Курсовая работа: Производство этилового спирта
Курсовая работа: Производство этилового спирта
Московская
Государственная Академия
Тонкой
Химической Технологии
им. М.В.
Ломоносова
Кафедра общей
химической технологии
Курсовая
работа
на тему:
«Производство этилового спирта»
Москва
2003 г
Содержание
1.
Введение
2.
Исходное сырьё
3.
Характеристика целевого продукта
4.
Физико-химическое обоснование основных процессов производства этилового
спирта
5.
Описание технологической схемы процесса производства этилового спирта
6.
Материальный баланс ХТС производства этанола на 9000кг 100% С2Н5ОН
7.
Расчет основных технологических показателей процесса
8.
Литература
1. Введение
Этиловый
спирт находит широкое применение в народном хозяйстве в качестве растворителя,
также применяется в производстве дивинила, в пищевой и медицинской
промышленности, в качестве горючего для ракетных двигателей, антифриза и т.д.,
является важным промежуточным продуктом органического синтеза (в производстве
сложных эфиров, целлулоида, искусственного шелка, ацетальдегида, уксусной
кислоты, хлороформа, хлораля, диэтилового эфира и других продуктов).
Таким образом, этиловый спирт относится к числу многотоннажных продуктов
основного органического синтеза, мировое производство этилового спирта
составляет свыше 2,5 млн. т/г (по объему производства занимает первое место в
мире среди всех органических продуктов).
2. Характеристика исходного сырья
В
качестве исходного сырья в производстве этилового спирта используется этилен. В
настоящее время основным способом его получения является пиролиз
(высокотемпературный крекинг) углеводородов. Пиролизу подвергают фракции прямой
перегонки нефти, состоящие алканов, циклоалканов, аренов, природные и попутные
нефтяные газы, содержащие алканы.
Этилен
образуется в результате реакций распада тяжелых алканов и дегидрирования
низкомолекулярных алканов. Потенциальный выход этилена зависит от вида исходного
сырья. Виды сырья, используемые в мировом производстве этилена, и их доля в
общем балансе производства следующие:
Сырье |
Этан |
Пропан |
Бутан |
Бензин |
Газойль |
Доля, % |
36 |
11 |
3 |
47 |
3 |
Лучшим
сырьем являются парафины, поскольку с повышением содержания водорода в исходных
углеводородах выход алкенов возрастает.
3. Характеристика целевого продукта
Этанол C2H5OH является жидкостью, кипящей при температуре 78,390С,
с воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах концентраций 3-20% (по
объему). С водой дает азеотропную смесь, содержащую 95,6% спирта и кипящую при
температуре 78,10С. В виде такого ректификата этиловый спирт обычно
и употребляют в технике.
4.Физико-химическое обоснование основных процессов
производства этилового спирта
До недавнего времени производство этилового спирта основывалось на
пищевом сырье – сбраживание крахмала из некоторых зерновых культур и картофеля
с помощью ферментов, вырабатываемых дрожжевыми грибками. Этот способ сохранился
и до сих пор, но он связан с большими затратами пищевого сырья и не может
удовлетворить промышленность. Другой метод, также основанный на переработке
растительного сырья, заключается в переработке древесины (гидролизный спирт).
Древесина содержит до 50% целлюлозы, и при ее гидролизе водой в присутствии
серной кислоты образуется глюкоза, которую подвергают затем спиртовому
брожению:
(C6H10O5)x +
xH2O à xC6H12O6,
C6H12O6 à
2C2H5OH +
2CO2.
Синтетический этиловый спирт получают гидратацией этилена.
Гидратация этилена осуществляется двумя методами: при помощи серной
кислоты (сернокислая гидратация) и непосредственным взаимодействием этилена с
водяным паром в присутствии катализатора (парофазная каталитическая
гидратация).
Сернокислая гидратация этилена
Сернокислый способ,
предложенный А.М. Бутлеровым, получил промышленное осуществление только в
послевоенные годы. Он состоит из следующих четырех стадий: 1) абсорбция этилена
серной кислотой с образованием сернокислых эфиров; 2) гидролиз эфиров; 3)
выделение спирта и его ректификация; 4) концентрирование серной кислоты.
Взаимодействие
между этиленом и серной кислотой состоит из двух этапов: первый – физическое
растворение этилена в серной кислоте и второй - гомогенное взаимодействие обоих
компонентов с образованием алкилсульфатов по уравнениям:
C2H4
+ H2SO4 = C2H5OSO3H
C2H5OSO3H
+ C2H4 = (C2H5O)2SO2.
Поглощение
(абсорбция) этилена серной кислотой – процесс обратимый, экзотермический (DH=-50232 кДж/моль),
протекает с уменьшением объема.
Скорость
абсорбции этилена описывается уравнением:
dG/dt = K*F*P*f(с),
где G – количество
поглощаемого этилена, t – время, К –
коэффициент, зависящий от интенсивности диффузии, и, следовательно, от
интенсивности контакта реагентов (барботаж, перемешивание и т.д.), F – поверхность
контакта реагентов, Р – парциальное давление этилена, f(c) – множитель,
зависящий от концентрации серной кислоты.
Так, абсорбция этилена
93%-ной кислотой протекает в 10 раз медленнее, чем при концентрации 97,5%.
Однако, применение для абсорбции этилена олеума нецелесообразно, т.к. при этом
снижается выход этанола из-за образования побочных продуктов – сульфосоединений
и повышенного образования полимеров.
При прочих
равных условиях скорость абсорбции этилена увеличивается с ростом температуры и
парциального давления, однако, при температуре выше 900С начинается
интенсивное образование полимеров. Увеличение парциального давления этилена
выше 2 МПа становится тоже малоэффективным.
Фактором,
ускоряющим процесс абсорбции, является наличие в исходной серной кислоте
этилсульфатов, которые, обладая свойствами эмульгаторов, увеличивают
поверхность контакта вследствие пенообразования, и тем самым способствуют более
быстрому и полному растворению этилена.
В
настоящее время в промышленных установках приняты следующие условия абсорбции
этилена: концентрация серной кислоты 97-98%, температура 80-850С,
парциальное давление этилена на входе в абсорбер 1-1,5МПа, содержание пропилена
и высших олефинов в исходной этилен-этановой фракции <0,1%. В ходе второй
стадии идет гидролиз этил - и диэтилсульфата по уравнениям:
C2H5OSO3H
+ H2O à C2H5OH
+ H2SO4,
(C2H5O)2SO2
+ 2H2O à 2 C2H5OH
+ H2SO4
Эта стадия
также обратима, для обеспечения ее протекания необходим избыток воды, и, по
возможности, быстрое удаление спирта из зоны реакции, т.к. кроме основной
реакции идет образование диэтилового эфира:
(C2H5O)2SO2
+ C2H5OH à C2H5OC2H5
+ C2H5OSO3H,
(C2H5O)2SO2
+ H2O à C2H5OC2H5
+ H2SO4.
Главным
преимуществом сернокислой гидратации по сравнению с прямой гидратацией является
возможность применения неконцентрированного этилена, т.к. его концентрирование
связано с большими капитальными и эксплуатационными затратами.
Однако, метод
сернокислой гидратации имеет ряд недостатков. Среди них можно отметить
следующие:
-
применение сложных и громоздких конструкций;
-
малоэффективное удаление полимеров однократным экстрагированием. При
принятом методе экстрагирования в экстракт переходит 70-75% полимеров, значит,
до 30% полимеров остается в разбавленной кислоте;
-
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;
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5 |