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 сернокислотнойгидратации
Практическая часть
Реклама
Список литературы
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВОЭТАНОЛА МЕТОДОМ СЕРНОКИСЛОТНОЙ ГИДРАТАЦИИ
Этиловыйспирт— (этанол) кипит при 78,3 °С; смесь C2H5ОН[30% (об.)] с воздухом взрывоопасна; с водой спирт образует азеотропнуюсмесь, содержащую 95,6% C2H5OH; кипящую при 78,1 °С. Этиловыйспирт широко применяется в пищевой и медицинской промышленности, являетсякомпонентом жидкостного ракетного топлива, антифризом и т. д. Особенно широкоэтанол используется как полупродукт органического синтеза, и, в частности, дляполучения сложных эфиров, хлороформа, хлораля, ацетальдегида, уксусной кислоты,бутадиена и других продуктов. По объему производства синтетический этиловыйспирт занимает первое место среди других органических соединений. Ранееэтиловый спирт получали из пищевого сырья — картофельного крахмала и некоторыхзерновых культур, однако этот способ связан с большими затратами пищевогосырья. Кроме того, его получают гидролизом древесины (гидролизный спирт).Этанол получают сернокислотной и прямой гидратацией этилена. При сернокислотномспособе получения этанола (рисунок 1) этилен под давлением 1,5—2,5 МПапоступает в абсорбер барботажного типа, орошаемый 97%-ной серной кислотой.Температура в абсорбере 65—75 °С. Серная кислота в этом процессе являетсякатализатором и реагентом, Этилен взаимодействует с серной кислотой собразованием 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 далеемогут быть использованы как топливо.
Рисунок1. Схема производства этилового спирта сернокислотной гидратацией этилена
/>
1—тарельчатый абсорбер; 2, 3 — скрубберы; 4 — холодильник; 5 — колонна; 6 — гидролизер.
Этилсульфатыи серная кислота из абсорбера 1 поступают в гидролизер 6, в который подаетсявода. В гидролизере при давлении 1 МПа и температуре 70—90 °С происходитгидролиз этилсульфатов
С2Н5ОSO3H + H2O → С2Н5ОН+ H2SO4
(С2Н5О)2SO2 + 2H2O → 2С2Н5ОН + H2SO4
Парыспирта и воды далее проходят холодильник 4, где они конденсируются; конденсатпоступает в ректификационную колонну 5 для разгонки и очистки от примесей.Разбавленная кислота (50%) выводится из гидролизера, направляется наконцентрирование и снова возвращается в процесс. При ректификации концентрацияэтилового спирта достигает 95—96%. По этому способу из 1 т этилена получают 1,2т этанола и около 100 кг этилового эфира.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Задание:
1. Составить иописать технологическую схему производства этанола методом сернокислотнойгидратации
2. Составитьматериальный баланс процесса
3. Рассчитатьтехнологические и технико-экономические показатели
4. Реклама
В основу расчетапринять 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. этилен
2. этан
67
33 Мольное соотношение этилен – водяной пар 1: 1.5 Потери этилена, % масс 0,5
Расчет:
Материальныйбаланс:
Схемапотоков:
/>/>
Приход Расход кг/час кмоль/час кг/час кмоль/час
C2H4 201 7.18
6 + 1потери
0,21 + 0,04потери
C2H5OH 296.41 6.44
(C2H5)2O 18.13 0,245
С2Н6 99 3.3 99 3.3
H2O (1) 193.86 10.77 69.12 3.84
H2O (2) 4.41 0,245
å1=493.86
å2=494.07
Mr(C2H4)=12*2+1*4=28кг/кмоль
Mr(C2H6)=12*2+6*1=30кг/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 поданногона реакцию:
m (С2H4) – 67%
300 – 100%
mвсего(С2H4)=300*67/100=201кг/ч
wвсего(С2H4)=201/28=7.18кмоль/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)) = 1.5wвсего(С2H4)=10.77 кмоль/ч
m( H2O(1))= 10.77*18=193.86 кг/ч
Поданный этилен,учитывая потери:
mпод(С2H4) – 100%
mп(С2H4) – 0.5%
mпотери(С2H4) = 201*0,5/100= 1 кг/ч
wпотери (С2H4) = 1/28= 0,04 кмоль/ч
mобщ (С2H4) = mвсего(С2H4) — mпотери(С2H4) = 201- 1 = 200 кг/ч
Прореагировавшийэтилен:
mпрор(С2H4) – 97 %
200 – 100%
mпрор(С2H4) =200*97/100 = 194 кг/ч
wпрор (С2H4) =194/28 = 6.93 кмоль/ч
Непрореагировавшийэтилен:
mнепр(C2H4) = mобщ(C2H4) – mпрор(C2H4) = 200 – 194 = 6 кг/ч
wнепр(C2H4) = 6/28 = 0,21 кмоль/ч
Количество и массаэтанола:
wвсего(C2H5ОН) = wпрор(C2H4) = 6.93 кмоль/ч
mвсего(С2H5ОН) =6.93*46 = 318.78кг/ч
Прореагировало этанола:
mпрор(C2H5ОН) – 5 %
192,05–100 %
mпрор(C2H5ОН) = 192,05*5/100 = 9,603 кг/ч
wпрор(C2H5ОН) = 9,603/46 = 0,209 кмоль/ч
Непрореагировавшегоэтанола:
mост(C2H5ОН) = mвсего(C2H5ОН) – mпрор(C2H5ОН) = 192,05 — 9,603 = 182,447 кг/ч
wост(C2H5ОН) = 182,447/46= 3,966 кмоль/ч
Количество водыпошедшей на образование этанола:
wпрор( H2O(1)) = wвсего(C2H5ОН) = 6.93 кмоль/ч
Количество непрореагировавшей воды:
wост( H2O(1)) = wпод( H2O(1)) – wпрор( H2O(1)) = 10.77 – 6.93 = 3.84 кмоль/ч
mост( H2O(1)) = 3.84 * 18 = 69.12 кг/ч
Масса и количествоэтанола, пошедшее на образование диэтилового эфира:
mпрор(C2H5ОН) – 7 %
mвсего(C2H5ОН) – 100 %
mпрор(C2H5ОН) = 318.78 * 7/100 = 22.31 кг/ч
wпрор(C2H5ОН) = 2.31/46 = 0.49 кмоль/ч
Масса и количество непрореагировавшего этанола:
mост(C2H5ОН) = mвсего(C2H5ОН) — mпрор(C2H5ОН) = 318.48 – 22.31 = 296.41 кг/ч
wост(C2H5ОН) = 296.41/46 = 6.44 кмоль/ч
Полученно диэтиловогоэфира: на 2 моль (C2H5ОН) – 1 моль (С2Н5)2О
wпрор (C2H5ОН) — w ((C2H5)2О)
w ((C2H5)2О) = 0.49*1/2 = 0,245кмоль/ч
m ((C2H5)2О) = 0,245 * 74 =18.13 кг
Найдем количество имассу 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.
Технологическиеи технико-экономические показатели процесса
1. Пропускнаяспособность установки: 493.86 кг/ч
2. Конверсияэтилена: 97 %
3.Выход на поданное сырье:
1) Фактическийвыход:
QФ = m(C2H5ОН) = 296.41 кг;
2) Теоретическийвыход:
Mr(СН2) ¾ Mr(C2H5ОН), 28 ¾ 46,
m(C2H4) ¾ QТ; 201 ¾ QТ;
QТ = 330.21 кг;
Выход C2H5ОНпо C2H4
b СН3СОН = QФ/ QТ* 100%= 89.76 %
4.Теоретический выход на превращенное сырье:
Mr(C2H4) ¾ Mr(C2H5ОН), 28 ¾ 46,
mпр(C2H4)¾ QТ'; 194 ¾ QТ';
QТ' = 318.71 кг;
b' СН3СОН = QФ/ QТ'* 100%= 93%
5. Теоретическиерасходные коэффициенты по сырью:
по C2H4 :
sт= Mr(C2H4) / Mr(C2H5ОН) = 28 / 46 = 0,61 кг/кг;
по Н2О:
sт :=Mr(Н2О) / Mr(C2H5ОН) = 18/46 = 0.39 кг/кг.
6.Фактические расходные коэффициенты:
по C2H4:
sф = mтехн(C2H4) / m(C2H5ОН) = 300/296.41 = 1.01 кг/кг;
по Н2О:
sф= mтехн(C2H4) / m(C2H5ОН) = 193/296.41 = 0.65 кг/кг.
РЕКЛАМА
/>
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ
1. Лебедев Н.Н. Химия и технологияосновного органического и нефтехимического синтеза. Изд. 2-е, пер. М., «Химия»,2005, 736 с.
2. Юкельсон И.И. Технология основногоорганического синтеза. М.: «Химия», 2008, 846 с.
3. Общая химическая технология /Под ред.А.Г.Амелина. М.: «Химия», 2007, 400 с.
4. Расчеты химико-технологическихпроцессов /Под ред. И.П.Мухленова. Л.: Химия, 2008, 300 с.