Производство этанола методом сернокислотной гидратации

СОДЕРЖАНИЕ: Особенности технологии производства этанола методом сернокислотной гидратации. Составление материального баланса процесса. Произведение расчета показателей пропускной способности установки, конверсии этилена и коэффициентов выхода на поданное сырье.

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

Список литературы

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА МЕТОДОМ СЕРНОКИСЛОТНОЙ ГИДРАТАЦИИ

Этиловый спирт— (этанол) кипит при 78,3 °С; смесь C₂ H₅ ОН [30% (об.)] с воздухом взрывоопасна; с водой спирт образует азеотропную смесь, содержащую 95,6% C₂ H₅ OH; 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 C₂ H₅ OSO₃ H и диэтилсульфата (C₂ H₅ O)₂ SO₂

C₂ H₄ + H₂ SO₄ С₂ H₅ OSO₃ H + Q

2C₂ H₄ + H₂ SO₄ (C₂ H₅ O)₂ SO₂ + 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

С₂ Н₅ ОSO₃ H + H₂ O С₂ Н₅ ОН + H₂ SO₄

(С₂ Н₅ О)₂ SO₂ + 2H₂ O 2С₂ Н₅ ОН + H₂ SO₄

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:

C₂ H₄ +H₂ O C₂ H₅ OH

2C₂ H₅ OH (C₂ H₅ )₂ O + H₂ O

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. этилен 2. этан	67 33
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
C₂ H₄	201	7.18	6 + 1_потери	0,21 + 0,04_потери
C₂ H₅ OH	0	0	296.41	6.44
(C₂ H₅ )₂ O	0	0	18.13	0,245
С₂ Н₆	99	3.3	99	3.3
H₂ O (1)	193.86	10.77	69.12	3.84
H₂ O (2)	0	0	4.41	0,245
₁ =493.86		₂ =494.07

Mr(C₂ H₄ )=12*2+1*4=28 кг/кмоль

Mr(C₂ H₆ )=12*2+6*1=30 кг/кмоль

Mr(C₂ H₅ ОН)=12*2+1*6+16*1=46 кг/кмоль

Mr((C₂ H₅ )₂ О)=12*4+1*10+16*1=74 кг/кмоль

Mr(H₂ О)=1*2+16*2=18 кг/кмоль

m(фракции)=300 кг/ч;

Масса этилена поданного на реакцию:

m (С₂ H₄ ) – 67%

300 – 100%

m_всего (С₂ H₄ )=300*67/100=201 кг/ч

w_всего (С₂ H₄ )=201/28=7.18 кмоль/ч

m(С₂ Н₆ )= m(фракции) - m (С₂ H₄ ) = 300 – 201 = 99 кг/ч

w(С₂ Н₆ )=99/30 = 3.3 кмоль/ч

Поданный водяной пар:

w( H₂ O(1)) = 1.5w_всего (С₂ H₄ ) =10.77 кмоль/ч

m( H₂ O(1))= 10.77*18=193.86 кг/ч

Поданный этилен, учитывая потери:

m_под (С₂ H₄ ) – 100 %

m_п (С₂ H₄ ) – 0.5%

m_потери (С₂ H₄ ) = 201*0,5/100 = 1 кг/ч

w_потери (С₂ H₄ ) = 1/28 = 0,04 кмоль/ч

m_общ (С₂ H₄ ) = m_всего (С₂ H₄ ) - m_потери (С₂ H₄ ) = 201 - 1 = 200 кг/ч

Прореагировавший этилен:

m_прор (С₂ H₄ ) – 97 %

200 – 100%

m_прор (С₂ H₄ ) = 200*97/100 = 194 кг/ч

w_прор (С₂ H₄ ) = 194/28 = 6.93 кмоль/ч

Непрореагировавший этилен:

m_непр (C₂ H₄ ) = m_общ (C₂ H₄ ) – m_прор (C₂ H₄ ) = 200 – 194 = 6 кг/ч

w_непр (C₂ H₄ ) = 6/28 = 0,21 кмоль/ч

Количество и масса этанола:

w_всего (C₂ H₅ ОН) = w_прор (C₂ H₄ ) = 6.93 кмоль/ч

m_всего (С₂ H₅ ОН) = 6.93*46 = 318.78кг/ч

Прореагировало этанола:

m_прор (C₂ H₅ ОН) – 5 %

192,05–100 %

m_прор (C₂ H₅ ОН) = 192,05*5/100 = 9,603 кг/ч

w_прор (C₂ H₅ ОН) = 9,603/46 = 0,209 кмоль/ч

Непрореагировавшего этанола:

m_ост (C₂ H₅ ОН) = m_всего (C₂ H₅ ОН) – m_прор (C₂ H₅ ОН) = 192,05 - 9,603 = 182,447 кг/ч

w_ост (C₂ H₅ ОН) = 182,447/46= 3,966 кмоль/ч

Количество воды пошедшей на образование этанола:

w_прор ( H₂ O(1)) = w_всего (C₂ H₅ ОН) = 6.93 кмоль/ч

Количество не прореагировавшей воды:

w_ост ( H₂ O(1)) = w_под ( H₂ O(1)) – w_прор ( H₂ O(1)) = 10.77 – 6.93 = 3.84 кмоль/ч

m_ост ( H₂ O(1)) = 3.84 * 18 = 69.12 кг/ч

Масса и количество этанола, пошедшее на образование диэтилового эфира:

m_прор (C₂ H₅ ОН) – 7 %

m_всего (C₂ H₅ ОН) – 100 %

m_прор (C₂ H₅ ОН) = 318.78 * 7/100 = 22.31 кг/ч

w_прор (C₂ H₅ ОН) = 2.31/46 = 0.49 кмоль/ч

Масса и количество не прореагировавшего этанола:

m_ост (C₂ H₅ ОН) = m_всего (C₂ H₅ ОН) - m_прор (C₂ H₅ ОН) = 318.48 – 22.31 = 296.41 кг/ч

w_ост (C₂ H₅ ОН) = 296.41/46 = 6.44 кмоль/ч

Полученно диэтилового эфира: на 2 моль (C₂ H₅ ОН) – 1 моль (С₂ Н₅ )₂ О

w_прор (C₂ H₅ ОН) - w ((C₂ H₅ )₂ О)

w ((C₂ H₅ )₂ О) = 0.49*1/2 = 0,245 кмоль/ч

m ((C₂ H₅ )₂ О) = 0,245 * 74 = 18.13 кг

Найдем количество и массу воды, образовавшейся во второй реакции:

w( H₂ O(2)) = w((С₂ Н₅ )₂ О) = 0,245 кмоль/ч

m( H₂ O(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(C₂ H₅ ОН) = 296.41 кг;

2) Теоретический выход:

Mr(СН₂ ) Mr(C₂ H₅ ОН), 28 46,

m(C₂ H₄ ) Q_Т ; 201 Q_Т ;

Q_Т = 330.21 кг;

ВыходC₂ H₅ ОНпоC₂ H₄

b_СН ₃ _СОН = Q_Ф / Q_Т * 100%= 89.76 %

4. Теоретический выход на превращенное сырье:

Mr(C₂ H₄ ) Mr(C₂ H₅ ОН), 28 46,

m_пр (C₂ H₄ ) Q_Т ; 194 Q_Т ;

Q_Т = 318.71 кг;

b _СН ₃ _СОН = Q_Ф / Q_Т * 100%= 93 %

5. Теоретические расходные коэффициенты по сырью:

по C₂ H₄ :

s^т = Mr(C₂ H₄ ) / Mr(C₂ H₅ ОН) = 28 / 46 = 0,61 кг/кг;

по Н₂ О:

s^т := Mr(Н₂ О) / Mr(C₂ H₅ ОН) = 18/46 = 0.39 кг/кг.

6. Фактические расходные коэффициенты:

по C₂ H₄ :

s^ф = m_техн (C₂ H₄ ) / m(C₂ H₅ ОН) = 300/296.41 = 1.01 кг/кг;

по Н₂ О:

s^ф = m_техн (C₂ H₄ ) / m(C₂ H₅ ОН) = 193/296.41 = 0.65 кг/кг.

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.

Скачать архив с текстом документа