Производство этилового спирта
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
В»ьное давление паров воды над фосфорной кислотой, которое в зависимости от её концентрации и температуры меняется (рисунок 3).
При происходит адсорбция паров воды фосфорной кислотой, а при - десорбция.
Максимально допустимое общее давление () в системе может быть расiитано следующим образом (при ; над 84% - ной и 280 0С равно 2,8МПа (рисунок 3); отношение и содержание инертов в циркулирующем этилене - 15%):
Парциальное давление паров воды над фосфорной кислотой () при температуре (0С): 1 - 280 0С; 2 - 290 0С; 3 - 300 0С.
В промышленных условиях наилучшие результаты, при использовании кислотного катализатора (83 - 85% ), получают при температуре 280 - 290 0С, отношении и давлении В этих условиях равновесный выход этилового спирта (по ) составляет порядка - 10%.
Малая конверсия этилена за один проход через реактор вызывает необходимость возврата непрореагировавшего этилена. Во избежании быстрого накопления в рециркулирующем этилене инертных примесей (этана) необходимо использование высококонцентрированной этиленовой фракции (содержание этилена 98%). Однако даже при такой концентрации приходится, для поддержания постоянного количества инертов в циркулирующем газе, выводить из цикла значительный объём разбавленного этилена и возвращать в цех разделения углеводородов для концентрирования.
Концентрацию инертов в циркулирующей смеси поддерживают около 10%. Дальнейшее повышение последних значительно снижает скорость основной реакции. Количество отдуваемой смеси может быть определено из уравнения материального баланса инертов:
,
где и - объёмы исходной и отдуваемой смеси;
и - концентрации инертов в исходной и отдуваемой смеси.
При циркуляционном процессе для его интенсификации и уменьшения количества побочных продуктов повышают объёмную скорость подачи сырья. При процессе прямой гидратации этилена это 1800-2000 час-1, что соответствует времени контактирования 18 - 20 сек. При более активном катализаторе возможны и более высокие скорости. В данном случае, дальнейшее увеличение объёмной скорости приводит к возрастанию уноса фосфорной кислоты с носителя и уменьшению количества выделяющегося тепла, что не позволит проводить процесс в автотермическом режиме. Выход этанола за один проход в этих условиях составляет 5%.
Вывод
В результате обширных исследований и промышленных испытаний установлены основные условия взаимодействия газообразного этилена и водяных паров:
температура 280 -300С;
давление 6 - 8МПа;
концентрация этилена в циркулирующем газе 80 - 85% (об.);
молярное отношение воды к этилену 0,6 - 0,75: 1;
концентрация фосфорной кислоты на поверхности катализатора не ниже 83%;
объемная скорость 1800-2500 ч-1.
При этих условиях процесс - сложный, обратимый несмещенный, гетерогенный каталитический. Перечисленные условия позволяют получать водноспиртовой раствор концентрацией спирта 15 - 16% при конверсии этилена за один проход 4 - 6%. Полезное использование этилена составляет 95%. Остальные 5% расходуются на получение диэтилового эфира (2%), ацетальдегида (1%), димеров и полимеров (2%). На основе химической концепции метода можно представить функциональную (принципиальную) схему ХТС (рис. 3):
Рассмотренные физико-химические характеристики процесса вызывают необходимость при разработке технологической схемы учитывать следующие положения:
- т. к. ХТП обратимый несмещенный (в таких процессах часто используется рецикл), то для него целесообразна организация технологической схемы по принципу многократной циркуляции непрореагировавшего сырья (т. к. это снижает себестоимость продукта);
- исходное сырьё должно содержать минимальное количество примесей, в том числе и инертных;
- отвод из системы накапливающихся при циркуляции инертных примесей (отдувка);
- подпитка катализатора и нейтрализация фосфорной кислоты на выходе из реактора;
- наиболее полная регенерация тепла.
Перечисленные выше положения реализуются в современном производстве этилового спирта (см. пункт 6.).
5. Технологическая схема синтеза производства этилового спирта
Технологические схемы синтеза этанола различаются способами получения водяного пара и системами утилизации тепла. В наиболее совершенных схемах водяной пар для синтеза получают путем рецикла воды после отделения этанола и использованием водяного конденсата.
Свежий и оборотный этилен сжимают в компрессорах 1,2 до 0,8Мпа, смешиваются с водяным паром, подогреваются в теплообменнике 4 теплом отходящей от реактора смеси и перегреваются в трубчатой печи 3 до 275 0С, после чего подаются в реактор-гидрататор 5. Перед входом в реактор в поток вбрызгивается фосфорная кислота для подпитки катализатора, что продлевает срок его службы.
Реактор представляет собой полую колонну высотой 10 м и диаметром 1,5 м, работающую в режиме идеального вытеснения. Для исключения влияния коррозии от фосфорной кислоты изнутри он выложен листами красной меди.
Реакционные газы содержат пары унесенной фосфорной кислоты, которая нейтрализуется гидроксидом натрия, а образующиеся соли выделяются в солеотделителе 6. Унос фосфорной кислоты составляет 0,4 - 0,5 т/час с 1 м3 катализатора.
Теплота отходящих реакционных газов регенерируется в теплообменнике 4 для нагрева входящей смеси. В холодильнике 7 происходит конденсация продуктов реакции, а в сепараторе 8 разделяются жидкие и г