有机化工生产技术-22-乙烯氧化法生产环氧乙烷

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1、乙烯氧化法生产环氧乙烷授课内容：●乙烯氧化法生产环氧乙烷反应原理●乙烯氧化法生产环氧乙烷工艺流程知识目标：●了解环氧乙烷物理及化学性质、用途、生产方法　●掌握乙烯氧化法生产环氧乙烷反应原理　●掌握乙烯氧化法生产环氧乙烷工艺流程　能力目标：●分析影响反应过程的主要因素●分析和判断工艺流程特点思考与练习：●乙烯氧化法生产环氧乙烷反应催化剂组成和特点●影响乙烯氧化法生产环氧乙烷反应过程的主要因素●乙烯氧化法生产环氧乙烷工艺流程的构成第六章乙烯系产品的生产乙烯是碳原子数最少的烯烃，由于它具有极其活泼的双键结构，因而其反应能力很强，且成本低、纯度高、易于加工利用，所以是有机化工

2、中最重要的基本原料。通过乙烯的聚合、氧化、卤化、烷基化、水合、羰基化、齐聚等反应的实现，可以得到一系列极有价值的乙烯衍生物，如环氧乙烷、乙二醇、乙醛、醋酸、醋酸乙烯、乙苯、聚乙烯等，由乙烯出发还可生产溶剂、表面活性剂、增塑剂、合成洗涤剂、农药、医药等。乙烯系主要合成产品及其用途如图6-1所示。目前，乙烯的产量在各种有机产品中居首位。就用途而言，乙烯最大的消费是塑料工业，其中尤以聚乙烯所需乙烯量最大，乙烯的其它消费依次为环氧乙烷、乙苯、乙醛、乙醇，还有醋酸乙烯、α-烯烃、卤代烷等。第一节　乙烯直接氧化法生产环氧乙烷一、概述1．环氧乙烷的性质和用途环氧乙烷（EO）又叫氧化

3、乙烯。它是无色易挥发的具有醚类香味的液体，能与水、醇、醚及其它有机溶剂以任意比例互溶。沸点10.5℃,熔点-111.3℃,燃点429℃。环氧乙烷能与空气形成爆炸性混合物，其爆炸范围为3.6～80%（体积）。环氧乙烷有毒，如停留于环氧乙烷蒸气的环境中10min，会引起剧烈的头痛、眩晕、呼吸困难、心脏活动障碍等，接触液体E0会被灼伤，尤其是40～80％的EO水溶液，较其它浓度的EO水溶液能更快地引起严重的灼伤。工作环境的空气中EO的允许浓度，美国职业防护与保健局(0SHA)1984年规定：8h的平均允许浓度为1ppm，废除了以前工作环境中最大允许浓度为50ppm的规定。图

4、6-1乙烯系列主要产品及其用途环氧乙烷液体及其溶液属于会伤害眼睛的最危险的物质之列。如果眼睛接触了，应马上用大量水冲洗，冲洗延续15min以上，然后请眼科医生诊视。1978年日内瓦基础联合会向其分会发出通报，称环氧乙烷是血液致癌物。美国和欧洲20个厂家经研究证明，接触环氧乙烷的白鼠白血病发病率高。环氧乙烷非常活泼，其环易于破坏，发生开环加成、异构化、氧化、还原和聚合反应。环氧乙烷的用途广泛，但主要是用于制造乙二醇。它还用于制造非离子型表面活性剂、乙醇胺、乳化剂、溶剂、杀菌剂、熏蒸剂等方面。2.环氧乙烷的生产方法环氧乙烷生产约有70多年的历史。工业上生产环氧乙烷的方法有

5、氯醇法和直接氧化法两种。氯醇法是生产环氧乙烷的最老方法，约在1950年前，它在环氧乙烷生产中占有绝对优势，其方法是在温度20～50℃，压力为0.2523MPa下先由乙烯次氯酸化生产氯乙醇，然后氯乙醇加碱水解，环化生成环氧乙烷。由于此法存在着许多问题，第一消耗大量碱和氯；第二排水污染污染严重；第三设备腐蚀严重等。因此，直接氧化法逐渐取代了占有优势的氯醇法。直接法生产环氧乙烷不需要大量氯气,产品纯度高达99.99%，没有设备腐蚀性,生产成本较低。但生产过程需要具有严格的安全技术措施，产品收率低，必须严格选择操作条件，并加以严格控制。二、反应原理1.主反应与副反应乙烯、氧(

6、空气或纯氧)在银催化剂上催化合成环氧乙烷，发生的反应如下：主反应：(1)主反应是放热反应，在150℃时每生成lmol环氧乙烷要放出l05.39KJ热量。副反应：CH2=CH2+302→2C02+2H20(2)+2O2→2C02+2H20(3)CH2=CH+02→CH3CHO(4)CH2=CH2+O2→2HCHO(5)→CH3CHO(6)在工业生产中，反应产物主要是环氧乙烷，二氧化碳和水，而甲醛量远小于1%，乙醛量则更少，所以(4)、(5)、（6)反应式可以忽略不计。反应（2)是主要副反应，它是一个强放热反应。如果反应温度过高或其它条件影响便会产生(3)式的反应，这也是

7、一个强放热的反应。可以看出，副反应的反应热是主反应的十几倍，因此，必须制造合适的催化剂和严格控制一定的工艺条件，以防止副反应（完全氧化）的增加。不然，副反应加剧，势必引起操作条件恶化，造成恶性循环，甚至发生催化剂床层“飞温”（由于催化剂床层热量大量积聚，造成催化剂床层温度突然飞速上升的现象），而使正常生产遭到破坏。2.催化剂工业上用的银催化剂是由活性组分银、载体和助催化剂所组成的。（1）活性组分　大多数金属和金属氧化物催化剂，对乙烯的环氧化反应的选择性均很差，氧化结果主要生成二氧化碳和水。只有金属银是例外，在银催化剂上乙烯能选择性地被氧化为环氧乙烷。