دانلود مقاله اتیلن اکساید و موارد استفاده آن

بخشی از مقاله

تاريخچه:
اتيلن اكسايد (Ethylen Oxide) براي اولين بار در سال 1859 توسط ميثمي دان فرانسوي چارلز آدولف ورتز (Charles Adolphe Wurtz) بدست آمد. اين دانشمند اتيلن اكسايد را از تركيب 2- كلرواتانول با يك پايه به دست آورد.
در طول جنگ جهاني اول اين ماده از لحاظ صنعتي اهميت پيدا كرد و از آن براي توليد دو محصول اتيلن گلايكول (خنك كننده رادياتور) و همچنين ساخت بمب شيميايي گاز خردل استفاده شد.

در سال 1931 ديگر شيمي دان فرانسوي روشي براي تهيه اتيلن اكسايد به طور مستقيم از اتيلن و اكسيژن با استفاده از كاتاليزور نقره پيدا نمود. از سال 1949 تقريباً تمام توليد اتيلن اكسايد صنعتي، به همين روش انجام مي‎گيرد.
به طور خلاصه، اتيلن اكسايد از واكنش اتيلن و اكسيژن روي كاتاليزور و نقره در دماي 200 تا 300 درجة سانتيگراد به دست مي‎آيد. فشار اين فرايند در محدوده 1 تا 2 مگاپاسكال و معادله شيميايي آن به صورت زير است:
بازدة اين واكنش معمولاً بين 70 تا 80% است. روشهاي گوناگوني براي توليد اتيلن اكسايد وجود دارد كه از لحاظ صنعتي هيچ يك ارزش روش ذكر شده را ندارند.
موارد استفاده:

گاز اتيلن اكسايد، توانايي از بين بردن باكتري ها، قارچ ها و كپك ها را داراست و بنابراين براي استريل كردن موادي كه نمي توان آنها را با استفاده از حرارت استريليزه نمود، كاربرد فراواني دارد. (موادي كه در اثر حرارت تخريف مي‎شوند) استريليزه كردن با اتيلن اكسايد براي حفاظت ادويه جات در سال 1938 توسط شيميدان آمريكايي به كار گرفته شد و هنوز هم استفاده مي‎شود. علاوه بر اين، اتيلن اكسايد براي استريليزه كردن تجهيزات پزشكي مانند باند و لوازم جراحي و بخيه استفاده مي‎شود.

بيشترين مصرف اتيلن اكسايد به عنوان مادة واسطه در توليد ديگر محصولات شيميايي است. عمده مصرف آن در توليد اتيلن گلايكول است. اتيلن گلايكول براي توليد پلي استرها (مانند پلي اتيلن ترفتالات) براي ساخت فيبرها، بطري ها و فيلمهاي مخصوص و همچنين توليد ضديخ براي رادياتور اتومبيل ها به كار مي رود. اتيلن اكسايد هم علاوه بر مصارف ذكر شده، به عنوان يك

ماده واسطه در توليد گسترة وسيعي از مواد شيميايي مانند اتانول آمين ها، گلايكول اترها براي پوشش سطوح و اتوكسي لات ها براي فرمولاسيون سورفكتانت ها.
اتانول آمين ها را مي‎توان از واكنش اتيلن اكسايد با آمونياك به دست آورد. از اتيلن اكسايد در توليد شوينده ها نيز استفاده مي‎شود.

نكات بهداشتي:
استنشاق اتيلن اكسايد سمي است. نشانه هاي اين مسموميت سردرد و سرگيجه بوده و پيشرفت بيماري با تشديد نشانه هاي آن و همچنين تشنج همراه است. در ضمن شوك ناگهاني و حالت اغما (كما) نيز به دنبال دارد. تماس اتيلن اكسايد با پوست، خارش ايجاد كرده و بخار آن تنفس را مشكل مي‌كند. استنشاق بخار آن منجر به پر شدن ريه از اين سيال مي گردد كه عواقب بدي را به دنبال دارد. حيوانات آزمايشگاهي كه در معرض تماس با اين ماده قرار گرفتند، دچار درجات بالايي از سرطان كبد شدند، در حاليكه نشانه اي از سرطان در انسانهايي كه براي مدت طولاني با آن سروكار داشتند و يا مقدار ناچيزي (دوز پائين) از اتيلن اكسايد به آنها تزريق شد، ديده نشد. تماس طولاني با اتيلن اكسايد ممكن است احتمال بيماري آب مرواريد را در انسان تقويت كند. اتيلن اكسايد تاثيرات وراثتي بي شماري روي حيوانات دارد و با جهش ژنتيكي نرخ بالايي از سقط جنين را به همراه دارد. تاثيرات وراثتي اتيلن اكسايد روي انسانها به خوبي مطالعه نشده است، اما به وضوح معلوم شده است كه تاثيرات مشابهي روي انسانها دارد.

توليد:
توليد اتيلن اكسايد با اكسيداسيون مستقيم اتيلن توسط اكسيژن روشي است كه حدوداً 95% اتيلن اكسايد مصرفي در جهان به اين روش تهيه مي‎شود.
در طراحي هاي قديمي از هوا به جاي اكسيژن استفاده مي شد كه نسبت به اكسيژن بازدة كمتري دارد. امروزه با توجه به بازدة بالاتر و همچنين قيمت مناسب اكسيژن، استفاده از روش جديد به صرفه تر است.

در اكثر طراحي ها، نيمي از اتيلن اكسايد توليدي براي فروش خالص سازي مي‎شود و نيمي ديگر به واحد توليد اتيلن گلايكول فرستاده مي‎شود كه در اكثر موارد واحد توليد اتيلن گلايكول در كنار واحد اتيلن اكسايد وجود دارد. طراحي هايي نيز وجود دارد كه اتيلن اكسايد توليدي تماماً براي توليد اتيلن گلايكول استفاده مي‎شود و يا تماماً براي فروش خالص سازي مي‎شود.

توليد اتيلن اكسايد و اتيلن گلايكول از آنجا كه دو ماده مهم براي توليد بسياري از فرآورده هاي آلي هستند، در هر كشوري ضروري به نظر مي رسد.
فرآيندي كه مدنظر ماست، فرايندي در فاز بخار شامل اكسيداسيون اتيلن با اكسيژن در حضور دي اكسيد كربن بازگشتي و گازهاي بي اثر و همچنين متان براي افزايش ظرفيت حرارتي و بهبود خارج كردن حرارت از اين واكنش گرمازا است.

كاتاليزور نفره بر پاية آلومينا معمولاً به صورت حلقه اي يا لخته اي شكل، براي افزايش سطح تماس، استفاده مي‎شود. مقاديري از عناصري مانند Cs و Re به كاتاليزور افزوده مي‎شود تا آن براي توليد EQ را افزايش دهد. مقاديري از تركيبات كلردار به صورت پيوسته به راكتور اضافه مي‎شوند تا از توليد نامطلوب CO2 جلوگيري شود.
ميزان تبديل اتيلن در هر pass پائين نگه داشته مي شود، بنابراين توليد EQ به مقدار لازم بالا است. دماي واكنش در محدوده 240 تا 270 درجه سانتيگراد است. اتيلن اكسايد توليدي در راكتور، توسط آب از محصول خروجي راكتور جذب مي‎شود. اتيلن و اكسيژن واكنش نداده، به همراه محصول جانبي CO2 و ناخالصي ها جذب نمي‎شوند و پس از فشرده شدن به راكتور باز مي گردند. (جريان برگشتي كه از كمپرسور عبور مي‌كند). قسمتي از گاز از يك جاذب CO2 مانند محلول داغ كربنات پتاسيم عبور داده مي‎شود تا مقدار CO2 در جريان گاز بازگشتي كاهش يابد. اتيلن اكسايد از جاذب جدا شده و سپس خالص سازي مي‎شود. مراحلي نيز براي جداسازي ناخالصي ها، آب، باقي مانده فرمالدهيد و استالدهيد و طراحي مي‎شود.

اتيلن اكسايد در راكتور لوله اي با بستر ثابت توليد مي‎شود. گازهاي واكنش دهنده از درون لوله ها عبور كرده و يك خنك كننده مناسب هم در خارج از لوله گرماي توليد شده را خارج مي‌كند. قطر لوله معمولاً 20 تا 40 ميلي متر مي‎باشد. قطرهاي بالاتر ممكن است كه انتقال حرارت به خوبي انجام نگيرد و نقاط داغ در مركز لوله به وجود بيايد. طول لوله ها نيز ماكزيمم 14 متر است و لوله هاي طويل تراخت فشار مطلوبي را به دست نمي دهد. علاوه بر اتيلن و اكسيژن ناخالصي هاي گازي در خوراك راكتور حضور دارند. اين گازها با واكنش دهنده ها مخلوط شده و آنها را از محدوده انفجار دور مي‌كند.

رنج دماي 200 تا 275 سانتيگراد محدوده مناسبي براي اين فرايند است. چرا كه دماي بالاتر موجب واكنش سريعتر و در نتيجه ميزان تبديل بالاتر به ازاي هر pass مي‎شود ولي
را كاهش مي‎دهد. ماكزيمم دماي مجاز در راكتورهاي تجاري با توجه به طراحي و هزينه كه به سيستم خنك كننده مربوط است، محدود مي‎شود.
بازدة كلي اتيلن اكسايد بر پايه خوراك ورودي اتيلن، به واكنش و كاهش اتيلن در حلقه بازگشتي مربوط مي‎شود. اين كاهش مربوط به گازهايي مي‎باشد كه به همراه خوراك وارد مي‎شود. (مانند آرگون و نيتروژن به همراه اكسيژن و اتان به همراه اتيلن).

اكسيد اتيلن اولين بار توسط ورتز تهيه شد او اتيلن هيدروكربن را با هيدروكسيد پتاسيم آبدار واكنش داد. اين روش تهيه او پايه و اساسي براي فرايند مهم كلروهيدرين بود كه تا امروز هم استفاده مي‎شود. او همچنين سعي كرد تا اكسيد اتيلن را به وسيله اكسيد كردن مستقيم هم به دست آورد. در سال 1863 او نوشت كه: اكسيد اتيلن را نمي توان به روش اكسيد كردن مستقيم به دست آورد.