Синтез этилового спирта (стр. 9 из 11)

Из общего количества используемого в различных странах этилена 25-40% расходуется на производство полиэтилена, 20-40% перерабатывается в спирт, до 25% идет на получение окиси этилена, »10% приходится на долю производства стирола (через этилбензол), примерно столько же на дихлорэтан и другие хлорпроизводные.

При содержании в воздухе около 0,1% этилена фрукты и овощи (особенно лимоны, виноград, помидоры) ускоренно созревают. В медицине этилен применяют для общего наркоза при хирургических операциях.

Этилен можно получать многими способами, в частности дегидратацией спирт, пропуская его пары над Al₂O₃при 350^о-400^о. При этом образуется сравнительно чистый этилен. Метод применяется не только в лабораторной практике, но и в небольшом масштабе и в производстве. В странах, бедных нефтью, этилен иногда производят частичным гидрированием ацетилена при 180 - 320^о над Рd - катализатором на силикагеле. Этилен можно также получать реакцией этана с избытком окиси углерода над Fе₂О₃ при 800 - 900^о,образующаяся смесь этилена с СО пригодна для непосредственного получения пропионового альдегида.

Однако основные методы получения дешевого этилена в крупном масщтабе связаны с переработкой нефти и природного газа. Так, газы парофазного или жидкофазного крекинга нефтепродуктов при 700 - 800^о содержат 17 - 20 % этилена. После разделения газов методами дробной абсорбции, глубокого охлаждения и ректификации под давлением выделяют этиленовую фракцию, с 90 - 95% этилена и примесью 1-3% пропилена, 1-4% метана и 3-6% этана.

В настоящее время основным источником низших олефинов является пиролиз углеводородного сырья, проводимый с целью производства этилена. Попутно при пиролизе получают другие ненасыщенные газообразные углеводороды - пропилен, бутены и бутадиен. Одновременно образуются жидкие продукты (смола пиролиза), которые содержат также ценные углеводороды, как изопрен, циклопентадиен, бензол, толуол, ксилолы и нафталин.

Основным сырьем процесса пиролиза с целью получения газах, газовые бензины прямой перегонки нефти, а также рафинад каталитического риформинга, остающийся после удаления ароматических углеводородов. В качестве сырья пиролиза применяют также средние и тяжелые нефтяные фракции и даже сырую нефть.

Процесс производства этилена и других олефинов из углеводородного сырья включает стадии пиролиза углеводородов, компримирования газа пиролиза, удаления тяжелых углеводородов, осушки, разделения (газофракционирование), удаление сероводорода, диоксида углерода и ацетилена. этилена являются этан, пропан и бутан, содержащиеся в попутных газах нефтедобычи и в нефтезаводских

Этиловый спирт - конечный продукт производства. Физические свойства этилового спирта описаны во введении данной работы. Рассмотрим теперь, что же представляет этиловый спирт по своим химическим свойствам. При взаимодействии этилового спирта с щелочными металлами образуются этилаты: 2С₂Н₅ОН + 2Nа®2С₂Н₅ОNа + Н2; водой этилаты омыляются до С2Н5ОН и NаОН. При действии на этиловый спирт кислот образуются сложные эфиры. Концентрированная H₂SO₄образует с этиловым спиртом этилсерную кислоту

С₂Н₅ОН + Н₂SО₄® С₂Н₅НSО₄ + Н₂О;

При взаимодействии этилового спирта с уксусной кислотой в присутствии конц. серной кислоты или других катализаторов получается этилацетат:

С₂Н₅ОН + СН₂СООН ® С₂Н₅ОСОСН₃ + Н₂О

При дегидрировании этилового спирта в присутствии катализаторов(серебро, медь) образуется ацетальдегид:

С₂Н₅ОН ® СН₃СНО

Если пропускать пары этилового спирта над сложным катализатором при 380-400^о нормальном давлении, происходит дегидратация и дегидрогенизация этилового спирта (способ С.В. Лебедева) с образованием бутадиена - 1,3 (дивинила):

2С₂Н₅ОН® СН₂= СН - СН = СН₂ + 2Н₂О + Н₂

Нагреванием этилового спирта до 140^о в присутствии Н2SО4 образуется диэтиловый эфир:

2C₂Н₅ОН ® (С2Н₄)₂О + Н₂О

Над активированной окисью алюминия этиловый спирт дегидратируется до этилена:

С₂Н₅ОН® СН₂=СН₂ + Н₂О

При каталитическом взаимодействии этилового спирта с аммиаком образуются моно-, ди- и триэтиламины.

Этиловый спирт - наркотик, возбуждающе действующий на организм. Длительное воздействие больших доз может вызвать тяжелые органические заболевания нервной системы, печени, сердечно-сосудистой системы, пищеварительного тракта и т.д.

Предельно-допустимая концентрация этилового спирта в воздухе рабочей зоны 1000 мг/м³.

4 Расчётная часть

4.1 Материальные расчёты и составление материального баланса процесса

СН₂ =СН₂+ Н₂О® С₂Н₅ОН

На образование 1кмоль спирта идёт 22,4 м³ этилена:

С учётом степени превращения на стадиях процесса:

Вместе с этиленом будет подано этана в количестве:

Всего этан – этиленовой фракции:

2072,1554м³ +6216,4662м³ = 8288,6216 м³

Определим расход этилена:

G (C₂H₄) = (6216,4662 ּ28)/22,4 = 7770,5828 кг

Определим расход этана:

G (C₂H₆) = (2072,1554 ּ30)/22,4 = 2775,2081 кг

Всего этан – этиленовой фракции:

7770,5828 кг + 2775,2081 кг =12276,3кг = 10,5457909 тонн

Для получения 1 кмоль этанола требуется 1 кмоль воды. Определим расход воды для производства 12000 кг этилового спирта:

G (Н₂O) = 18 ּ12000 / 46 = 4695,6522 кг

Побочных продуктов с учётом степени превращения образуется:

Таблица 1. Материальный баланс.

Приход	кг	Расход	кг
Этиленовая фракция Вода	10545,7909 4695,6522	Этанол Этан Побочные продукты	12000 2775,2081 466,235
Итого	15241,4431	Итого	15241,4431

4.2 Тепловые расчёты и составление теплового баланса процесса

Тепловой баланс процесса рассчитываем на основании уравнения:

где G – количество вещества, с – средняя теплоемкость этого вещества, t – температура, отсчитанная от какой-либо точки (обычно от 0⁰С).

Рассчитываем количество теплоты, вносимое водой:

Рассчитывает количество теплоты, вносимое этиленовой фракцией:

Теплоёмкость этиленовой фракции рассчитываем по уравнению:

Определим количество теплоты, уносимое этаном: t=220⁰С

Q (С₂H₆) = 2775,2081 ּ(5,75 +175,11ּ10^-3ּ493 -57,85ּ10^-6ּ493²)ּ(320-220) =17321,48253 кДж/час

Определим количества теплоты, уносимо этанолом:

Q (C₂H₅OH) = G ּсּ t, t=220⁰С

G (C₂H₅OH) = 16000 кг/час

с= (19,07 + 212,7ּ10^-3ּ 493 – 108,6 ּ10^-6ּ 493²)= 97,536 Дж/мольּК

Q (C₂H₅OH) = Gּ с ּt = 12000 ּ 97,536 ּ (300-220) = 93634,53946 кДж/час

Количество теплоты, уносимое из реактора с помощью холодильников:

Q_п =Q (H₂O) + Q (эт.фр.) – Q (C₂H₆)-Q (C₂H₅OH)=77805,68913+ 106606,1794-

-17321,48253- 93634,53946=73455,84654 кДж/час

Расход воды в холодильниках:

с (Н₂О) = 33,61 Дж/мольּК

G_{(воды в холодильниках)} = Q_п/(с_(воды)ּ(t_кон – t_нач))= 73455,84654 ּ1000/33,61 ּ(300-220)= =27319,19315 кг/час

Таблица 2. Тепловой баланс

Приход	кДж	Расход	кДж
Этиленовая фракция Вода	106606,1794 77805,68913	Этанол Этан Вода в холодильниках	93634,53946 17321,48253 73455,84654
Итого	184411,8685	Итого	184411,8685

4.3 Термодинамический расчёт

CH₂ = CH_2(г) + H₂O_(пар) < = >C₂H₅OH_(г) T=493K

Зависимость удельной изобарной теплоёмкости от температуры выражается уравнениями:

– для органических веществ

– для неорганических веществ

Изменение удельной изобарной теплоёмкости считается по уравнению:

Изменение удельной изобарной теплоёмкости для данной реакции:

Δа=19,07-4,196=14,874

Δb=(212,7-154,59) ּ10^-3=58,11 ּ10^-3

Δc=(-108,6+81,09) ּ10^-6=-27,51 ּ10^-6

Энтальпия реакции при данной температуре рассчитывается по формуле: