рефераты бесплатно
Рефераты бесплатно, курсовые, дипломы, научные работы, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, сочинения,рефераты литература, рефераты биология, рефераты медицина, рефераты право, большая бибилиотека рефератов, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент и многое другое.
ENG
РУС
 
рефераты бесплатно
ВХОДрефераты бесплатно             Регистрация

Описание технологической схемы процесса производства этилового спирта  

Описание технологической схемы процесса производства этилового спирта

 

Оглавление

 




1. Характеристика исходного сырья……………………………………………..2


2. Характеристика целевого продукта…………………………………………...2


3. Физико-химическое обоснование основных процессов производства этилового спирта…………………………………………………………………..3

3.1. Сернокислая гидратация этилена……………………………………………4

3.2. Парофазная гидратация этилена…………………………………………….6


4. Описание технологической схемы процесса производства этилового спирта……………………………………………………………………………..11

4.1. Структурная схема процесса……………………………………………….13

4.1. Операторская схема процесса……………………………………………...13


5. Расчет материального баланса ХТС…………………………………………14

5.1. Блок-схема…………………………………………………………………...14

5.2. Пересчет единиц…………………………………………………………….14

5.3. Условная постоянная информация………………………………………...15

     5.4. Балансовая математическая модель………………………………………..16

5.5. Соответствие переменных потокам………………………………………..17

5.6. Упорядочение переменных………………………………………………...18

     5.7. Материальный баланс ХТС производства этанола на 7900 кг этиленэтановой фракции…….19

          5.8. Расчет основных технологических показателей процесса……………….20

     5.9. Поточная диаграмма………………………………………………………...21


Список используемой литературы……………………………………………...22

1. 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 из 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.

 

2. Характеристика целевого продукта

 

Этанол C2H5OH (метилкарбинол, этиловый спирт) – бесцветная подвижная жидкость с жгучим вкусом и характерным запахом, температура кипения 78,39°С, температура плавления –114,15°С, плотность 0,794 т/м3. Этанол смешивается во всех отношениях с водой, спиртами, глицерином, диэтиловым эфиром и другими органическими растворителями. С некоторыми из них (водой, бензолом, этилацетатом, хлороформом) он образует азеотропные смеси различного состава. С водой дает азеотропную смесь, содержащую 95,6% спирта и, кипящую при температуре 78,1°С. В виде такого ректификата этиловый спирт обычно и употребляют в технике.

Этанол образует алкоголяты с солями кальция и магния, например: CaCl2*4C2H5OH и MgCl2*6C2H5OH.

Температура самовоспламенения этанола составляет 422,8°С. С воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах концентраций 20% (по объему). Температура вспышки 13,0°С.

Этанол обладает наркотическим действием, ПДК этанола – 1000 мг/м3. Длительное воздействие этанола на организм вызывает тяжелые органические заболевания нервной системы, пищеварительного тракта и печени, сердечно-сосудистой системы.


3. 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. Она осуществляется двумя методами: при помощи серной кислоты (сернокислая гидратация) и непосредственным взаимодействием этилена с водяным паром в присутствии катализатора (парофазная каталитическая гидратация).



3.1. 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.

Применение для абсорбции этилена олеума нецелесообразно, т.к. при этом снижается выход этанола из-за образования побочных продуктов – сульфосоединений и повышенного образования полимеров.

С ростом температуры и парциального давления 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 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;

·        неиспользованные возможности экономии энергетических средств.


3.2. Парофазная гидратация этилена

 

Наиболее разработанным применительно к имеющимся промышленным установкам в настоящее время является процесс газофазной гидратации:

CH2=CH2(г.) + H2O(г.) = C2H5OH(г.) + 41868Дж/моль.

Механизм:

CH2=CH2 + Н+ « СН3-СН2+,

СН3-СН2+ + Н2О « СН3-СН2-ОН2+,

СН3-СН2-ОН2+ « СН3-СН2-ОН + Н+.

Наряду с основной реакцией идут параллельные и последовательные побочные реакции: 

·        дегидратация этанола до:

                     -  диэтилового эфира:   2C2H5OH  = (C2H5)2O + H2O,

           -  этилена:  C2H5OH = CH2=CH2 + H2O,

·        дегидрирование до ацетальдегида:  C2H5OH  = CH3CHO +H2, а также реакции образования олигомеров различного состава.

Таким образом, процесс сложный, обратимый, несмещенный, экзотермический, протекает с уменьшением объема.

Константа равновесия данной реакции выражается уравнением:

Lg Kp = 2093/T – 6,304 + (103/T – 62500/T2)*P

Из уравнения следует, что равновесная степень превращения этилена возрастает с понижением температуры и повышением давления.

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 280-3000С 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.

Известно, что давление паров воды над 85%-ной фосфорной кислотой при температуре 2800С, составляет 2,7МПа. Принимая во внимание мольное соотношение между компонентами, видно, что давление паров этилена составляет около 4,7МПа. В таком случае концентрация инертных примесей должна быть порядка 15% (Ринерт  = РС2Н4*0,15/0,85). Давление больше 8МПа нежелательно т.к. происходит конденсация водяного пара.

В настоящее время процесс гидратации этилена реализуется в промышленности при следующих условиях:

Страницы: 1, 2, 3


© 2010.