Федеральне агентство з освіти
Кафедра: «природооблаштування і екологія»
Дисципліна: «Промислова екологія»
Курсова робота
Виробництво етиленгліколю методом гідротації окису етилену
Варіант № 3
2007
Зміст
Введення
1. Вихідні дані
2. Огляд варіантів промислового отримання етиленгліколю
3. Сировина, яка використовується у виробництві
3.1 Окис етилену
3.2 Вода
4. Технологічна схема виробництва
5. Хімічні процеси і реакції
6. Продукти виробництва
6.1 етиленгліколь
6.2 Діетиленгліколь
7. Складання матеріального балансу виробництва
8. Розрахунок основних технічних показників
Висновок
Список використаних джерел
Введення
Будь-яке промислове виробництво можна представити як технологічну схему, тобто сукупність апаратів, машин та інших пристроїв, а також матеріальних, енергетичних та інших потоків між ними, що функціонують як єдине ціле і призначених для переробки вихідних речовин (сировини) у продукцію.
Вихідними речовинами для промислових продуктів є сировина, напівпродукти та вторинну сировину. Підготовка сировини включає в себе його попередню обробку, потім підготовлену сировину проходить ряд перетворень, в результаті чого утворюється необхідний продукт виробництва.
Метою курсової роботи є розгляд технології виробництва етиленгліколю шляхом гідратації окису етилену. Для цього були сформульовані наступні завдання:
1. описати схему синтезу етиленгліколю;
2. розглянути сировина, яка використовується у виробництві, проміжні та побічні продукти;
3. скласти матеріальний баланс досліджуваного виробництва;
4. розрахувати основні технічні показники виробництва (витратні коефіцієнти, ступінь конверсії, вихід продукту з сировини).
1. Вихідні дані
1. Продуктивність установки по етиленгліколю: 26000 т / рік;
2. Число робочих днів у році: 340 днів;
3. Концентрація технічного етиленгліколю у вагових відсотках: 96%;
4. Концентрація окису етилену у вагових відсотках: 99,2%;
5. Надлишок води по відношенню до кількості окису етилену: 10:1;
6. Склад безводній реакційної суміші у вагових відсотках:
· Етиленгліколь: 90%;
· Діетиленгліколь 9%;
· Окис етилену: 1%;
7. Втрати окису етилену у вагових відсотках: 4%.
2. Огляд варіантів промислового отримання етиленгліколю
Вперше етиленгліколь був отриманий і описаний А. Вюрцом в 1857 році, але тільки 60 років потому почалося його промислове виробництво. Незабаром було знайдено багато різноманітних застосувань етиленгліколю, а також і його похідних, що призвело до швидкого зростання його виробництва. В даний час існує величезна патентна, журнальна і монографічна література, присвячена етиленгліколь та його похідних.
Для виробництва етиленгліколю, вперше здійсненого в 1918 році, послідовно застосовували гідроліз дихлоретану
ClCH2 - CH2Cl + NaCO3 + H2O → HOCH2 - CH2OH + 2NaCl + CO2
гідроліз етіленхлоргідріна
HOCH2 - CH2Cl + NaHCO3 → HOCH2 - CH2OH + NaCl + CO2
гідратацію окису етилену
CH2 - CH2 + H2O → HOCH2 - CH2OH
SHAPE \ * MERGEFORMAT
O
В даний час найбільше значення має метод гідратації окису етилену і лише невелика частина етиленгліколю виходить гідролізом дихлоретану. Виробництво етиленгліколю є економічно недорогим, так як не вимагає колосальних витрат на сировину і технологічні установки.
Виробництво етиленгліколю є великотоннажним виробництвом. Етиленгліколь належить важлива роль у промисловості та побуті.
Етиленгліколь вживається як замінник гліцерину, для синтезу деяких органічних речовин і в якості добавок до речовин, усуває швидке висихання [1].
Етиленгліколь - цінний розчинник. Він добре розчиняє складні ефіри, смоли, рослинні есенції. Розчинні властивості етиленгліколю використані в самих різних галузях промисловості, наприклад барвистою, парфумерної.
Крім того, етиленгліколь порівняно стійкий при високій температурі, не розкладається при пропущенні над пемзою, нагрітої до 400єС. Розкладання гліколю починається при 500-520 ° С, а при 550єС відбувається вже зі значною швидкістю, але навіть при цій температурі до 36% етиленгліколю не піддається розкладанню [4].
3. Сировина, яка використовується у виробництві
3.1 Окис етилену
Окис етилену в даний час є одним з найбільш великотоннажних продуктів важкого органічного синтезу на основі етилену. Основним похідним окису етилену є продукт її гідратації - етиленгліколь, який застосовується для виробництва антифризу, як розчинник, пластифікатор, у виробництві мономерів для синтетичних волокон та інші.
Окис етилену вперше була отримана в 1857 році французьким хіміком Адольфом Шарлем Вюрца. Займаючись вивченням похідних етиленгліколю Вюрц приготував окис етилену дією розчину їдкого калію на етіленхлоргідрін і визначив, що нове з'єднання кипить при +13,5 єС, змішується у всіх співвідношеннях з водою, утворює з сульфатом натрію кристалічний з'єднання освіжаючого смаку, відновлює водний розчин нітриту срібла, та не дає кристалічного осаду при дії ефірного розчину аміаку.
При звичайній температурі і тиску окис етилену знаходиться в газоподібному стані. Її температура кипіння дорівнює 10,7 ° С при 760 мм рт.ст. Нижче цієї температури окис етилену представляє собою нейтральну, безбарвну, дуже рухливу рідина.
Температура замерзання окису етилену дорівнює -113,3 єС. Температура плавлення окислу етилену за різними даними складає: -111,4 ° С, -111,71 єС, -112,51 ° С [6].
Слід зазначити, що в порівнянні з водою, яка має при 20єС в'язкість порядку 0,01 Дж, в'язкість окису етилену приблизно в 3 рази менше. Щільність окису етилену при температурі її кипіння дорівнює 0,8827 г / смі, тому молекулярний об'єм окису етилену при 10,7 ° С і 760 мм рт.ст. дорівнює 49,9 смі. Відносна щільність окису етилену при 20єС становить 0,8711. Питома теплоємність окису етилену складає: рідкою (від -25 ° С до +10 єС) 0,44 Дж / (г · ° С) і газоподібної (при 34 ° С і 760 мм рт.ст.) 0,268 Дж / (г · ° С). Про розчинності окису етилену в різних розчинниках є багато даних. Окис етилену добре розчинна у спиртах, ефірі, хлороформі, ацетону та інших розчинниках.
Характерною властивістю окису етилену і її гомологів є надзвичайна схильність до взаємодії з різними органічними і неорганічними сполуками. Ця властивість пов'язана зі здатністю атома кисню в молекулі окису етилену переходити в оксоніевое стан. Реакція гідратації окису етилену, що приводить до утворення етиленгліколю, відома ще з часів Вюрца, який проводив її нагрівання в автоклаві водних розчинів окису етилену. останнім часом у зв'язку з тим, що окис етилену виробляють все в більших і більших кількостях, ця реакція набуває велике практичне значення. Тільки при гідратації окису етилену виходить водний розчин гліколю без домішки солей і часто безпосередньо придатний до вживання.
Окис етилену також реагує з етиленгліколем, утворюючи поліетиленгліколі, так само мають практичне значення і в багатьох випадках застосовуються з Моноетиленгліколь:
Н2С Н2С - ОН
О + Н2О = + 17 ккал
Н2С Н2С - ОН
(Етиленгліколь)
Н2С Н2С - ВІН Н2С - О - СН2 - СН2 - ОН
О + = + 19,2 ккал
Н2С Н2С - ВІН Н2С - ОН
(Діетиленгліколь)
Саме ці дві реакції лежать в основі гідратації окису етилену. Діетиленгліколь в цьому випадку є робочим, а етиленгліколь цільовим продуктом [4].
Масштаби застосування окису етилену і її похідних за останні два-три десятиліття досягли дуже високого рівня і продовжують зростати швидкими темпами. Це пояснюється потребою в окису етилену як у вихідній сировині для отримання продуктів, все більш широко використовуються в авто-і авіатранспорті, в хімічній, гірській, нафтової, текстильної та інших галузях, а також безпосереднім її використанням у сільському господарстві, в сучасній техніці, в Зокрема в космонавтиці.
3.2 Вода
Вода являє собою безбарвну прозору рідину. Теплоємність води становить 4,18 Дж / (г · ° С). Температура кипіння води складає 100єС, замерзання 0 ° С. Вода - дуже реакційний речовина. Вода використовується практично у всіх виробництвах.
Окис етилену змішується з водою в усіх відношеннях. Розчин окису етилену при кімнатній температурі доволі стійкий. Суміш парів води і окису етилену стійка при температурі порядку 200єС.
Безперервний процес гідратації окису етилену можна здійснювати із застосуванням іонообмінної смоли, зваженої в рідкій реакційній масі. Також взаємодія з водою можна вести при барбатірованіі окису етилену в суспензію іонообмінної смоли [6].
4. Технологічна схема виробництва
В якості сировини застосовують 98,5%-ную окис етилену і паровий конденсат. Конденсат зі збірки 1 і окис етилену зі збірки 2, охолоджена в холодильнику 3 до 5-6 0 С подаються в змішувач 4, куди надходить також зворотний конденсат з температурою 30 0 С. З нього шихта, що містить 10-15% окису етилену і 88-90% води за обсягом, направляється в трубчастий змішувач 6 і збирається в збірнику шихти 5, де підтримується температура 5-6 0 С. Паровим насосом з тиском 10 атм. через підігрівач шихти 7 з температурою 130 0 С шихта подається в гідротатор 8, в якому протікає реакція отримання етиленгліколю. З гідротатора 8 реакційна маса дросселируется до 0,3 атм у Газосепаратори 11, звідки газова фаза надходить у конденсатор 12, потім конденсат йде в напірний бак 1. Рідка фаза з газосепаратори переходить в ректифікаційної колони 14. відганяють пари конденсуються в дефлегматори 13 і надходять до збірки конденсату 18. сюди ж йде розчин лугу для нейтралізації побічних продуктів реакції кислого характеру. Конденсат зі збірки 18 охолоджується в холодильнику 17 і направляється в змішувач 4. З куба колони випливає 70%-ний етиленгліколь, який збирається до збірки 16. Відцентровим насосом етиленгліколь подається через виносний кип'ятильник 15 у другому ректифікаційної колони 19 для відділення полігліколей. Пари етиленгліколю, виходячи з колони 19, конденсуються в конденсаторі 12. конденсатор, що містить 70% етиленгліколю, забирається у збірник 20. Полигликоли, що випливають з кубовою частини колони 19, збираються в збірнику 21 і направляються споживачу.
Основні параметри виробництва:
температура в гідротаторе 165 0 С,
тиск у гідротаторе 10 атм,
склад надходить в гідротатор шихти:
- Окису етилену 10-15% за обсягом,
- Води 80-90% за обсягом,
температура верху перше ректифікаційної колони 100 0 С.
За описаною схемою етиленгліколь виходить методом прямої гідротації окису етилену без каталізатора при тиску 10 атм і температурі 165 0 С. Технологічна схема виробництва етиленгліколю представлена на малюнку 4.1 [2].
5. Хімічні процеси і реакції
Реакція гідротації окису етилену, що приводить до утворення етиленгліколю, відома ще з часу Вюрца, який проводив її нагрівання в автоклаві, водних розчинів окису етилену. Останнім часом у зв'язку з тим, що окис етилену виробляють все в більших кількостях, ця реакція набуває велике практичне значення. Отримання етиленгліколю шляхом гідротації окису етилену є найбільш доцільним, тому що, виходячи з дихлоретану або з етіленхлоргідріна необхідно відокремити утворений продукт від супутньої йому солі, тільки при гідротації окису етилену виходить водний розчин гліколю без домішки солей і часто безпосередньо придатний до вживання. Гідротацієй окису етилену у водному розчині протікає досить ефективно при температурах нижче 150-170 0 С. У присутності кислот або лугів гідротацієй прискорюється. Це дозволяє проводити процес при 120-150 0 С. Проте в кислому середовищі утворюється захист апаратури від корозії, а лужне середовище особливо сприяє утворенню полігліколей [1].
Тому в даний час вважають за краще проводити процес гідротації в нейтральному середовищі при 160-180 0 С. Виробництво етиленгліколю проходить у дві стадії: на першій стадії отримують гідротацієй окису етилену етиленгліколь, на другий - конденсацією утворюється етиленгліколю з другої молекулою окису етилену діетиленгліколь. Основна реакція процесу:
CH 2 - CH 2 + H 2 O → CH 2 OH - CH 2 OH
O
Побічна реакція - освіта діетиленгліколю:
CH 2 OH - CH 2 OH + CH 2 - CH 2 → CH 2 OH - CH 2 - O - CH 2 - CH 2 OH.
O
У присутності каталізатора гідротацієй окису етилену проводять зазвичай під тиском 10 атм при мольному співвідношенні окису етилену і води приблизно 1:16; тривалість контакту 30 хвилин. Розчин гликолей упарюють у багатокорпусному випарної апараті до вмісту води приблизно 15% і далі піддають ректифікації. Соковий пар з останнього апарату конденсують і конденсат, що містить 0,5-1,0% етиленгліколю, повертають на гідротацієй свіжої окису етилену. На 1т етиленгліколю приблизно 120 кг діетиленгліколю і 30 кг триетиленгліколя.
Теплообмінники "труба в трубі» (малюнок 5.1) включають кілька розташованих один над одним елементів, причому кожний елемент складається з двох труб: зовнішньої труби 1 більшого діаметру і концентрично розташованою усередині неї труби 2. Внутрішні труби елементів з'єднані один з одним послідовно; також пов'язані між собою і зовнішні труби. Для можливості очищення внутрішні труби з'єднують за допомогою знімних калачів 3.
Завдяки невеликій поперечному перерізі в цих теплообмінниках легко досягаються високі швидкості теплоносіїв як в трубах, так і в міжтрубному просторі. При значних кількостях теплоносіїв теплообмінник складають з кількох паралельних секцій, що приєднуються до загальних колекторам.
Переваги теплообмінників «труба в трубі»: 1) високий коефіцієнт теплопередачі внаслідок великої швидкості обох теплоносіїв; 2) простота виготовлення.
Недоліки цих теплообмінників: 1) громіздкість, 2) висока вартість зважаючи великої витрати металу на зовнішні труби, що не беруть участь у теплообміні; 3) труднощі очищення міжтрубного простору.
Теплообмінники "труба в трубі» застосовують при невеликих кількостях теплоносія для теплообміну між двома рідинами, між рідиною і конденсуються парою, а також в якості холодильників для газів при високих тисках.
6. Продукти виробництва
6.1 етиленгліколь
Етиленгліколь СН 2 ОН - СН 2 ОН - найпростіший двоатомний спирт, вперше синтезований Вюрцом в 1859 р . Це в'язка безбарвна рідина зі слабким запахом і солодким смаком (t кипіння = 197 ° С, t плавлення знаходиться в межах від -11,5 ° С до -17,5 ° С, щільність 1,11 г / см 3, теплота пароутворення 191 ккал / кг).
Змішується у всіх відносинах з водою. Гліцерином, одноатомними аліфатичними спиртами, ацетоном, крижаної оцтової кислотою, піридином і фурфурол; не змішується з бензолом, ксилолом, толуолом, хлорбензол, хлорофареном, чотирьоххлористим вуглецем. Етиленгліколь має токсичну дію, подібним з дією метилового спирту. Токсичність етиленгліколю в значній мірі залежить від об'єкта, на якому він вивчається. Відомо, що мінімальна смертельна доза етиленгліколю змінюється від 3 до 9 мг на кілограм ваги тварини в залежності від виду останнього. [4]
Етиленгліколь викликає подразнення слизових оболонок; на шкіру він не діє. Ін'єкції в м'язову тканину можуть призводити до абсцесу. Можливі наслідки від отруєнь етиленгліколем зводяться до гемолізу і падіння кров'яного тиску. Мала летючість етиленгліколю робить його безпечним в парах; вміст у 1000 л повітря до 300 мг етиленгліколю не небезпечно для дрібних тварин, і, ймовірно, для людини.
Кафедра: «природооблаштування і екологія»
Дисципліна: «Промислова екологія»
Курсова робота
Виробництво етиленгліколю методом гідротації окису етилену
Варіант № 3
2007
Зміст
Введення
1. Вихідні дані
2. Огляд варіантів промислового отримання етиленгліколю
3. Сировина, яка використовується у виробництві
3.1 Окис етилену
3.2 Вода
4. Технологічна схема виробництва
5. Хімічні процеси і реакції
6. Продукти виробництва
6.1 етиленгліколь
6.2 Діетиленгліколь
7. Складання матеріального балансу виробництва
8. Розрахунок основних технічних показників
Висновок
Список використаних джерел
Введення
Будь-яке промислове виробництво можна представити як технологічну схему, тобто сукупність апаратів, машин та інших пристроїв, а також матеріальних, енергетичних та інших потоків між ними, що функціонують як єдине ціле і призначених для переробки вихідних речовин (сировини) у продукцію.
Вихідними речовинами для промислових продуктів є сировина, напівпродукти та вторинну сировину. Підготовка сировини включає в себе його попередню обробку, потім підготовлену сировину проходить ряд перетворень, в результаті чого утворюється необхідний продукт виробництва.
Метою курсової роботи є розгляд технології виробництва етиленгліколю шляхом гідратації окису етилену. Для цього були сформульовані наступні завдання:
1. описати схему синтезу етиленгліколю;
2. розглянути сировина, яка використовується у виробництві, проміжні та побічні продукти;
3. скласти матеріальний баланс досліджуваного виробництва;
4. розрахувати основні технічні показники виробництва (витратні коефіцієнти, ступінь конверсії, вихід продукту з сировини).
1. Вихідні дані
1. Продуктивність установки по етиленгліколю: 26000 т / рік;
2. Число робочих днів у році: 340 днів;
3. Концентрація технічного етиленгліколю у вагових відсотках: 96%;
4. Концентрація окису етилену у вагових відсотках: 99,2%;
5. Надлишок води по відношенню до кількості окису етилену: 10:1;
6. Склад безводній реакційної суміші у вагових відсотках:
· Етиленгліколь: 90%;
· Діетиленгліколь 9%;
· Окис етилену: 1%;
7. Втрати окису етилену у вагових відсотках: 4%.
2. Огляд варіантів промислового отримання етиленгліколю
Вперше етиленгліколь був отриманий і описаний А. Вюрцом в 1857 році, але тільки 60 років потому почалося його промислове виробництво. Незабаром було знайдено багато різноманітних застосувань етиленгліколю, а також і його похідних, що призвело до швидкого зростання його виробництва. В даний час існує величезна патентна, журнальна і монографічна література, присвячена етиленгліколь та його похідних.
Для виробництва етиленгліколю, вперше здійсненого в 1918 році, послідовно застосовували гідроліз дихлоретану
ClCH2 - CH2Cl + NaCO3 + H2O → HOCH2 - CH2OH + 2NaCl + CO2
гідроліз етіленхлоргідріна
HOCH2 - CH2Cl + NaHCO3 → HOCH2 - CH2OH + NaCl + CO2
гідратацію окису етилену
CH2 - CH2 + H2O → HOCH2 - CH2OH
SHAPE \ * MERGEFORMAT
O
В даний час найбільше значення має метод гідратації окису етилену і лише невелика частина етиленгліколю виходить гідролізом дихлоретану. Виробництво етиленгліколю є економічно недорогим, так як не вимагає колосальних витрат на сировину і технологічні установки.
Виробництво етиленгліколю є великотоннажним виробництвом. Етиленгліколь належить важлива роль у промисловості та побуті.
Етиленгліколь вживається як замінник гліцерину, для синтезу деяких органічних речовин і в якості добавок до речовин, усуває швидке висихання [1].
Етиленгліколь - цінний розчинник. Він добре розчиняє складні ефіри, смоли, рослинні есенції. Розчинні властивості етиленгліколю використані в самих різних галузях промисловості, наприклад барвистою, парфумерної.
Крім того, етиленгліколь порівняно стійкий при високій температурі, не розкладається при пропущенні над пемзою, нагрітої до 400єС. Розкладання гліколю починається при 500-520 ° С, а при 550єС відбувається вже зі значною швидкістю, але навіть при цій температурі до 36% етиленгліколю не піддається розкладанню [4].
3. Сировина, яка використовується у виробництві
3.1 Окис етилену
Окис етилену в даний час є одним з найбільш великотоннажних продуктів важкого органічного синтезу на основі етилену. Основним похідним окису етилену є продукт її гідратації - етиленгліколь, який застосовується для виробництва антифризу, як розчинник, пластифікатор, у виробництві мономерів для синтетичних волокон та інші.
Окис етилену вперше була отримана в 1857 році французьким хіміком Адольфом Шарлем Вюрца. Займаючись вивченням похідних етиленгліколю Вюрц приготував окис етилену дією розчину їдкого калію на етіленхлоргідрін і визначив, що нове з'єднання кипить при +13,5 єС, змішується у всіх співвідношеннях з водою, утворює з сульфатом натрію кристалічний з'єднання освіжаючого смаку, відновлює водний розчин нітриту срібла, та не дає кристалічного осаду при дії ефірного розчину аміаку.
При звичайній температурі і тиску окис етилену знаходиться в газоподібному стані. Її температура кипіння дорівнює 10,7 ° С при
Температура замерзання окису етилену дорівнює -113,3 єС. Температура плавлення окислу етилену за різними даними складає: -111,4 ° С, -111,71 єС, -112,51 ° С [6].
Слід зазначити, що в порівнянні з водою, яка має при 20єС в'язкість порядку 0,01 Дж, в'язкість окису етилену приблизно в 3 рази менше. Щільність окису етилену при температурі її кипіння дорівнює 0,8827 г / смі, тому молекулярний об'єм окису етилену при 10,7 ° С і
Характерною властивістю окису етилену і її гомологів є надзвичайна схильність до взаємодії з різними органічними і неорганічними сполуками. Ця властивість пов'язана зі здатністю атома кисню в молекулі окису етилену переходити в оксоніевое стан. Реакція гідратації окису етилену, що приводить до утворення етиленгліколю, відома ще з часів Вюрца, який проводив її нагрівання в автоклаві водних розчинів окису етилену. останнім часом у зв'язку з тим, що окис етилену виробляють все в більших і більших кількостях, ця реакція набуває велике практичне значення. Тільки при гідратації окису етилену виходить водний розчин гліколю без домішки солей і часто безпосередньо придатний до вживання.
Окис етилену також реагує з етиленгліколем, утворюючи поліетиленгліколі, так само мають практичне значення і в багатьох випадках застосовуються з Моноетиленгліколь:
Н2С Н2С - ОН
(Етиленгліколь)
Н2С Н2С - ВІН Н2С - ОН
(Діетиленгліколь)
Саме ці дві реакції лежать в основі гідратації окису етилену. Діетиленгліколь в цьому випадку є робочим, а етиленгліколь цільовим продуктом [4].
Масштаби застосування окису етилену і її похідних за останні два-три десятиліття досягли дуже високого рівня і продовжують зростати швидкими темпами. Це пояснюється потребою в окису етилену як у вихідній сировині для отримання продуктів, все більш широко використовуються в авто-і авіатранспорті, в хімічній, гірській, нафтової, текстильної та інших галузях, а також безпосереднім її використанням у сільському господарстві, в сучасній техніці, в Зокрема в космонавтиці.
3.2 Вода
Вода являє собою безбарвну прозору рідину. Теплоємність води становить 4,18 Дж / (г · ° С). Температура кипіння води складає 100єС, замерзання 0 ° С. Вода - дуже реакційний речовина. Вода використовується практично у всіх виробництвах.
Окис етилену змішується з водою в усіх відношеннях. Розчин окису етилену при кімнатній температурі доволі стійкий. Суміш парів води і окису етилену стійка при температурі порядку 200єС.
Безперервний процес гідратації окису етилену можна здійснювати із застосуванням іонообмінної смоли, зваженої в рідкій реакційній масі. Також взаємодія з водою можна вести при барбатірованіі окису етилену в суспензію іонообмінної смоли [6].
4. Технологічна схема виробництва
В якості сировини застосовують 98,5%-ную окис етилену і паровий конденсат. Конденсат зі збірки 1 і окис етилену зі збірки 2, охолоджена в холодильнику 3 до 5-6 0 С подаються в змішувач 4, куди надходить також зворотний конденсат з температурою 30 0 С. З нього шихта, що містить 10-15% окису етилену і 88-90% води за обсягом, направляється в трубчастий змішувач 6 і збирається в збірнику шихти 5, де підтримується температура 5-6 0 С. Паровим насосом з тиском 10 атм. через підігрівач шихти 7 з температурою 130 0 С шихта подається в гідротатор 8, в якому протікає реакція отримання етиленгліколю. З гідротатора 8 реакційна маса дросселируется до 0,3 атм у Газосепаратори 11, звідки газова фаза надходить у конденсатор 12, потім конденсат йде в напірний бак 1. Рідка фаза з газосепаратори переходить в ректифікаційної колони 14. відганяють пари конденсуються в дефлегматори 13 і надходять до збірки конденсату 18. сюди ж йде розчин лугу для нейтралізації побічних продуктів реакції кислого характеру. Конденсат зі збірки 18 охолоджується в холодильнику 17 і направляється в змішувач 4. З куба колони випливає 70%-ний етиленгліколь, який збирається до збірки 16. Відцентровим насосом етиленгліколь подається через виносний кип'ятильник 15 у другому ректифікаційної колони 19 для відділення полігліколей. Пари етиленгліколю, виходячи з колони 19, конденсуються в конденсаторі 12. конденсатор, що містить 70% етиленгліколю, забирається у збірник 20. Полигликоли, що випливають з кубовою частини колони 19, збираються в збірнику 21 і направляються споживачу.
Основні параметри виробництва:
температура в гідротаторе 165 0 С,
тиск у гідротаторе 10 атм,
склад надходить в гідротатор шихти:
- Окису етилену 10-15% за обсягом,
- Води 80-90% за обсягом,
температура верху перше ректифікаційної колони 100 0 С.
За описаною схемою етиленгліколь виходить методом прямої гідротації окису етилену без каталізатора при тиску 10 атм і температурі 165 0 С. Технологічна схема виробництва етиленгліколю представлена на малюнку 4.1 [2].
5. Хімічні процеси і реакції
Реакція гідротації окису етилену, що приводить до утворення етиленгліколю, відома ще з часу Вюрца, який проводив її нагрівання в автоклаві, водних розчинів окису етилену. Останнім часом у зв'язку з тим, що окис етилену виробляють все в більших кількостях, ця реакція набуває велике практичне значення. Отримання етиленгліколю шляхом гідротації окису етилену є найбільш доцільним, тому що, виходячи з дихлоретану або з етіленхлоргідріна необхідно відокремити утворений продукт від супутньої йому солі, тільки при гідротації окису етилену виходить водний розчин гліколю без домішки солей і часто безпосередньо придатний до вживання. Гідротацієй окису етилену у водному розчині протікає досить ефективно при температурах нижче 150-170 0 С. У присутності кислот або лугів гідротацієй прискорюється. Це дозволяє проводити процес при 120-150 0 С. Проте в кислому середовищі утворюється захист апаратури від корозії, а лужне середовище особливо сприяє утворенню полігліколей [1].
Тому в даний час вважають за краще проводити процес гідротації в нейтральному середовищі при 160-180 0 С. Виробництво етиленгліколю проходить у дві стадії: на першій стадії отримують гідротацієй окису етилену етиленгліколь, на другий - конденсацією утворюється етиленгліколю з другої молекулою окису етилену діетиленгліколь. Основна реакція процесу:
Побічна реакція - освіта діетиленгліколю:
O
У присутності каталізатора гідротацієй окису етилену проводять зазвичай під тиском 10 атм при мольному співвідношенні окису етилену і води приблизно 1:16; тривалість контакту 30 хвилин. Розчин гликолей упарюють у багатокорпусному випарної апараті до вмісту води приблизно 15% і далі піддають ректифікації. Соковий пар з останнього апарату конденсують і конденсат, що містить 0,5-1,0% етиленгліколю, повертають на гідротацієй свіжої окису етилену. На 1т етиленгліколю приблизно
Теплообмінники "труба в трубі» (малюнок 5.1) включають кілька розташованих один над одним елементів, причому кожний елемент складається з двох труб: зовнішньої труби 1 більшого діаметру і концентрично розташованою усередині неї труби 2. Внутрішні труби елементів з'єднані один з одним послідовно; також пов'язані між собою і зовнішні труби. Для можливості очищення внутрішні труби з'єднують за допомогою знімних калачів 3.
Завдяки невеликій поперечному перерізі в цих теплообмінниках легко досягаються високі швидкості теплоносіїв як в трубах, так і в міжтрубному просторі. При значних кількостях теплоносіїв теплообмінник складають з кількох паралельних секцій, що приєднуються до загальних колекторам.
Переваги теплообмінників «труба в трубі»: 1) високий коефіцієнт теплопередачі внаслідок великої швидкості обох теплоносіїв; 2) простота виготовлення.
Недоліки цих теплообмінників: 1) громіздкість, 2) висока вартість зважаючи великої витрати металу на зовнішні труби, що не беруть участь у теплообміні; 3) труднощі очищення міжтрубного простору.
Теплообмінники "труба в трубі» застосовують при невеликих кількостях теплоносія для теплообміну між двома рідинами, між рідиною і конденсуються парою, а також в якості холодильників для газів при високих тисках.
6. Продукти виробництва
6.1 етиленгліколь
Етиленгліколь СН 2 ОН - СН 2 ОН - найпростіший двоатомний спирт, вперше синтезований Вюрцом в
Змішується у всіх відносинах з водою. Гліцерином, одноатомними аліфатичними спиртами, ацетоном, крижаної оцтової кислотою, піридином і фурфурол; не змішується з бензолом, ксилолом, толуолом, хлорбензол, хлорофареном, чотирьоххлористим вуглецем. Етиленгліколь має токсичну дію, подібним з дією метилового спирту. Токсичність етиленгліколю в значній мірі залежить від об'єкта, на якому він вивчається. Відомо, що мінімальна смертельна доза етиленгліколю змінюється від 3 до 9 мг на кілограм ваги тварини в залежності від виду останнього. [4]
Етиленгліколь викликає подразнення слизових оболонок; на шкіру він не діє. Ін'єкції в м'язову тканину можуть призводити до абсцесу. Можливі наслідки від отруєнь етиленгліколем зводяться до гемолізу і падіння кров'яного тиску. Мала летючість етиленгліколю робить його безпечним в парах; вміст у
Етиленгліколь схильний переохолоджуватися, але більшість вчених виходячи зі своїх оитов не можуть встановити конкретну температуру замерзання етиленгліколю, вона знаходиться в межах від -11,5 ° С до -17,5 ° С. В'язкість етиленгліколю більше, ніж етилового спирту, але менше, ніж гліцерину. Етиленгліколь НЕ вогненебезпечний.
У промислових масштабах етиленгліколь почали отримувати в Німеччині в період першої світової війни. В даний час етиленгліколь (а також діетиленгліколь і поліетиленгліколь) виробляють у дуже великих кількостях і використовують в різних галузях народного господарства.
Протягом останніх років етиленгліколь став застосовуватися як охолоджувальна середовище для авіаційних моторів. Його застосування для цілей охолодження при високих температурах з успіхом реалізовано для рентгенівських трубок, артилерійських знарядь і танків в США.
Етиленгліколь - цінний розчинник; в цьому він багато в чому схожий на етиловий спирт. Він добре розчиняє складні ефіри, смоли, рослинні есенції. Розчиняють властивості етиленгліколю використані в самих різних галузях промисловості, наприклад барвистою, парфумерної і т.д. [4]
Етиленгліколь, нарівні з гліцерином, застосовується при виготовленні валиків до друкованих верстатів.
Важливою властивістю етиленгліколю є його здатність сильно знижувати температуру замерзання води. Водний розчин, містить 40 об'ємно. % Етиленгліколю, замерзає при -25 о С, а 60% водний розчин при -40 о С. Тому етиленгліколь широко застосовують як антифризів, головним чином для охолодження автомобільних двигунів, стовбурів кулеметів, в аміачних холодильних установках і т.д.
Етиленгліколь володіє хорошою гігроскопічністю, в тому числі добре розчиняє смоли, барвники та деякі речовини рослинного походження. Завдяки поєднанню цих властивостей етиленгліколь застосовується при фарбуванні тканин, у ситцедрукуванні, для приготування штемпельних фарб і косметичних препаратів, для зволоження тютюну, як замінник гліцерину. Етиленгліколь є також важливим продуктом у виробництві синтетичних смол, розчинників, вибухових речовин та ін
При нагріванні етиленгліколю з невеликою кількістю кислоти (реакція А. Є. Фаворського) отримують циклічний ефір - дуоксан.
СН 2 - СН 2
2НОСН 2 - СН 2 ОН О О + 2Н 2
СН 2 - СН 2
Є універсальним розчинником (t o кипіння = 101,2 о С), змішуються також з водою.
При гідратації окису етилену, крім етиленгліколю, утворюються ді-, три-, тетра-і полі етиленгліколь.
6.2 Діетиленгліколь
Діетиленгліколь носно 2 СН 2 ОСН 2 СН 2 ВІН - простий ефір етиленгліколю, безбарвна, прозора, сиропообразная рідина без запаху, питома вага 1,12 г / см 3, t o кипіння = 244,30 про С.
Діетиленгліколь отруйний, діє на центральну нервову систему. Якщо прийняти всередину 30-50м діетиленгліколю, відбувається важке отруєння, а 100г - смерть. Для робіт з диетиленгликолем допускаються особи, які пройшли спеціальне навчання.
Діетиленгліколь змішується з водою, спиртом, ацетатом, погано розчинний в ефірі, бензолі; його хімічні властивості схожі з властивостями етиленгліколю. Етиленгліколь разом з окисом етилену (СН 2-О-СН 2) і етіленхлоргідрітом (СlCН 2 CН 2 ВІН) служить сировиною для промислового отримання діетиленгліколю. [1]
Діетиленгліколь є розчинником для смол і ефірів целюлози і використовується як ущільнювальна рідина для гальмівних гідравлічних пристроїв; в текстильній промисловості його використовують при обробці і фарбуванні тканин. Завдяки високій гігроскопічності діетиленгліколь застосовують для осушування газів. Його перевага, як осушує кошти, в порівнянні з сірчаною кислотою полягає в тому, що він не викликає корозії апаратури і легко реллеріруется при упарюванні у вакуумі.
Нижчі гліколі, будучи розчиняються у воді, змішуються з желатиновим клеєм; це робить їх поширеними пластифікаторами для речовин, що клеять, що застосовуються в різних виробництвах. Діетиленгліколь, при застосуванні його в палітурній справі, перешкоджає викривлення палітурок книг при висиханні клею.
Щоб зменшити утворення полігліколей, гідрацію проводять з великим надлишком води (на 1 моль окису етилену беруть від 10 до 22 міль води) і додають до водного розчину окису етилену 0,1-0,5% кислоти. У цих умовах виходить етиленгліколь, що містить лише трохи діетиленгліколю і сліди вищих поліетиленгліколів.
7. Складання матеріального балансу
Матеріальний баланс розраховується на підставі основних хімічних перетворень, що описуються формулами:
- Основна реакція процесу:
CH 2 - CH 2 + H 2 O → CH 2 OH - CH 2 OH (1)
O
- Побічна реакція - освіта діетиленгліколю:
CH 2 OH - CH 2 OH + CH 2 - CH 2 → CH 2 OH - CH 2 - O - CH 2 - CH 2 OH (2)
O
Розрахунки матеріальних балансів технологічних процесів, в результаті яких відбувається хімічне перетворення речовин, ведуться, з огляду на основні стехіометричні закони (закон сталості складу і закон кратних відносин). Ці закони виражають собою взаємне відношення атомів і молекул речовин при їх хімічному взаємодії один з одним.
SHAPE \ * MERGEFORMAT 
Схема 7.1. Матеріальні потоки виробництва.
Продуктивність установки складає 26000 т / рік, що дорівнює відповідно 3186 кг / ч.
Знаючи, що на виході в безводній реакційної суміші міститься у вагових відсотках: етиленгліколю 90%, діетиленгліколю 9% і окису етилену 1%, знайдемо склад безводній реакційного середовища:
Витрата технічного 95%-ого етиленгліколю на виході з апарату:
3186 кг / год - 100%
Х кг / год - 95%,
отже, Х = 3026,7 кг / ч.
Витрата діетиленгліколю:
3026,7 кг / год - 90%
Х кг / год - 9%,
отже, Х = 302,67 кг / ч.
Витрата прореагувала окису етилену:
3026,7 кг / год - 90%
Х кг / год - 1%, отже, Х = 33,63 кг / ч.
По рівнянню хімічної реакції (2) знаходимо кількість окису етилену і етиленгліколей, який пішов на освіту діетиленгліколю:
106 кг / кмоль - 62 кг / кмоль
302,67 кг / год - Х кг / год, отже, Х = 177,03 кг / год,
де 106 і 62 - відповідно молярні маси діетиленгліколю і етиленгліколей, а 44 - окису етилену:
106 кг / кмоль - 44 кг / кмоль
302,67 кг / год - Х кг / год, отже Х = 125,64 кг / ч.
У рівнянні хімічної реакції (1) етиленгліколь дорівнює сумі продуктивності та кількості етиленгліколю, який пішов на побічну реакцію:
3026,7 + 177,03 = 3203,73 кг / ч.
По рівнянню (1) можна знайти необхідну кількість окису етилену, який пішов на освіту етиленгліколю:
62 кг / кмоль - 44 кг / кмоль
3203,73 кг / год - Х кг / год отже Х = 2273,6 кг / год,
а також необхідну кількість води, яка вступає в реакцію:
62 кг / кмоль - 18 кг / кмоль
3203,73 кг / год - Х кг / год, отже Х = 930,12 кг / год,
де 18 - молярна маса води.
Необхідний надлишок води по відношенню до кількості окису етилену дорівнює:
10 * 930,12 = 9301,2 кг / год,
тоді загально кількість води, що надходить в апарат, буде становити:
9301,2 + 930,12 = 10231,32 кг / ч.
Окис етилену на вході дорівнює сумі окису етилену, що пішла на освіту етиленгліколю, діетиленгліколю, окису етилену, що залишилася не прореагувала в безводній реакційної суміші:
2273,6 + 125,64 + 33,63 = 2432,87 кг / ч.
При цьому втрати окису етилену складають:
2432,87 кг / год - 100%
Х кг / год - 1%, отже Х = 24,33 кг / ч.
Домішки в окису етилену складають:
2457,2 кг / год - 99,2%
Х кг / год - 0,8%, отже Х = 19,82 кг / год,
де 2457,2 кг / год - це маса окису етилену на вході в апарат з урахуванням втрат.
Тоді маса окису етилену, яка надходить у апарат з урахуванням всіх втрат і домішок, буде становити:
2432,87 + 24,33 + 19,82 = 2477,02 кг / ч.
На вході:
1) окис етилену - 2477,02 кг / год,
2) вода - 10231,32 кг / ч.
На виході:
1) етиленгліколь - 3026,7 кг / год,
2) надлишок води - 9301,2 кг / год,
3) втрати окису етилену - 24,33 кг / год,
4) Діетиленгліколь - 302,67 кг / год,
5) домішки окису етилену - 19,82 кг / год,
6) непрореагіровавшіх окис етилену - 33,63 кг / ч.
8. Розрахунок основних технічних показників
Технічні показники визначають якість процесів даної технології.
Витратний коефіцієнт показує кількість витраченого сировини або матеріалів, або енергії на виробництво одиниці продуктів.
Теоретичний витратний коефіцієнт дорівнює відношенню маси витраченого сировини до маси отриманого продукту, яке можна теоретично отримати з цієї сировини.
Практичний витратний коефіцієнт враховує виробничі втрати і домішки, тобто він дорівнює відношенню фактичної маси сировини, витраченої на виробництво з урахуванням втрат, до маси отриманого продукту.
З урахуванням того, що в якості сировини використовуються два продукти, визначимо теоретичні та практичні розрахункові коефіцієнти для кожного з них:
1) для окису етилену:
К р пр = 24477,02 / 3026,7 = 0,82 кг с / кг п;
К р теор = 2273,6 / 3026,7 = 0,71 кг с / кг п;
К р теор = М окису етилену / М етиленгліколю = 44/62 = 0,71 кг с / кг п.
2) для води:
К р пр = 10231,32 / 3026,7 = 3,4 кг с / кг п;
К р теор = 930,12 / 3026,7 = 0,3 кг с / кг п;
К р теор = 18/62 = 0,3 кг с / кг п.
Будь-витратний коефіцієнт показує кількісно витрати на виробництво продукту, але не відображає ефективності використання видаткових коефіцієнтів.
Ефективність використання визначається таким технічним показником, який називається вихід продукту - відношення реально одержуваного кількості продукту з використаного сировини до максимальної кількості, яку теоретично можна отримати з того ж кількості сировини. Вихід продукту - показник безрозмірний, або його можна представити у відсотках.
Реальний вихід продукту становить:
з 2477,02 кг окису етилену - 3026,7 кг етиленгліколю,
з 10231,32 кг води - 3026,7 кг етиленгліколю.
Теоретичний вихід продукту становить:
1) по окису етилену:
2477,02 кг / год - Х кг / год
44 кг / кмоль - 62 кг / кмоль, отже Х = 3490,35 кг / год.
2) по воді:
10231,32 кг / год - Х кг / год
18 кг / кмоль - 62 кг / кмоль, отже Х = 35241 кг / год.
Знайдемо вихід продукту по окису етилену:
3026,7 / 3490,35 * 100% = 87%.
Ступінь конверсії обчислюється як відношення маси прореагировавшего сировини до його вихідної масі:
Отримані дані дозволяють зробити висновок про те, що в даному виробництві вода використовується не повністю (береться у надлишку) і вихід продукту по окису етилену значно вище, ніж по воді.
Висновок
У курсовій роботі було розглянуто отримання етиленгліколю з окису етилену, описані технологічна схеми і сировина, яка використовується у виробництві многотонажного синтезу етиленгліколю; розглянуті побічні продукти.
Отримання етиленгліколю шляхом гідратації окису етилену є найбільш доцільним, тому що виходячи з дихлоретану або з етіленхлоргідріна, необхідно віддаляти утворений продукт від супутньої йому солі; тільки при гідратації окису етилену виходить водний розчин гліколю без домішки солей і часто безпосередньо придатний до вживання.
Крім того, було складено матеріал баланс вивченого виробництва і розраховані основні технічні показники ефективності виробництва (витратні коефіцієнти, ступінь конверсії, вихід продукту з сировини).
Список використаних джерел
1. Юкельсон І. І. «Технологія основного органічного синтезу». - М.: Хімік, 1968 .- 846 с.
2. «Загальна хімічна технологія». У 2-х томах під ред. акад. Вольфкович С. І. - М.: Госхіміздат, 1952 - 1959.
3. Зимак П. В. «Окис етилену». - М.: 1976. - 316 с.
4. Казарновський С. Н., Козлов В. М. «Альбом технологічних схем процесів основного органічного синтезу». - Горький: 1958. - 123 с.
5. Бєсков С. Д. «Технологічні розрахунки» - М.: Вища школа, 1962.-468 с.
6. Глінка Н.Л. «Загальна хімія», М.: Хімія, 1974. - 720 с.
У промислових масштабах етиленгліколь почали отримувати в Німеччині в період першої світової війни. В даний час етиленгліколь (а також діетиленгліколь і поліетиленгліколь) виробляють у дуже великих кількостях і використовують в різних галузях народного господарства.
Протягом останніх років етиленгліколь став застосовуватися як охолоджувальна середовище для авіаційних моторів. Його застосування для цілей охолодження при високих температурах з успіхом реалізовано для рентгенівських трубок, артилерійських знарядь і танків в США.
Етиленгліколь - цінний розчинник; в цьому він багато в чому схожий на етиловий спирт. Він добре розчиняє складні ефіри, смоли, рослинні есенції. Розчиняють властивості етиленгліколю використані в самих різних галузях промисловості, наприклад барвистою, парфумерної і т.д. [4]
Етиленгліколь, нарівні з гліцерином, застосовується при виготовленні валиків до друкованих верстатів.
Важливою властивістю етиленгліколю є його здатність сильно знижувати температуру замерзання води. Водний розчин, містить 40 об'ємно. % Етиленгліколю, замерзає при -25 о С, а 60% водний розчин при -40 о С. Тому етиленгліколь широко застосовують як антифризів, головним чином для охолодження автомобільних двигунів, стовбурів кулеметів, в аміачних холодильних установках і т.д.
Етиленгліколь володіє хорошою гігроскопічністю, в тому числі добре розчиняє смоли, барвники та деякі речовини рослинного походження. Завдяки поєднанню цих властивостей етиленгліколь застосовується при фарбуванні тканин, у ситцедрукуванні, для приготування штемпельних фарб і косметичних препаратів, для зволоження тютюну, як замінник гліцерину. Етиленгліколь є також важливим продуктом у виробництві синтетичних смол, розчинників, вибухових речовин та ін
При нагріванні етиленгліколю з невеликою кількістю кислоти (реакція А. Є. Фаворського) отримують циклічний ефір - дуоксан.
СН 2 - СН 2
СН 2 - СН 2
Є універсальним розчинником (t o кипіння = 101,2 о С), змішуються також з водою.
При гідратації окису етилену, крім етиленгліколю, утворюються ді-, три-, тетра-і полі етиленгліколь.
6.2 Діетиленгліколь
Діетиленгліколь носно 2 СН 2 ОСН 2 СН 2 ВІН - простий ефір етиленгліколю, безбарвна, прозора, сиропообразная рідина без запаху, питома вага 1,12 г / см 3, t o кипіння = 244,30 про С.
Діетиленгліколь отруйний, діє на центральну нервову систему. Якщо прийняти всередину 30-50м діетиленгліколю, відбувається важке отруєння, а 100г - смерть. Для робіт з диетиленгликолем допускаються особи, які пройшли спеціальне навчання.
Діетиленгліколь змішується з водою, спиртом, ацетатом, погано розчинний в ефірі, бензолі; його хімічні властивості схожі з властивостями етиленгліколю. Етиленгліколь разом з окисом етилену (СН 2-О-СН 2) і етіленхлоргідрітом (СlCН 2 CН 2 ВІН) служить сировиною для промислового отримання діетиленгліколю. [1]
Діетиленгліколь є розчинником для смол і ефірів целюлози і використовується як ущільнювальна рідина для гальмівних гідравлічних пристроїв; в текстильній промисловості його використовують при обробці і фарбуванні тканин. Завдяки високій гігроскопічності діетиленгліколь застосовують для осушування газів. Його перевага, як осушує кошти, в порівнянні з сірчаною кислотою полягає в тому, що він не викликає корозії апаратури і легко реллеріруется при упарюванні у вакуумі.
Нижчі гліколі, будучи розчиняються у воді, змішуються з желатиновим клеєм; це робить їх поширеними пластифікаторами для речовин, що клеять, що застосовуються в різних виробництвах. Діетиленгліколь, при застосуванні його в палітурній справі, перешкоджає викривлення палітурок книг при висиханні клею.
Щоб зменшити утворення полігліколей, гідрацію проводять з великим надлишком води (на 1 моль окису етилену беруть від 10 до 22 міль води) і додають до водного розчину окису етилену 0,1-0,5% кислоти. У цих умовах виходить етиленгліколь, що містить лише трохи діетиленгліколю і сліди вищих поліетиленгліколів.
7. Складання матеріального балансу
Матеріальний баланс розраховується на підставі основних хімічних перетворень, що описуються формулами:
- Основна реакція процесу:
- Побічна реакція - освіта діетиленгліколю:
O
Розрахунки матеріальних балансів технологічних процесів, в результаті яких відбувається хімічне перетворення речовин, ведуться, з огляду на основні стехіометричні закони (закон сталості складу і закон кратних відносин). Ці закони виражають собою взаємне відношення атомів і молекул речовин при їх хімічному взаємодії один з одним.
Схема 7.1. Матеріальні потоки виробництва.
Продуктивність установки складає 26000 т / рік, що дорівнює відповідно 3186 кг / ч.
Знаючи, що на виході в безводній реакційної суміші міститься у вагових відсотках: етиленгліколю 90%, діетиленгліколю 9% і окису етилену 1%, знайдемо склад безводній реакційного середовища:
Витрата технічного 95%-ого етиленгліколю на виході з апарату:
3186 кг / год - 100%
Х кг / год - 95%,
отже, Х = 3026,7 кг / ч.
Витрата діетиленгліколю:
3026,7 кг / год - 90%
Х кг / год - 9%,
отже, Х = 302,67 кг / ч.
Витрата прореагувала окису етилену:
3026,7 кг / год - 90%
Х кг / год - 1%, отже, Х = 33,63 кг / ч.
По рівнянню хімічної реакції (2) знаходимо кількість окису етилену і етиленгліколей, який пішов на освіту діетиленгліколю:
106 кг / кмоль - 62 кг / кмоль
302,67 кг / год - Х кг / год, отже, Х = 177,03 кг / год,
де 106 і 62 - відповідно молярні маси діетиленгліколю і етиленгліколей, а 44 - окису етилену:
106 кг / кмоль - 44 кг / кмоль
302,67 кг / год - Х кг / год, отже Х = 125,64 кг / ч.
У рівнянні хімічної реакції (1) етиленгліколь дорівнює сумі продуктивності та кількості етиленгліколю, який пішов на побічну реакцію:
3026,7 + 177,03 = 3203,73 кг / ч.
По рівнянню (1) можна знайти необхідну кількість окису етилену, який пішов на освіту етиленгліколю:
62 кг / кмоль - 44 кг / кмоль
3203,73 кг / год - Х кг / год отже Х = 2273,6 кг / год,
а також необхідну кількість води, яка вступає в реакцію:
62 кг / кмоль - 18 кг / кмоль
3203,73 кг / год - Х кг / год, отже Х = 930,12 кг / год,
де 18 - молярна маса води.
Необхідний надлишок води по відношенню до кількості окису етилену дорівнює:
10 * 930,12 = 9301,2 кг / год,
тоді загально кількість води, що надходить в апарат, буде становити:
9301,2 + 930,12 = 10231,32 кг / ч.
Окис етилену на вході дорівнює сумі окису етилену, що пішла на освіту етиленгліколю, діетиленгліколю, окису етилену, що залишилася не прореагувала в безводній реакційної суміші:
2273,6 + 125,64 + 33,63 = 2432,87 кг / ч.
При цьому втрати окису етилену складають:
2432,87 кг / год - 100%
Х кг / год - 1%, отже Х = 24,33 кг / ч.
Домішки в окису етилену складають:
2457,2 кг / год - 99,2%
Х кг / год - 0,8%, отже Х = 19,82 кг / год,
де 2457,2 кг / год - це маса окису етилену на вході в апарат з урахуванням втрат.
Тоді маса окису етилену, яка надходить у апарат з урахуванням всіх втрат і домішок, буде становити:
2432,87 + 24,33 + 19,82 = 2477,02 кг / ч.
На вході:
1) окис етилену - 2477,02 кг / год,
2) вода - 10231,32 кг / ч.
На виході:
1) етиленгліколь - 3026,7 кг / год,
2) надлишок води - 9301,2 кг / год,
3) втрати окису етилену - 24,33 кг / год,
4) Діетиленгліколь - 302,67 кг / год,
5) домішки окису етилену - 19,82 кг / год,
6) непрореагіровавшіх окис етилену - 33,63 кг / ч.
| ПАРАФІЯ | ВИТРАТА | ||
| Статті приходу | Розмірність, кг / год | Статті витрат | Розмірність, кг / год |
| Окис етилену | 2477,02 | Етиленгліколь | 3026,7 |
| Вода | 10231,32 | Надлишок води | 9301,2 |
| Втрати окису етилену | 24,33 | ||
| Діетиленгліколь | 302,67 | ||
| Домішки окису етилену | 19,82 | ||
| Непрореагіровавшіх окис етилену | 33,63 | ||
| РАЗОМ: | 12708,3 | РАЗОМ: | 12708,3 |
8. Розрахунок основних технічних показників
Технічні показники визначають якість процесів даної технології.
Витратний коефіцієнт показує кількість витраченого сировини або матеріалів, або енергії на виробництво одиниці продуктів.
Теоретичний витратний коефіцієнт дорівнює відношенню маси витраченого сировини до маси отриманого продукту, яке можна теоретично отримати з цієї сировини.
Практичний витратний коефіцієнт враховує виробничі втрати і домішки, тобто він дорівнює відношенню фактичної маси сировини, витраченої на виробництво з урахуванням втрат, до маси отриманого продукту.
З урахуванням того, що в якості сировини використовуються два продукти, визначимо теоретичні та практичні розрахункові коефіцієнти для кожного з них:
1) для окису етилену:
К р пр = 24477,02 / 3026,7 = 0,82 кг с / кг п;
К р теор = 2273,6 / 3026,7 = 0,71 кг с / кг п;
К р теор = М окису етилену / М етиленгліколю = 44/62 = 0,71 кг с / кг п.
2) для води:
К р пр = 10231,32 / 3026,7 = 3,4 кг с / кг п;
К р теор = 930,12 / 3026,7 = 0,3 кг с / кг п;
К р теор = 18/62 = 0,3 кг с / кг п.
Будь-витратний коефіцієнт показує кількісно витрати на виробництво продукту, але не відображає ефективності використання видаткових коефіцієнтів.
Ефективність використання визначається таким технічним показником, який називається вихід продукту - відношення реально одержуваного кількості продукту з використаного сировини до максимальної кількості, яку теоретично можна отримати з того ж кількості сировини. Вихід продукту - показник безрозмірний, або його можна представити у відсотках.
Реальний вихід продукту становить:
з
з
Теоретичний вихід продукту становить:
1) по окису етилену:
2477,02 кг / год - Х кг / год
44 кг / кмоль - 62 кг / кмоль, отже Х = 3490,35 кг / год.
2) по воді:
10231,32 кг / год - Х кг / год
18 кг / кмоль - 62 кг / кмоль, отже Х = 35241 кг / год.
Знайдемо вихід продукту по окису етилену:
3026,7 / 3490,35 * 100% = 87%.
Ступінь конверсії обчислюється як відношення маси прореагировавшего сировини до його вихідної масі:
Отримані дані дозволяють зробити висновок про те, що в даному виробництві вода використовується не повністю (береться у надлишку) і вихід продукту по окису етилену значно вище, ніж по воді.
Висновок
У курсовій роботі було розглянуто отримання етиленгліколю з окису етилену, описані технологічна схеми і сировина, яка використовується у виробництві многотонажного синтезу етиленгліколю; розглянуті побічні продукти.
Отримання етиленгліколю шляхом гідратації окису етилену є найбільш доцільним, тому що виходячи з дихлоретану або з етіленхлоргідріна, необхідно віддаляти утворений продукт від супутньої йому солі; тільки при гідратації окису етилену виходить водний розчин гліколю без домішки солей і часто безпосередньо придатний до вживання.
Крім того, було складено матеріал баланс вивченого виробництва і розраховані основні технічні показники ефективності виробництва (витратні коефіцієнти, ступінь конверсії, вихід продукту з сировини).
Список використаних джерел
1. Юкельсон І. І. «Технологія основного органічного синтезу». - М.: Хімік, 1968 .- 846 с.
2. «Загальна хімічна технологія». У 2-х томах під ред. акад. Вольфкович С. І. - М.: Госхіміздат, 1952 - 1959.
3. Зимак П. В. «Окис етилену». - М.: 1976. - 316 с.
4. Казарновський С. Н., Козлов В. М. «Альбом технологічних схем процесів основного органічного синтезу». - Горький: 1958. - 123 с.
5. Бєсков С. Д. «Технологічні розрахунки» - М.: Вища школа, 1962.-468 с.
6. Глінка Н.Л. «Загальна хімія», М.: Хімія, 1974. - 720 с.