Производство этанола методом сернокислотной гидратации

Министерство Образования и Науки РФ

Казанский Государственный Технологический Университет

Кафедра Общей Химической Технологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

по предмету: Технология химических производств

на тему: Производство этанола методом сернокислотной гидратации

Выполнила:

студентка гр. 3141-84

Валиуллина А.

Проверил:

Ремизов А. Б.

Казань 2008

Содержание

Технологическая схема производство этанола методом сернокислотной гидратации

Практическая часть

Реклама

Список литературы

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА МЕТОДОМ СЕРНОКИСЛОТНОЙ ГИДРАТАЦИИ

Этиловый спирт— (этанол) кипит при 78,3 °С; смесь C₂H₅ОН [30% (об.)] с воздухом взрывоопасна; с водой спирт образует азеотропную смесь, содержащую 95,6% C₂H₅OH; кипящую при 78,1 °С. Этиловый спирт широко применяется в пищевой и медицинской промышленности, является компонентом жидкостного ракетного топлива, антифризом и т. д. Особенно широко этанол используется как полупродукт органического синтеза, и, в частности, для получения сложных эфиров, хлороформа, хлораля, ацетальдегида, уксусной кислоты, бутадиена и других продуктов. По объему производства синтетический этиловый спирт занимает первое место среди других органических соединений. Ранее этиловый спирт получали из пищевого сырья — картофельного крахмала и некоторых зерновых культур, однако этот способ связан с большими затратами пищевого сырья. Кроме того, его получают гидролизом древесины (гидролизный спирт). Этанол получают сернокислотной и прямой гидратацией этилена. При сернокислотном способе получения этанола (рисунок 1) этилен под давлением 1,5—2,5 МПа поступает в абсорбер барботажного типа, орошаемый 97%-ной серной кислотой. Температура в абсорбере 65—75 °С. Серная кислота в этом процессе является катализатором и реагентом, Этилен взаимодействует с серной кислотой с образованием моноэтилсульфата C₂H₅OSO₃H и диэтилсульфата (C₂H₅O)₂SO₂

C₂H₄ + H₂SO₄ → С₂H₅OSO₃H + Q

2C₂H₄ + H₂SO₄ → (C₂H₅O)₂SO₂ + Q

Газы, не поглощенные в абсорбере 1, проходят водяной 2 и щелочной 3 скрубберы и далее могут быть использованы как топливо.

Рисунок 1. Схема производства этилового спирта сернокислотной гидратацией этилена

1— тарельчатый абсорбер; 2, 3 — скрубберы; 4 — холодильник; 5 — колонна; 6 — гидролизер.

Этилсульфаты и серная кислота из абсорбера 1 поступают в гидролизер 6, в который подается вода. В гидролизере при давлении 1 МПа и температуре 70—90 °С происходит гидролиз этилсульфатов

С₂Н₅ОSO₃H + H₂O → С₂Н₅ОН + H₂SO₄

(С₂Н₅О)₂SO₂ + 2H₂O→ 2С₂Н₅ОН + H₂SO₄

Пары спирта и воды далее проходят холодильник 4, где они конденсируются; конденсат поступает в ректификационную колонну 5 для разгонки и очистки от примесей. Разбавленная кислота (50%) выводится из гидролизера, направляется на концентрирование и снова возвращается в процесс. При ректификации концентрация этилового спирта достигает 95—96%. По этому способу из 1 т этилена получают 1,2 т этанола и около 100 кг этилового эфира.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Задание:

1. Составить и описать технологическую схему производства этанола методом сернокислотной гидратации

2. Составить материальный баланс процесса

3. Рассчитать технологические и технико-экономические показатели

4. Реклама

В основу расчета принять следующие реакции:

C₂H₄+H₂O → C₂H₅OH

2C₂H₅OH → (C₂H₅)₂O + H₂O

Исходные данные:

Пропускная способность этан-этиленовой фракции, кг/ч	300
Потери этанола в побочной реакции, % масс	7
Конверсия этилена, %	97
Состав этан-этиленовой фракции, % мас.1. этилен2. этан	6733
Мольное соотношение этилен – водяной пар	1 : 1.5
Потери этилена, % масс	0,5

Расчет:

Материальный баланс:

Схема потоков:

Приход		Расход
кг/час	кмоль/час	кг/час	кмоль/час
C2H4	201	7.18	6 + 1потери	0,21 + 0,04потери
C2H5OH	0	0	296.41	6.44
(C2H5)2O	0	0	18.13	0,245
С2Н6	99	3.3	99	3.3
H2O (1)	193.86	10.77	69.12	3.84
H2O (2)	0	0	4.41	0,245
å1=493.86		å2=494.07

Mr(C₂H₄)=12*2+1*4=28 кг/кмоль

Mr(C₂H₆)=12*2+6*1=30 кг/кмоль

Mr(C₂H₅ОН)=12*2+1*6+16*1=46 кг/кмоль

Mr((C₂H₅)₂О)=12*4+1*10+16*1=74 кг/кмоль

Mr(H₂О)=1*2+16*2=18 кг/кмоль

m(фракции)=300 кг/ч;

Масса этилена поданного на реакцию:

m (С₂H₄) – 67%

300 – 100%

m_всего(С₂H₄)=300*67/100=201 кг/ч

w_всего(С₂H₄)=201/28=7.18 кмоль/ч

m(С₂Н₆)= m(фракции) - m (С₂H₄) = 300 – 201 = 99 кг/ч

w(С₂Н₆)=99/30 = 3.3 кмоль/ч

Поданный водяной пар:

w( H₂O(1)) = 1.5w_всего(С₂H₄) =10.77 кмоль/ч

m( H₂O(1))= 10.77*18=193.86 кг/ч

Поданный этилен, учитывая потери:

m_под(С₂H₄) – 100 %

m_п(С₂H₄) – 0.5%

m_потери(С₂H₄) = 201*0,5/100 = 1 кг/ч

w_потери (С₂H₄) = 1/28 = 0,04 кмоль/ч

m_общ (С₂H₄) = m_всего(С₂H₄) - m_потери(С₂H₄) = 201 - 1 = 200 кг/ч

Прореагировавший этилен:

m_прор(С₂H₄) – 97 %

200 – 100%

m_прор(С₂H₄) = 200*97/100 = 194 кг/ч

w_прор (С₂H₄) = 194/28 = 6.93 кмоль/ч

Непрореагировавший этилен:

m_непр(C₂H₄) = m_общ(C₂H₄) – m_прор(C₂H₄) = 200 – 194 = 6 кг/ч

w_непр(C₂H₄) = 6/28 = 0,21 кмоль/ч

Количество и масса этанола:

w_всего(C₂H₅ОН) = w_прор(C₂H₄) = 6.93 кмоль/ч

m_всего(С₂H₅ОН) = 6.93*46 = 318.78кг/ч

Прореагировало этанола:

m_прор(C₂H₅ОН) – 5 %

192,05–100 %

m_прор(C₂H₅ОН) = 192,05*5/100 = 9,603 кг/ч

w_прор(C₂H₅ОН) = 9,603/46 = 0,209 кмоль/ч

Непрореагировавшего этанола:

m_ост(C₂H₅ОН) = m_всего(C₂H₅ОН) – m_прор(C₂H₅ОН) = 192,05 - 9,603 = 182,447 кг/ч

w_ост(C₂H₅ОН) = 182,447/46= 3,966 кмоль/ч

Количество воды пошедшей на образование этанола:

w_прор( H₂O(1)) = w_всего(C₂H₅ОН) = 6.93 кмоль/ч

Количество не прореагировавшей воды:

w_ост( H₂O(1)) = w_под( H₂O(1)) – w_прор( H₂O(1)) = 10.77 – 6.93 = 3.84 кмоль/ч

m_ост( H₂O(1)) = 3.84 * 18 = 69.12 кг/ч

Масса и количество этанола, пошедшее на образование диэтилового эфира:

m_прор(C₂H₅ОН) – 7 %

m_всего(C₂H₅ОН) – 100 %

m_прор(C₂H₅ОН) = 318.78 * 7/100 = 22.31 кг/ч

w_прор(C₂H₅ОН) = 2.31/46 = 0.49 кмоль/ч

Масса и количество не прореагировавшего этанола:

m_ост(C₂H₅ОН) = m_всего(C₂H₅ОН) - m_прор(C₂H₅ОН) = 318.48 – 22.31 = 296.41 кг/ч

w_ост(C₂H₅ОН) = 296.41/46 = 6.44 кмоль/ч

Полученно диэтилового эфира: на 2 моль (C₂H₅ОН) – 1 моль (С₂Н₅)₂О

w_прор (C₂H₅ОН) - w ((C₂H₅)₂О)

w ((C₂H₅)₂О) = 0.49*1/2 = 0,245 кмоль/ч

m ((C₂H₅)₂О) = 0,245 * 74 = 18.13 кг

Найдем количество и массу воды, образовавшейся во второй реакции:

w( H₂O(2)) = w((С₂Н₅)₂О) = 0,245 кмоль/ч

m( H₂O(2) ) = 0,245 * 18 = 4.41 кг/ч.

Технологические и технико-экономические показатели процесса

1. Пропускная способность установки: 493.86 кг/ч

2. Конверсия этилена : 97 %

3. Выход на поданное сырье:

1) Фактический выход:

Q_Ф = m(C₂H₅ОН) = 296.41 кг;

2) Теоретический выход:

Mr(СН₂) ¾ Mr(C₂H₅ОН), 28 ¾46,

m(C₂H₄) ¾ Q_Т; 201 ¾Q_Т;

Q_Т= 330.21 кг;

ВыходC₂H₅ОНпоC₂H₄

b_СН3СОН = Q_Ф/ Q_Т* 100%= 89.76 %

4. Теоретический выход на превращенное сырье:

Mr(C₂H₄) ¾ Mr(C₂H₅ОН), 28 ¾46,

m_пр(C₂H₄) ¾ Q_Т'; 194 ¾Q_Т';

Q_Т' = 318.71 кг;

b' _СН3СОН = Q_Ф/ Q_Т'* 100%= 93 %

5. Теоретические расходные коэффициенты по сырью:

по C₂H₄ :

s^т= Mr(C₂H₄) / Mr(C₂H₅ОН) = 28 / 46 = 0,61 кг/кг;

по Н₂О:

s^т := Mr(Н₂О) / Mr(C₂H₅ОН) = 18/46 = 0.39 кг/кг.

6. Фактические расходные коэффициенты:

по C₂H₄:

s^ф = m_техн(C₂H₄) / m(C₂H₅ОН) = 300/296.41 = 1.01 кг/кг;

по Н₂О:

s^ф= m_техн(C₂H₄) / m(C₂H₅ОН) = 193/296.41 = 0.65 кг/кг.

РЕКЛАМА

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Изд. 2-е, пер. М., "Химия", 2005, 736 с.

2. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. М.: "Химия", 2008, 846 с.

3. Общая химическая технология /Под ред. А.Г.Амелина. М.: "Химия", 2007, 400 с.

4. Расчеты химико-технологических процессов /Под ред. И.П.Мухленова. Л.:Химия, 2008, 300 с.