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:

Расчет:

Материальный баланс:

Схема потоков:

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) Mr(C₂H₅ОН), 28 46,

m(C₂H₄) Q_Т; 201 Q_Т ;

Q_Т = 330.21 кг;

Выход C₂H₅ОН по C₂H₄

 _СН3СОН = Q_Ф / Q_Т * 100% = 89.76 %

4. Теоретический выход на превращенное сырье:

Mr(C₂H₄) Mr(C₂H₅ОН), 28 46,

m_пр(C₂H₄) Q_Т'; 194 Q_Т' ;

Q_Т' = 318.71 кг;

' _СН3СОН = Q_Ф / Q_Т' * 100% = 93 %

5. Теоретические расходные коэффициенты по сырью:

по C₂H₄ :

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

по Н₂О:

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

6. Фактические расходные коэффициенты:

по C₂H₄:

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

по Н₂О:

^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.