второй молекулой диэтаноламина с образованием N,N,N',N'-тетра(2-гидроксиэтил)метилендиамина, например:

HO-CH₂-CH₂-NH-CH₂-CH₂-OH + CH₂O → (HO-CH₂-CH₂)₂N-CH₂-OH

(HO-CH₂-CH₂)₂N-CH₂-OH + HO-CH₂-CH₂-NH-CH₂-CH₂-OH → (HO-CH₂-CH₂)₂N-CH₂-N(CH₂-CH₂-OH)₂

При взаимодействии солей диэтаноламинов с KCN или NaCN и альдегидами и кетонами образуются N-(гидроксиэтил)аминонитрилы, которые при гидролизе превращаются в N-(гидроксиэтил)аминокислоты.

Диэтаноламины с безводным СО₂ дают соответствующие N-гидроксиэтилкарбаминовые кислоты и их соли(напр., HOCH₂CH₂NHCOOH и HOCH₂CH₂NHCOOH x H₂NCH₂CH₂OH), с акрилонитрилом - N-(2-гидроксиэтил)-аминопропионитрил (HOCH₂CH₂)₂NCH₂CH₂CN, с этиленкарбонатом - уретановые гликоли HOCH₂CH₂OC(O)NHСН₂СН₂ОН.

3. Технические требования

Диэтаноламин

ТУ 2483-151-00203335-2003, изм. 3.

Способ получения: оксиэтилированием аммиака с последующей ректификацией.

Назначение: для применения в технологии органического синтеза, в качестве сорбента для очистки  природного газа; в производстве моющих средств, косметических препаратов, производстве эмульгаторов лекарственных веществ, ингибиторов коррозии.

 

Таблица 1.

№	Наименование показателя	Норма
		Марка А	Марка Б
1.	Внешний вид	Вязкая прозрачная жидкость, или кристаллы, цвет от светло-желтого до светло-коричневого, допускается опалесценция
2.	Массовая доля диэтаноламина, %, не менее	98,0	55,0
3.	Массовая доля триэтаноламина, %, не более	1,0	40,0
4.	Массовая доля моноэтаноламина, %, не более	1,0	5,0
5.	Массовая доля воды, %, не более	0,3	1,0

4. Упаковка, транспортировка, храниение и маркировка

Диэтаноламин упаковывают в стальные бочки по ГОСТ 6247 типов 1 и 2 вместимостью 200 дм³, стальные бочки по ГОСТ 13950 типа 1А1 вместимостью 200, 216,5 дм³. Допускается заливать в стальные бочки других размеров, и другую тару, подтверждающую химическую стойкость к фасуемому продукту,обеспечивающую качество и сохранность продукта. Бочки заполняют продуктом не более чем на 90% от их вместимости. Пределы допустимых отрицательных отклонений содержимого нетто от номинального количества приведены в ГОСТ 8.579. Транспортируют в крытых автомобильных средствах железнодорожным и автомобильным транспортом.

5. Методы анализа

Измерение массовой концентрации моно-, ди- и триэтаноламина выполняют методом газо-жидкостной хроматографии.

Анализ проводят на двух хроматографических колонках, поскольку непосредственное хроматографирование этаноламинов затрудительно вследствие высокой адсорбционной активности гидроксильных групп в таких соединениях. В случае анализа продуктов винилирования триэтаноламина, ди- и тривиниловый эфиры триэтаноламина, моно- и дивиниловый эфиры диэтаноламина и виниловый эфир N-оксиэтилморфолина определяют на колонке, заполненной полиэтиленгликолем с молекулярным весом 40000, нанесенным на хромосорб W, а триэтаноламин, диэтаноламин и моновиниловый эфир триэтаноламина, в виде их триметилсилильных эфиров,- на колонке, заполненной силиконовым эластомером SE-30, нанесенным на силанизированныи хромосорб W. Для получения силильных производных используется наиболее эффективный из нейтральных силилирующих агентов — бис-триметилсилилацетамид.

 

Рисунок 1. Хроматограмма продуктов  винилирования этаноламинов для  колонки с полиэтиленгликолем с молекулярным весом 40000

 

Анализ проводится на приборе ЛХМ-5 СКБ ИОХ с детектором-катарометром. Условия анализа при использовании колонки с полиэтиленэтиленгликолем с молекулярным весом 40000: хроматографируется этанольный раствор анализируемой пробы; количество неподвижной фазы, нанесенной на хромосорб W (0,25 – 0,5 мм), предварительно обработанный 1%-ным спиртовым раствором KOH, – 20 вес. %; колонка из нержавеющей стали длиной 2,5 м и внутренним диаметром 4 мм; газ-носитель – гелий; скорость газа-носителя 60 см³/мин; температура анализа 230^оС, внутренний стандарта – α-пирролидон.

Условия анализа при использовании  колонки с SE-30: количество неподвижной фазы, нанесенной на силанизированный хромосорб W (0,25 – 0,5 мм), − 10 вес %; колонка из нержавеющей стали длиной 2,0 м и внутренним диаметром 4 мм; газ-носитель – гелий; скорость газа-носителя 60 см³/мин; температура анализа 180^оС, внутренний стандарт – N-этилдиэтаноламин. Общая продолжительность анализа, включая силилирование реакционной смеси, не более 1 часа.

Рисунок 2. Хроматограмма продуктов винилирования этаноламинов для колонки с силиконовым эластомером SE-30

 

 

 

 

 

6. Получение

В промышленности этаноламины (моно-, ди- и триэтаноламины) получают по реакции аммиака с окисью этилена в безводной среде при температуре 40 – 70^оС, давлении 1,5 – 3,5 МПа:

(CH₂CH₂)O + NH₃ → HOCH₂CH₂NH₂

2(CH₂CH₂)O + NH₃ → (HOCH2CH2)₂NH

3(CH₂CH₂)O + NH₃ → (HOCH2CH2)₃N

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

Рисунок 3. Принципиальная схема процесса синтеза этаноламинов: 1 – аппарат смешения; 2, 3 – насосы; 4 – теплообменник; 5 – насос; 6 – реактор вытеснения; 7 – сепаратор; 8 – испаритель; 9 – теплообменник; 10 – емкость; 11, 12 – колонны ректификационные

Оформление реакторного узла позволяет  осуществить синтез смеси этаноламина (ЭА) при взаимодействии окиси этилена (ОЭ) и безводного аммиака (NH3) с преимущественным образованием МЭА и ДЭА при температуре не выше 70 ○С. Давление не выше 4,0 МПа, с использованием автокаталитических свойств системы.

Синтез смеси этаноламинов проводится в циркуляционном контуре (рисунок), состоящем из аппарата 1, насосов 2, 3 и теплообменника 4.

В трубопровод циркуляционного  контура на вход теплообменника подается циркуляционный МЭА с насоса 5.

Реакционная смесь из реактора 1 поступает  в реактор вытеснения (буферный реактор) 6, подогреваемый горячей водой  или паром через рубашку. В  буферный реактор поступает также  возвратный МЭА. Из буферного реактора 6 реакционная смесь поступает  через сепаратор 7 в испаритель 8, работающий при одном и том  же давлении с реактором. Аммиак, испаренный из основного и буферного реактора 6, испарителя, конденсируется в теплообменнике 9 и через емкость 10 посредством  эжектора возвращается в циркуляционный контур синтеза.

Давление в реакторном блоке  –3,0–4,0 МПа. Температура в реакторе – 60–80 °С, а в испарителе – 100–120 °С. Обогрев реактора производится горячей водой, а в испаритель 8 подается пар P = 1,3 МПа.

Реакции синтеза ЭА сопровождается значительными выделениями тепла  и протекает по сложным кинетическим законам с участием продуктов  реакции. Все это обуславливает  предъявление особых требований к технологическому и аппаратному оформлению реакторного  узла. При этом возникают проблемы по оптимальная организация теплосъема, и обеспечение устойчивости (безопасности) процесса, а также обеспечение селективности процесса по МЭА и ДЭА.