АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ПРОИЗВОДСТВА ЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ

AUTOMATED CONTROL SYSTEM TECHNOLOGICAL PROCESS OF ETHYLENE GLYCOL PRODUCTION

Ekaterina Orlova

master candidate, Department of Automation Systems and Technological Process Control Kazan National Research Technological University,

Russia, Kazan

Andrey Chupaev

Scientific advisor, Candidate of Engineering Sciences, Docent of ASTPC departament, Kazan National Research Technological University,

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

В статье описывается автоматизация процесса производства этиленгликоля. Этиленгликоль, из обширного круга производных гликолей, занимает важное место по объёму производства и значимости в хозяйственной деятельности. Обуславливается это разнообразными сферами, в которых он применяется: автомобильная, авиационная, текстильная, химическая, нефтегазовая и электротехническая.

Существует два главных пути применения этиленгликоля: как потребительский продукт, и как сырье для более сложных химических процессов. Самый востребованный потребительский продукт, основным компонентом которого является этиленгликоль – это автомобильный антифриз.

В зависимости от концентрации этиленгликоля в водном растворе можно получить основу охлаждающей жидкости с температурой замерзания от 0°С до 70°С. Вследствие высокой химической активности он применяется как мономер в производстве пластмассы, полиэфиров и полиэтилентерефталата.

ABSTRACT

This article describes the automation of the ethylene glycol production process. Ethylene glycol, from a wide range of glycol derivatives, occupies an important place in terms of production volume and importance in economic activity. This is due to the various areas in which it is used: automotive, aviation, textile, chemical, oil and gas and electrical engineering.

There are two main uses for ethylene glycol: as a consumer product and as a feedstock for more complex chemical processes. The most popular consumer product, the main component of which is ethylene glycol, is automotive antifreeze.

Depending on the concentration of ethylene glycol in the aqueous solution, a coolant base with a freezing point of 0 ° C to 70 ° C can be obtained. Due to its high chemical activity, it is used as a monomer in the production of plastics, polyesters and polyethylene terephthalate.

Ключевые слова: этиленгликоль, окись этилена, реакция гидратации.

Keywords: ethylene glycol, ethylene oxide, hydration reaction.

В 1857 году А. Вюрцем впервые получили этиленгликоль, но его промышленное производство начали лишь 60 лет спустя. После этого этиленгликоль получил широкий спектр применений в различных сферах, что привело к скорому росту в производстве. На данный момент имеется большая журнальная, патентная и монографическая литература, которая описывает этиленгликоль и его производные.

Для производства этиленгликоля, впервые осуществленного в 1918 году, последовательно применяли гидролиз дихлорэтана (1):

ClCH2 - CH2Cl + NaCO3 + H2O → HOCH2 - CH2OH + 2NaCl + CO2                     (1)

гидролиз этиленхлоргидрина

HOCH2 - CH2Cl + NaHCO3 → HOCH2 - CH2OH + NaCl + CO2                       (2)

гидратацию окиси этилена

                                  (3)

В настоящее время наибольшее значение имеет метод гидратации окиси этилена, и лишь небольшая часть этиленгликоля получается гидролизом дихлорэтана. Производство этиленгликоля является экономически недорогим, так как не требует колоссальных затрат на сырье и технологические установки.

Этиленгликоль – ценный растворитель. Он хорошо растворяет сложные эфиры, смолы, растительные эссенции. Растворимые свойства этиленгликоля использованы в самых различных отраслях промышленности, например, красочной, парфюмерной.

В представленной таблице 1 кратко описаны технические требования к этиленгликолю высшего и первого сорта согласно ГОСТ 19710-83 [1, c. 2].

Таблица 1.

Технические характеристики этиленгликоля (согласно ГОСТ 19710-83)

На рисунке 1 изображена оказана технологическая схема производства этиленгликоля мощностью около 3 т/ч, где 1 – смеситель; 2 – паровой подогреватель; 3 – адиабатический реактор; 4, 5 – выпарные аппараты; 6 – барометрический конденсатор; 7,8 – ректификационные колонны.

Рисунок 1. Схема процесса производства этиленгликоля

Предварительно окись этилена охлаждается до температуры -10 °С, после чего подается в смеситель 1.

Оксид этилена, свежий и оборотный конденсат из смесителя 1, подается при давлении до 2,45 МПа в паровой подогреватель 2. Там шихта нагревается до 130—150°С и поступает в реактор 3 адиабатического типа.

Параметры работы реактора:

• рабочее давление 1,5–2,1 МПа,
• температура 200–210 °С (в верхней части)
• около 180 °С (в нижней части гидрататора).

Смесь проходит вначале по нейтральной трубе аппарата и дополнительно подогревается горячей реакционной массой, находящейся в объеме реактора, где и протекает образование продуктов. Кроме этиленгликоля, ди- и триэтиленгликоля, побочно получаются ацетальдеги (за счет изомеризации оксида этилена) и продукты его уплотнения.

Смесь поступает в аппарат 4, являющийся первой ступенью многокорпусной выпарной установки, который нагревается свежим (первичным) паром до 214 °С под давлением 2,1 МПа.  Вторичный пар из первого корпуса под давлением 0,8–0,9 МПа и температурой 170 °С направляется в качестве греюще­го пара во второй корпус.

Вследствие пониженного давления второй корпус работает при давлении 0,3–0,4 МПа и раствор в нем нагревается до 170 °С. Из-за низкого давления во втором корпусе раствор, упаренный в первом корпусе, перемещается самотеком во второй корпус и охлаждается до температуры кипения в этом корпусе. За счет выделяющегося при этом тепла образуется дополнительно некоторое количество вторичного пара. Пары воды из второго корпуса с температурой 129 °С поступают на обогрев третьего корпуса. Последний работает при давлении 66,7 кПа, и выходящий из него сырой концентрированный гликоль содержит 5–15 % воды.

Вторичный пар из последнего корпуса отводится в барометрический конденсатор 8, в котором при конденсации пара создается требуемое разрежение.

Выходящий из аппарата 7 концентрированный гликоль отсасывается насосом в вакуумную колонну 11 для отделения остатков воды, причем все водные конденсаты объединя­ют и возвращают на приготовление исходной шихты и затем на реакцию. Колонна работает при остаточном давлении вверху 1,3 кПа. [3]

Обезвоженный гликоль-сырец из куба колонны 11 с температурой 145 °С подается насосом в колонну 12 (в схеме предусмотрены две колонны) для получения этиленгликоля-ректификата. Ректификация проводится при остаточном давлении 0,7 кПа вверху колонны, что соответствует температуре   80 °С.

Товарный этиленгликоль получается сверху колонны 12, а в кубе остается смесь ди- и триэтиленгликоля. Эти продукты также пред­ставляют большую ценность, и их разделяют на дополнительной вакуум-ректификационной установке.

Список литературы:

1. ГОСТ 19710–83. Этиленгликоль. Технические условия. — М.: Изд-во стандартов, 1983. — 15 с.
2.  «Общая химическая технология». В 2-х томах под ред. акад. Вольфковича С. И. – М.: Госхимиздат,1952 – 1959.