Procesul tehnologic al instalatiei in care este integrat aparatul

Procesul tehnologic al instalatiei in care este integrat aparatul

1. Generalitati

1.1. Obtinere

Nonilfenolul se etoxileaza, in general, folosind incarcatura pentru o sarja, la temperatura de 170 10 ⁰C si o presiune a oxidului de etilena cuprinsa intre 1,35 - 4 bari cu 0,1 - 0,5 % NaOH drept catalizator.

Etoxilarea are loc intr-un sistem de reactie construit din otel inoxidabil, amestecul reactantilor fiind realizat intr-un amestecator.

Autoclava care se construieste din otel inoxidabil pentru a evita coroziunea acida sau bazica, trebuie sa reziste la vid inaintat din perioada de stropire a oxidului de etilena ramas dupa terminarea reactiei si presiunea de 4 bari care se poate atinge in timpul reactiei.

Sistemul de reactie este incarcat cu nonilfenol si catalizator, vacuumat, purjat cu azot revacuumat.

Incarcatura este incalzita la temperatura de initiere, iar dupa amorsarea reactiei, oxidul de etilena se dozeaza in functie de presiunea de operare dorita.

Atunci cand cantitatea de etilenoxid prescrisa prin reteta s-a introdus se asteapta stabilirea presiunii, apoi se executa diferite operatiuni de finisare.

Aceste proceduri pot include neutralizarea cu acizi cum ar fi: citric, fosforic, imbunatatirea culorii.

1. Chimismul procesului

Condensarea oxidului de etilena cu nonilfenol este o reactie bimoleculara ireversibila ce se efectueaza in mediu alcalin in prezenta unui catalizator, de regula fiind folosit hidroxidul de sodiu.

Reactia initiata poate fi impartita in doua etape:

- aditia oxidului de etilena la nonilfenol rezultand monoaductul

- polietoxilare.

Reactia are loc cu mare degajare de caldura (puternic exoterma). In toate cazurile caldura degajata se preia de catre apa sau ulei diatomic.

Produsul final obtinut este compus din fractiuni cu diferite grade de etoxilare, distribuite statistic si fiind caracterizate printr-un grad mediu de etoxilare functie de raportul dintre cei doi componenti alimentati.

Se cunoaste ca poliglicolii apar in cantitati mici in reactia din etilexonidului cu nonilfenolul.

Poliglicolii din produs finit pot proveni din apa (sau un initiator echivalent) in substantele de baza si de asemenea, din initiatorii care apar in timpul oxietilarii.

Apa din sistemul initial poate fi prezenta in nonilfenol si din reactia catalizatorului cu nonilfenolul.

Catalizatorul liber din echilibrul dat cu reactia:

poate de asemenea reactiona cu un initiator fara pierderea activitatii catalitice.

In practica procentul de apa nu trebuie sa depaseasca 0,1 fata de cantitatea introdusa drept baza de condensare.

Poliglicolii pot aparea in produsul final, fara implicarea apei sau a regenerarii catalizatorului, formarea fiind determinata prin reactie de izomerizare a oxidului de etilena, rezultand acetaldehida care este echivalentul apei ca initiator de poliglicol.

1.3. Domenii de utilizare

Domeniile de utilizare a produselor obtinute prin etoxilarea nonilfenolului sunt diverse, un loc important ocupandu-l industria de detergenti, industria textila, a pielariei, in agricultura.

Fazele procesului tehnologic

In instalatia amenajata la S. C. "PETROBRAZI" S. A. cu scopul obtinerii nonilfenolului etoxilat, se disting trei faze ale procesului tehnologic:

- pregatirea bazei de condensare (nonilfenolul) in vederea etoxilarii;

- initierea, etoxilarea si finisarea sarjei;

- depozitarea produsului obtinut.

1. Pregatirea bazei de condensare (nonilfenol) in vederea etoxilarii

Operatiunile ce se executa pentru pregatirea bazei de condensare in vederea etoxilarii sunt urmatoarele:

a) masurarea cantitatii de nonilfenol necesar pentru o sarja conform retelei stabilite si sortimentul urmarit. Cantitatea se masoara cu ajutorul unui vas dozator.

b) preincalzirea cantitatii de nonilfenol introdusa in vasul dozator, se realizeaza cu ajutorul caldurii de reactie, utilizand ca agent termic ulei mineral, ce asigura mentinerea temperaturii in sistemul de reactie.

c) introducerea bazei de condensare in sistemul de reactie.

Initierea, etoxilarea si finisarea sarjei

Succesiunea operatiilor executate in derularea acestei faze sunt urmatoarele:

a) corectarea temperaturii bazei de condensare de la nivelul realizat prin preincalzire in faza de pregatire de circa 135⁰C, pana la 140 - 150⁰C, temperatura de initiere a sarjei.

b) introducerea catalizatorului: se utilizeaza NaOH sub forma de solzi, in cantitatea prescrisa.

c) eliminarea apei din baza de condensare, apa care poate proveni din:

- apa in care este dizolvat NaOH;

- apa prezenta in nonilfenol;

- apa rezultata din reactia NaOH cu nonilfenolul.

d) inertizarea sistemelor de reactie prin purjari si vacuumari repetate.

e) stabilizarea sistemelor de racire care sa asigure prelucrarea caldurii din sistemul de reactie pe durata etoxilarii.

f) asigurarea cantitatii de etilenoxid necesar pentru o sarja, stabilirea circuitului de dozare al acestuia.

g) initierea reactiei.

h) etoxilarea.

i) finisarea sarjei prin neutralizarea cu acid acetic.

j) golirea produsului obtinut din sistemul de reactie.

3. Depozitarea produselor obtinute

Aductii polietilenici tinuti in prezenta aerului si la temperatura de peste 80 ⁰C se degradeaza, in special prin intensificarea culorii.

Pentru a eliminarea fenomenului se recomanda pastrarea acestor produse in vase construite din materiale care sa nu favorizeze degradarea, precum si mentinerea sub atmosfera de gaz inert (azot) iar vasele de depozitare sa fie amenajate cu instalatie de termostatare care sa asigure mentinerea unei temperaturi cuprinse intre 70 - 80 ⁰C.

Livrarea produselor se va efectua dupa ce analizele de laborator corespund cu indicatori prevazute in norma de calitate.

3. Sisteme conexe de incalzire - racire si termostatare

Pentru realizarea celor trei faze ale procesului tehnologic instalatia este dotata cu un sistem de incalzire - racire, folosit atat in faza de pregatire a bazei de condensare cat si in faza de initiere, etoxilare, finisare si sistemul de termostatare, care asigura mentinerea temperaturii in rezervorul de depozitare a produselor finite si a conductelor aferente.

3.1. Sistemul de incalzire - racire

Este umplut cu ulei termic care se recircula prin sistemul de reactie si prin serpentina vasului dozator, asigurand incalzirea bazei de condensare in vederea initierii reactiei, iar pe perioada etoxilarii preia caldura rezultata din reactia nonilfenolului cu oxidul de etilena.

Utilaje componente:

vas tampon  - cu volumul de 1 m³, pentru depozitarea uleiului termic.

pompa  - pentru recircularea uleiului in sistem avand un debit de 20 m³/h.

schimbator de caldura tubular, pentru incalzirea uleiului care este trimis in sistemul de reactie pentru incalzirea bazei de condensare, racordat la reteaua aburului de 13 bar.

racitor  - schimbator de caldura tub in tub, utilizat pentru racirea uleiului cu apa de 27⁰C.

separator  - asigura inchiderea hidraulica a sistemului.

Sistemul de incalzire - racire dispune de doua bucle de reglaj:

- bucla pentru reglarea cantitatii de abur necesar pentru incalzirea uleiului.

- bucla pentru mentinerea temperaturii uleiului in perioada etoxilarii.

3. Sistemul de termostatare

Sistemul de termostatare se umple cu apa provenita din condens care se recircula prin serpentinele montate in interiorul vaselor de depozitare a produselor rezultate prin etoxilarea nonilfenolului. Apa din sistem este mentinuta la temperatura de 70 - 80 ⁰C, temperatura care protejeaza produsul impotriva colorarii.

Utilaje componente:

- pompa - recircula apa din sistemul de termoreglare.

- vas  - amenajat cu serpentina interioara prin care circula abur de 4 bar pentru asigurarea temperaturii apei recirculata din sistem.

Mentinerea temperaturii sistemului de termoreglare este asigurata de o bucla de reglaj.

4. Descrierea procesului de fabricare a produselor etoxilate

Oxidul de etilena (OE) se primeste direct de la instalatia Oxid la o temperatura mai mica de 0 ⁰C, oxidul se afla sub presiunea azotului de 4 bar.

In aceste conditii oxidul de etilena se afla in stare lichida. Oxidul de se depoziteaza intr-un rezervor cu manta de racire exterioara.

Autoclava este alimentata cu oxid de etilena lichid din rezervor, prin intermediul unui ventil regulator cu comanda pneumatica a variatiei debitului, astfel incat sa se poata face dozajul oxidului de etilena in cantitati mici, in functie de presiunea autoclavei (Figura 1).

Ca materii prime se folosesc:

- oxid de etilena

punct de fierbere la 760 mm Hg: + 10,4 ⁰C

punct de topire: -112,5 ⁰C

densitatea la 20 ⁰C: 0,85979 g/cm³

solubilitatea in apa - completa

corozivitatea - necoroziv

culoare - incolor

- nonilfenolul

Ca materii auxiliare avem hidroxidul de sodiu.

punct de fierbere: 142 148 ⁰C

punct de solidificare: 5 ⁰C

Sola - amestec de apa si etilen - glicol.

a) Corectarea temperaturii bazei de condensare de la nivelul realizat prin preincalzire in faza de pregatire cca 135 ⁰C pana la 140 150 ⁰C, temperatura de initiere a sarjei.

Inainte de executarea operatiilor care asigura incalzirea bazei de condensare introdusa in sistemul de reactie la nivelul de temperatura cerut, se porneste pompa P210 asigurand recircularea produsului:

- se deschid ventilele 50 si 51

- se verifica daca sunt inchise ventilele 58 si 59

- se porneste pompa P210 si se deschide ventilul 52, urmarind amorsarea pompei.

Se trece la executarea manevrelor in vederea incalzirii bazei de condensare la temperatura de 140 150 ⁰C cu ajutorul sistemului de incalzire - racire, aportul de caldura fiind dat de abur, de 13 bar.

b) Introducerea catalizatorului

Dozarea hidroxidului de sodiu folosit drept catalizator, calculat pentru o sarja are o deosebita importanta atat din punct de vedere al respectarii cantitatii introduse cu implicatie directa asupra desfasurarii reactiei de etoxilare dar si pericolul ce-l reprezinta asupra securitatii operatorului.

Cantitatea optima de catalizator reprezinta 0,12 0,14 % raportata la cantitatea de nonilfenol introdusa.

In scopul protejarii etansarii pompei de recirculare P210, pe toata perioada cat se executa operatiuni care necesita mentinerea vidului in sistemul de reactie, ventilul 52 va fi putin deschis, atat cat sa mentina pe refularea pompei o presiune de minim un 1 bar.

c) Eliminarea apei din baza de condensare

Apa este principala sursa care determina nivelul procentual de poliglicol in produsul finit; implica ca eliminarea apei inaintea initierii sarjei este o operatie foarte importanta, continutul optim al acesteia in baza de condensare trebuie sa fie de 0,03%.

In scopul realizarii nivelului procentual optim al continutului de apa in baza de condensare s-a introdus operatiunea de stripare, care se realizeaza prin mentinerea in sistemul de reactie a unui vid de 300 305 mm Hg, concomitent cu un curent de azot administrat prin distribuitorul montat in interiorul autoclavei 1429c, la partea inferioara.

Operatiunea de stripare are loc la temperatura de 140 150 ⁰C, conditiile fiind mentinute la cca 20 minute.

d) Asigurarea cantitatii de oxid de etilena necesar pentru o sarja

In intervalul celor 20 de minute cat dureaza operatiunea de stripare se va asigura umplerea vasului V4 cu cantitatea de oxid de etilena necesar pentru o sarja.

Dupa o perioada mai lunga de oprire, inainte de introducerea oxidului de etilena se executa proba de etanseitate a vasului.

Proba de etanseitate se executa prin introducerea de presiune de azot in vas, vasul ramanand cca 20 min la o presiune de 3 - 4 bar.

Se verifica daca ventilele 46 si 47 sunt inchise si daca in mantaua vasului exista circulatie de sola, fiind deschise ventilele 42 si 43.

e) Initierea reactiei

- se controleaza nivelul de ulei la reductorul pompei P208

- se verifica daca buclele de reglaj montate pe vasul V4 sunt in functiune

- se deschid 48, 47

- se porneste pompa P208

Autoclava este alimentata cu oxid de etilena lichid prin intermediul unui ventil regulator cu comanda pneumatica a variatiei debitului MC208.

Atunci cand creste presiunea 0,8 - 1 bar, se intrerupe alimentarea cu oxid de etilena, oprind pompa P208.

Odata cu oprirea pompei P208 se inchide automat ventilul regulator MC208, iar pentru izolare completa se inchide ventilul 48.

Se asteapta pana cand temperatura incepe sa creasca presiunea avand o scadere vizibila, moment cand reactia se considera initiata, se deschide ventilul 48 si se reporneste pompa P208, continuand alimentarea cu oxid de etilena.

f) Etoxilarea

In timpul reactiei de etoxilare, temperatura se mentine, in limite cuprinse intre 165 175 ⁰C si presiunea de maxim 4 bar.

Dozarea oxidului de etilena se realizeaza in functie de presiunea din sistemul de reactie, actionand asupra cursei pistonului P208.

Temperatura se regleaza folosind sistemul de incalzire - racire, actionand o bucla de reglaj a carei termorezistenta de masurare este montata pe conducta de reactie.

Se astepta stabilizarea presiunii in sistemul de reactie, dupa care se executa eliminarea oxidului de etilena nereactionat prin executarea a trei purjari (spalari) cu azot, urmate de vacuumari (operatii de vidare) pentru a elimina apa din catalizator.

Dupa ultima purjare, in sistemul de reactie se introduce azot la presiunea de 1,5 bar.

Produsele ce se obtin in urma reactiei de policondensare sunt:

- poliglicolii

- modificatorii

- spumanti

- emulgatori

- produse secundare, reziduale si deseuri de fabricare.