Синтез этилового спирта (стр. 10 из 11)
=
= - 45,74 кДж/моль
= - 45,74 кДж/моль + ∫((14,874+58,11 ּ10-3Т - 27,51 ּ10-6Т2) –
- (30,00+10,71 ּ10-3Т + 0,33 ּ105Т-2))dT Дж/моль = - 45,74 кДж/моль +14,874 ּ (493- -298) + 0,5ּ58,11 ּ10-3ּ (4932-2982) - 0,33 ּ27,51 ּ10-6(4933-2983) – (30 ּ (493-298) + 0,5 ּ 10,71ּ10-3(4932-2982) – 0,33 ּ 105(493-1-298-1)= -45,74 кДж/моль + 1,785 кДж/моль= - 43,955 кДж/моль
Энтропию реакции при 493 К рассчитаем по уравнению:
-126,14 + 
((14,874 ּТ-1 +58,11 ּ10-3 - 27,51 ּ10-6Т) – (30 ּТ-1 + 10,71 ּ10-3 + +0,33 ּ105Т-3)dT = - 126,14 + 14,874ln(493-298) +58,11 ּ10-3(493-298) – 0.5 ּ 27,51 ּ10-6 (4932-2982) – 30 ּln(493-298) - 10,71 ּ10-3(4932-2982) – 0.5 ּ 0,33 ּ105(493-2-298-2) ==-198,66 Дж/моль ּ К
Энергия Гиббса для реакции при 493 К вычисляется по уравнению:
Так как реакция является обратимой, найдём значение константы равновесия:
Процесс производства синтетического этилового спирта методом прямой гидратации этилена связан с применением и образованием токсичных, взрывоопасных и пожароопасных веществ.
Для уменьшения и предотвращения вредных выбросов в атмосферу газов, содержащих токсичные углеводороды,(этилен, диэтиловый эфир, ацетальдегид и др.) имеются следующие возможности:
· строгое соблюдение технологического режима (при этом снижается количество выбросов через предохранительные клапаны и воздушники, уменьшаются частота остановок и связанное с ними сбрасывание газов);
· монтаж и эксплуатация оборудования в соответствии с правилами (это предупреждает газовые выбросы через неплотности).
Процесс синтеза этилового спирта сопровождается значительным уносом фосфорной кислоты, которая может вызвать коррозию оборудования и трубопроводов. Поэтому одной из стадий процесса является нейтрализация продуктов реакции, выходящих из гидрататора в парогазовой фазе путем взаимодействия с подщелоченным водно-спиртовым конденсатом. Образующиеся при нейтрализации соли фосфорной кислоты (0,4-0,5 кг на 1 т спирта) растворяются в водно-спиртовом конденсате и пройдя вместе с продуктами реакции через теплообменник-рекуператор, котлы-утилизаторы, сепараторы и т.д. поступают на узел ректификации и выводятся из системы вместе с обратной промывной водой в канализацию.
В процессе гидратации этилена образуются побочные продукты: диэтиловый эфир, ацетальдегид, полимеры этилена, являющиеся отходами производства. Значительная часть этих соединений удаляется при ректификации и очистке этилового спирта.
С целью улучшения качества спирта и снижения содержания углеводородов в сточных водах производства синтетического этанола в настоящее время на стадии переработки спирта-сырца проводится отвод жидкостной фазы (в составе которой отходы производства - полимеры) с содержанием спирта 40 - 80 об. % с последующим ее разбавлением до содержания спирта 10 - 20 об. % и направлением в отстойник.
Полимеры, являясь водонерастворимыми органическими продуктами, хорошо растворяются в этиловом спирте и в процессе ректификации накапливаются в колонне, достигая максимальной концентрации (17 - 35 об. %) в той части колонны, где концентрация спирта 40 - 80 об.%.
Выделившиеся при разбавлении полимеры отделяют от водноспиртового слоя во флорентийском сосуде, выводят в сборник и далее в канализацию, а водноспиртовой слой направляют обратно в колонну на тарелку питания.
Способ позволяет улучшить качество стоков по химическому поглощению кислорода на 60 - 65 %, что облегчает очистку сточных вод на биоочистных сооружениях.
Для поддержания высокой концентрации этилена (98,5 %)в процессе гидратации проводят отдувку циркулирующего газа, который после отмывки паров спирта в скруббере, поступает в цех газоразделения для переработки совместно с газом пиролиза.
Для вывода с установки инертных газов (метан, этан и др.) часть газа из верхней части кольцевого коллектора при 40 - 45 кгс/см2 передают через подогреватель в цех газоразделения для переработки.
6 Мероприятия по технике безопасности, промсанитарии, пожарной безопасности и охране труда
Производство синтетического этилового спирта относится к пожаро- и взрывоопасным производствам. Кроме того, в цехе используются токсичные и едкие вещества. Основными моментами, определяющими опасность в цехе, являются:
1) наличие жидких и газообразных продуктов, образующих с воздухом взрывоопасные смеси с низким пределом взрываемости;
2) ведение процесса при высоких давлениях (до 100 кгс/см2) и высоких температурах (до 450 °С);
3) наличие тока высокого напряжения для электродвигателей;
4) токсичность сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции;
5) образование зарядов статического электричества при движении газов и жидкостей по трубопроводам и аппаратам;
6) ведение сварочных работ внутри реакторов.
6.1 Характеристика производства по взрыво- и пожароопасности
Процессы гидратации этилена, ректификации и очистки спирта являются закрытыми и осуществляются по непрерывной схеме. Появление газа или паров в производственном помещении возможно только вследствие неисправности оборудования или при авариях. Помещения цеха по взрываемости относятся к классу В-1а, наружные установки к классу В-1г, катализаторное отделение — невзрывоопасное.
По пожаро- и взрывоопасности цех относится к категории «А», так как во всех отделениях имеются вещества с нижним пределом взрываемости 10% и менее, а также легковоспламеняющиеся жидкости (т. всп. 28 °С и ниже) в количествах, достаточных для образования взрывоопасных смесей. В компрессорном зале и отделении ректификации имеется этилен; в насосных и на установке удаления ацетилена из спирта имеются этиловый спирт и диэтиловый эфир; в катализаторном отделении применяют метано-водородную фракцию в качестве топлива.
Если концентрация этих продуктов в воздухе находится между верхним и нижним пределами взрываемости и имеется источник воспламенения, возможен взрыв; при концентрации этих продуктов выше верхнего предела взрываемости и при наличии источника воспламенения возможен пожар.
При монтировании электрооборудования следует учитывать, что технологическая среда производственных помещений установки по взрываемости имеет такую характеристику согласно ПИВРЭ (Правила изготовления взрывобезопасного и рудничного электрооборудования): по этилену ЗТ1, по этанолу 2Т2, по диэтиловому эфиру 2Т4 (где первая цифра — категория взрывоопасной смеси, Т1, Т2, Т4 — группы взрывоопасности смеси).
По санитарным условиям производство этанола относится к производствам П-д, для которых в бытовых помещениях предусмотрены гардеробная, умывальная и душ. По количеству выделяющегося от оборудования тепла помещения реактора и паровых коллекторов относятся к горячим отделениям; для таких производственных помещений предусмотрен 8-кратный обмен воздуха в час.
6.2 Свойства сырья и вспомогательных материалов
Этиленовая фракция, содержащая 98—99% (об.) С2Н4. Горючий газ. Смесь этилена с воздухом взрывоопасна, ядовита, действует на центральную нервную систему. Предельно допустимая концентрация этилена в помещении 500 мг/м3.
Метано-водородная фракция, содержащая 89—90% СН4 и 5—10% Н2. Указанные вещества не ядовиты, но при большом содержании их в воздухе затрудняется дыхание из-за недостатка кислорода. С воздухом образует взрывоопасные смеси.
Этиловый спирт ядовит, действует на центральную нервную систему, при попадании в организм в небольших количествах вызывает опьянение, в больших — состояние, близкое к наркозу, иногда заканчивающееся смертью. Предельно допустимая концентрация паров спирта в помещении 1000 мг/м3.
Диэтиловый эфир обладает наркотическими свойствами, действуя на центральную нервную систему. Пары эфира с воздухом образуют взрывоопасные смеси. Предельно допустимая концентрация паров диэтилового эфира в помещении 300 мг/м3.
Инертный газ состоит из азота (до 86%), двуокиси углерода (до t2%) и кислорода (до 2%); СО быть не должно. При большом скоплении инертного газа в помещении снижается содержание кислорода, что может привести к кислородному голоданию организма. Иногда в инертном газе содержится окись углерода; она вызывает головные боли при вдыхании небольших количеств, обморочное состояние и смерть при вдыхании больших количеств.
Азотне ядовит, но при большом скоплении в помещении снижает содержание кислорода. Технический азот, подаваемый в цех, содержит до 0,1% кислорода.
Фосфорнокислотный катализатор, содержащий не менее 48% Н3Р04 и до 52% силикагеля. Катализаторная пыль вызывает раздражение дыхательных путей. Предельно допустимая концентрация катализаторной пыли в помещении 2 мг/м3.