Курсовая работа: Производство этилового спирта
- концентрирование отработанной серной кислоты. Эта часть технологического процесса является самым слабым звеном во всем методе сернокислой гидратации. Во-первых, концентрировать кислоту удается лишь до 88-90%, а, во-вторых, такой процесс концентрирования из-за высокой температуры топочных газов приводит к ощутимым потерям серной кислоты от раскисления, сопровождающегося выбросом вредного SO2 в атмосферу;
- неиспользованные возможности экономии энергетических средств.
Парофазная гидратация этилена
Наиболее разработанным применительно к имеющимся промышленным установкам в настоящее время является процесс газофазной гидратации:
CH2 =CH2( г .) + H2 O( г .) = C2 H5 OH( г .) + 41868Дж/моль.
Механизм:
CH2 =CH2 + Н+ « СН3 -СН2 + ,
СН3 -СН2 + + Н2 О « СН3 -СН2 -ОН2 + ,
СН3 -СН2 -ОН2 + « СН3 -СН2 -ОН + Н+ .
Но наряду с основной реакцией идут параллельные и последовательные побочные реакции:
C2 H4 + H2 O = C2 H5 OC2 H5 ,
n(C2 H4 ) = (-CH2 -CH2 -)n .
Таким образом, процесс сложный, обратимый, несмещенный (см. таблицу), экзотермический, протекает с уменьшением объема.
Таб. Равновесный выход этанола.
|
Отношение количеств веществ: МH 2 O /MC 2 H 4 |
Равновесный выход за один проход при давлении 8Мпа при температуре: | |
|
2800 С |
2900 С | |
|
0,6 |
15,4 |
8,53 |
|
0,8 |
18,3 |
10,15 |
Следует обратить внимание на два физико-химических фактора, которые определяют основные технологические параметры процесса. Прежде всего, это активность катализатора, которая имеет решающее значение для определения температуры процесса. Катализаторами прямой гидратации могут служить фосфорная кислота и ее соли. Чаще всего используется фосфорная кислота концентрацией 85-87% на таких носителях, как алюмосиликаты, силикагели, пемза и др.; значительная часть кислоты (до 35%) находится в свободном состоянии. Активность этого катализатора является невысокой. Только при температуре 280-3000 С ее можно считать более или менее приемлемой для промышленных условий. При более высокой температуре в значительной мере развиваются побочные процессы: полимеризация этилена, усиленное образование эфира и т.д.
Другим отправным фактором в газофазном процессе выступает весьма низкая по сравнению с этиленом летучесть воды, которая имеет решающее значение для определения давления процесса. Последнее, при прочих равных условиях, зависит от парциального давления паров воды, т.е. тоже от температуры.
Таким образом, температура становится важнейшим параметром, определяющим не только скорость, но и общее давление процесса. Так, в соответствии со стехиометрическим уравнением реакции, для эквимолярной смеси этилена и паров воды, парциальное давление последних должно составлять примерно половину от общего давления. Однако с целью предотвращения конденсации водяного пара в самом реакторе, что приводит к разбавлению фосфорной кислоты и парализует действие катализатора, парциальное давление паров воды, а, значит, и общее давление, должно быть несколько ниже. И действительно, в промышленности применяют общее давление около 8,0МПа.
Имеются и другие пути, предотвращающие появление водяного конденсата. Во-первых, это повышение температуры. Однако, в силу экзотермичности процесса, этот путь принципиально непригоден, т.к. приводит к снижению конверсии этилена и интенсификации побочных процессов. Во-вторых, это снижение парциального давления паров водяного пара за счет повышения парциального давления этилена. Однако, этот путь тоже непригоден. Он также приводит к снижению выхода этанола, т.к. оптимальным соотношением между реагирующими компонентами является эквимолярное. Мольное соотношение, используемое в промышленности, этилен – пары воды равно 1 : 0,6-0,8.
Выбранное соотношение компонентов диктует выбор общего давления:
Робщ = РС2Н4 + РН2О + Ринерт .