Міністерство Освіти і Науки РФ
Казанський Державний Технологічний Університет
Кафедра Загальної Хімічної Технології
Курсова робота
на уроках: Технологія хімічних виробництв
на тему: Виробництво етанолу методом сернокислотной гідратації
Виконала:
студентка гр. 3141-84
Валіулліна А.
Перевірив:
Ремізов А. Б.
Казань 2008
Зміст
Технологічна схема виробництво етанолу методом сернокислотной гідратації
Практична частина
Реклама
Список літератури
ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА Виробництво етанолу МЕТОДОМ сіркокисла гідратація
Етиловий спирт-(етанол) кипить при 78,3 ° С; суміш C 2 H 5 OH [30% (об.)] з повітрям вибухонебезпечна; з водою спирт утворює азеотропну суміш, яка містить 95,6% C 2 H 5 OH; кипить при 78,1 ° С. Етиловий спирт широко застосовується у харчовій і медичній промисловості, є компонентом рідинного ракетного палива, антифризом і т. д. Особливо широко етанол використовується як напівпродукт органічного синтезу, і, зокрема, для отримання складних ефірів, хлороформу, хлораля, ацетальдегіду, оцтової кислоти, бутадієну та інших продуктів. За обсягом виробництва синтетичний етиловий спирт займає перше місце серед інших органічних сполук. Раніше етиловий спирт отримували з харчової сировини - картопляного крохмалю і деяких зернових культур, однак цей спосіб пов'язаний з великими витратами харчової сировини. Крім того, його отримують гідролізом деревини (гідролізний спирт). Етанол одержують сернокислотной і прямої гідратацією етилену. При сірчанокислотному способі отримання етанолу (рисунок 1) етилен під тиском 1,5-2,5 МПа надходить в абсорбер барботажного типу, зрошуваний 97%-ної сірчаної кислотою. Температура в абсорбері 65-75 ° С. Сірчана кислота в цьому процесі є каталізатором і реагентом, Етилен взаємодіє з сірчаною кислотою з утворенням моноетілсульфата C 2 H 5 OSO 3 H і діетілсульфата (C 2 H 5 O) 2 SO 2
C 2 H 4 + H 2 SO 4 → З 2 H 5 OSO 3 H + Q
2 C 2 H 4 + H 2 SO 4 → (C 2 H 5 O) 2 SO 2 + Q
Гази, не поглинуті в абсорбері 1, проходять водяний 2 і лужної 3 скрубери і далі можуть бути використані як паливо.
Малюнок 1. Схема виробництва етилового спирту сернокислотной гідратацією етилену
1 - тарілчастий абсорбер; 2, 3 - скрубери; 4 - холодильник; 5 - колона; 6 - гідролізер.
Етілсульфати і сірчана кислота з абсорбера 1 надходять в гідролізер 6, у який подається вода. У гідролізере при тиску 1 МПа і температурі 70-90 ° С відбувається гідроліз етілсульфатов
З 2 Н 5 Про SO 3 H + H 2 O → С 2 Н 5 ОН + H 2 SO 4
(С 2 Н 5 Про) 2 SO 2 + 2 H 2 O → 2С 2 Н 5 ОН + H 2 SO 4
Пари спирту та води далі проходять холодильник 4, де вони конденсуються; конденсат надходить в ректифікаційної колони 5 для розгону і очищення від домішок. Розбавлена кислота (50%) виводиться з гідролізера, направляється на концентрування і знову повертається в процес. При ректифікації концентрація етилового спирту сягає 95-96%. За цим способом з 1 т етилену одержують 1,2 т етанолу і близько 100 кг етилового ефіру.
ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА
Завдання:
Скласти і описати технологічну схему виробництва етанолу методом сернокислотной гідратації
Скласти матеріальний баланс процесу
Розрахувати технологічні і техніко-економічні показники
Реклама
В основу розрахунку прийняти такі реакції:
C 2 H 4 + H 2 O → C 2 H 5 OH
2 C 2 H 5 OH → (C 2 H 5) 2 O + H 2 O
Вихідні дані:
Пропускна здатність етан-етиленової фракції, кг / год
300
Втрати етанолу в побічної реакції,% мас
7
Конверсія етилену,%
97
Склад етан-етиленової фракції,% мас.
етилен
етан
67
33
Мольне співвідношення етилен - водяний пар
1: 1.5
Втрати етилену,% мас
0,5
Розрахунок:
Матеріальний баланс:
Схема потоків:
Прихід
Витрата
кг / год
кмоль / год
кг / год
кмоль / год
C 2 H 4
201
7.18
6 + 1 втрати
0,21 + 0,04 втрати
C 2 H 5 OH
0
0
296.41
6.44
(C 2 H 5) 2 O
0
0
18.13
0,245
З 2 Н 6
99
3.3
99
3.3
H 2 O (1)
193.86
10.77
69.12
3.84
H 2 O (2) | 0 | 0 | 4.41 | 0,245 |
å 1 = 493.86 | å 2 = 494.07 | |||
Mr (C 2 H 4) = 12 * 2 +1 * 4 = 28 кг / кмоль
Mr (C 2 H 6) = 12 * 2 +6 * 1 = 30 кг / кмоль
Mr (C 2 H 5 OH) = 12 * 2 +1 * 6 +16 * 1 = 46 кг / кмоль
Mr ((C 2 H 5) 2 О) = 12 * 4 +1 * 10 +16 * 1 = 74 кг / кмоль
Mr (H 2 О) = 1 * 2 +16 * 2 = 18 кг / кмоль
m (фракції) = 300 кг / год;
Маса етилену поданого на реакцію:
m (С 2 H 4) - 67%
300 - 100%
m всього (С 2 H 4) = 300 * 67/100 = 201 кг / год
w всього (С 2 H 4) = 201/28 = 7.18 кмоль / год
m (С 2 Н 6) = m (фракції) - m (С 2 H 4) = 300 - 201 = 99 кг / год
w (С 2 Н 6) = 99/30 = 3.3 кмоль / год
Поданий водяний пар:
w (H 2 O (1)) = 1.5 w всього (С 2 H 4) = 10.77 кмоль / год
m (H 2 O (1)) = 10.77 * 18 = 193.86 кг / год
Поданий етилен, враховуючи втрати:
m під (З 2 H 4) - 100%
m п (С 2 H 4) - 0.5%
m втрати (С 2 H 4) = 201 * 0,5 / 100 = 1 кг / год
w втрати (С 2 H 4) = 1 / 28 = 0,04 кмоль / год
m заг (С 2 H 4) = m всього (С 2 H 4) - m втрати (С 2 H 4) = 201 - 1 = 200 кг / год
Прореагировавших етилен:
m прор (С 2 H 4) - 97%
200 - 100%
m прор (С 2 H 4) = 200 * 97/100 = 194 кг / год
w прор (С 2 H 4) = 194/28 = 6.93 кмоль / год
Непрореагіровавшіх етилен:
m непр (C 2 H 4) = m заг (C 2 H 4) - m прор (C 2 H 4) = 200 - 194 = 6 кг / год
w непр (C 2 H 4) = 6 / 28 = 0,21 кмоль / год
Кількість і маса етанолу:
w всього (C 2 H 5 OH) = w прор (C 2 H 4) = 6.93 кмоль / год
m всього (С 2 H 5 OH) = 6.93 * 46 = 318.78кг / год
Прореагувало етанолу:
m прор (C 2 H 5 OH) - 5%
192,05-100%
m прор (C 2 H 5 OH) = 192,05 * 5 / 100 = 9,603 кг / год
w прор (C 2 H 5 OH) = 9,603 / 46 = 0,209 кмоль / год
Непрореагировавшего етанолу:
m ост (C 2 H 5 OH) = m всього (C 2 H 5 OH) - m прор (C 2 H 5 OH) = 192,05 - 9,603 = 182,447 кг / год
w ост (C 2 H 5 OH) = 182,447 / 46 = 3,966 кмоль / год
Кількість води яку витратили на освіту етанолу:
w прор (H 2 O (1)) = w всього (C 2 H 5 OH) = 6.93 кмоль / год
Кількість не прореагованою води:
w ост (H 2 O (1)) = w під (H 2 O (1)) - w прор (H 2 O (1)) = 10.77 - 6.93 = 3.84 кмоль / год
m ост (H 2 O (1)) = 3.84 * 18 = 69.12 кг / год
Маса і кількість етанолу, який пішов на освіту діетилового ефіру:
m прор (C 2 H 5 OH) - 7%
m всього (C 2 H 5 OH) - 100%
m прор (C 2 H 5 OH) = 318.78 * 7 / 100 = 22.31 кг / год
w прор (C 2 H 5 OH) = 2.31/46 = 0.49 кмоль / год
Маса і кількість не прореагировавшего етанолу:
m ост (C 2 H 5 OH) = m всього (C 2 H 5 OH) - m прор (C 2 H 5 OH) = 318.48 - 22.31 = 296.41 кг / год
w ост (C 2 H 5 OH) = 296.41/46 = 6.44 кмоль / год
Полученно діетилового ефіру: на 2 моль (C 2 H 5 OH) - 1 моль (С 2 Н 5) 2 Про
w прор (C 2 H 5 OH) - w ((C 2 H 5) 2 О)
w ((C 2 H 5) 2 О) = 0.49 * 1 / 2 = 0,245 кмоль / год
m ((C 2 H 5) 2 О) = 0,245 * 74 = 18.13 кг
Знайдемо кількість і масу води, що утворюється в другій реакції:
w (H 2 O (2)) = w ((С 2 Н 5) 2 О) = 0,245 кмоль / год
m (H 2 O (2)) = 0,245 * 18 = 4.41 кг / ч.
Технологічні та техніко-економічні показники процесу
Пропускна здатність установки: 493.86 кг / год
Конверсія етилену: 97%
3. Вихід на подану сировину:
Фактичний вихід:
Q Ф = m (C 2 H 5 OH) = 296.41 кг;
Теоретичний вихід:
Mr (СН 2) ¾ Mr (C 2 H 5 OH), 28 ¾ 46,
m (C 2 H 4) ¾ Q Т; 201 ¾ Q Т ;
Q Т = 330.21 кг;
Вихід C 2 H 5 OH по C 2 H 4
b СН 3 СОН = Q Ф / Q Т * 100% = 89.76%
4. Теоретичний вихід на перетворене сировина:
Mr (C 2 H 4) ¾ Mr (C 2 H 5 OH), 28 ¾ 46,
m пр (C 2 H 4) ¾ Q Т '; 194 ¾ Q Т' ;
Q Т '= 318.71 кг;
b 'СН 3 СОН = Q Ф / Q Т ' * 100% = 93%
5. Теоретичні витратні коефіцієнти по сировині:
по C 2 H 4:
s т = Mr (C 2 H 4) / Mr (C 2 H 5 OH) = 28 / 46 = 0,61 кг / кг;
по Н 2 О:
s т: = Mr (Н 2 О) / Mr (C 2 H 5 OH) = 18/46 = 0.39 кг / кг.
6. Фактичні витратні коефіцієнти:
по C 2 H 4:
s ф = m техн (C 2 H 4) / m (C 2 H 5 OH) = 300/296.41 = 1.01 кг / кг;
по Н 2 О:
s ф = M техн (C 2 H 4) / m (C 2 H 5 OH) = 193/296.41 = 0.65 кг / кг.
РЕКЛАМА
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Лебедєв М.М. Хімія і технологія основного органічного і нафтохімічного синтезу. Вид. 2-е, пров. М., "Хімія", 2005, 736 с.
2. Юкельсон І.І. Технологія основного органічного синтезу. М.: "Хімія", 2008, 846 с.
3. Загальна хімічна технологія / Под ред. А. Г. Амеліна. М.: "Хімія", 2007, 400 с.
4. Розрахунки хіміко-технологічних процесів / Под ред. І. П. Мухленова. Л.: Хімія, 2008, 300 с.