Производство этанола методом сернокислотной гидратации (123961)

Посмотреть архив целиком

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

Реклама

Список литературы



ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА МЕТОДОМ СЕРНОКИСЛОТНОЙ ГИДРАТАЦИИ


Этиловый спирт— (этанол) кипит при 78,3 °С; смесь C2H5ОН [30% (об.)] с воздухом взрывоопасна; с водой спирт образует азеотропную смесь, содержащую 95,6% C2H5OH; 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 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 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


С2Н5ОSO3H + H2O → С2Н5ОН + H2SO4

2Н5О)2SO2 + 2H2O → 2С2Н5ОН + H2SO4


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:


C2H4+H2OC2H5OH

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:

Материальный баланс:


Схема потоков:





Приход

Расход


кг/час

кмоль/час

кг/час

кмоль/час

C2H4

201

7.18

6 + 1потери

0,21 + 0,04потери

C2H5OH

0

0

296.41

6.44

(C2H5)2O

0

0

18.13

0,245

С2Н6

99

3.3

99

3.3

H2O (1)

193.86

10.77

69.12

3.84

H2O (2)

0

0

4.41

0,245


1=493.86

2=494.07


Mr(C2H4)=12*2+1*4=28 кг/кмоль

Mr(C2H6)=12*2+6*1=30 кг/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 поданного на реакцию:


m2H4) – 67%

300 – 100%

mвсего2H4)=300*67/100=201 кг/ч

wвсего2H4)=201/28=7.18 кмоль/ч

m2Н6)= m(фракции) - m2H4) = 300 – 201 = 99 кг/ч

w2Н6)=99/30 = 3.3 кмоль/ч


Поданный водяной пар:


w( H2O(1)) = 1.5wвсего2H4) =10.77 кмоль/ч

m( H2O(1))= 10.77*18=193.86 кг/ч



Поданный этилен, учитывая потери:


mпод2H4) – 100 %

mп2H4) – 0.5%

mпотери2H4) = 201*0,5/100 = 1 кг/ч

wпотери 2H4) = 1/28 = 0,04 кмоль/ч

mобщ2H4) = mвсего2H4) - mпотери2H4) = 201 - 1 = 200 кг/ч


Прореагировавший этилен:


mпрор2H4) – 97 %

200 – 100%

mпрор2H4) = 200*97/100 = 194 кг/ч

wпрор 2H4) = 194/28 = 6.93 кмоль/ч


Непрореагировавший этилен:


mнепр(C2H4) = mобщ(C2H4) – mпрор(C2H4) = 200 – 194 = 6 кг/ч

wнепр(C2H4) = 6/28 = 0,21 кмоль/ч


Количество и масса этанола:


wвсего(C2H5ОН) = wпрор(C2H4) = 6.93 кмоль/ч

mвсего2H5ОН) = 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


Непрореагировавшего этанола:


mост(C2H5ОН) = mвсего(C2H5ОН) – mпрор(C2H5ОН) = 192,05 - 9,603 = 182,447 кг/ч

wост(C2H5ОН) = 182,447/46= 3,966 кмоль/ч


Количество воды пошедшей на образование этанола:


wпрор( H2O(1)) = wвсего(C2H5ОН) = 6.93 кмоль/ч


Количество не прореагировавшей 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 количество этанола, 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 не прореагировавшего 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 диэтилового эфира: на 2 моль (C2H5ОН) – 1 моль (С2Н5)2О


wпрор (C2H5ОН) - w ((C2H5)2О)

w ((C2H5)2О) = 0.49*1/2 = 0,245 кмоль/ч

m ((C2H5)2О) = 0,245 * 74 = 18.13 кг


Найдем количество и массу 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.


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:


QФ = m(C2H5ОН) = 296.41 кг;


    1. Теоретический выход:


Mr(СН2)  Mr(C2H5ОН), 28  46,

m(C2H4)  QТ; 201  QТ ;

QТ = 330.21 кг;


Выход C2H5ОН по C2H4



 СН3СОН = QФ / QТ * 100% = 89.76 %


4. Теоретический выход на превращенное сырье:


Mr(C2H4)  Mr(C2H5ОН), 28  46,

mпр(C2H4)  QТ'; 194  QТ' ;

QТ' = 318.71 кг;

' СН3СОН = QФ / QТ' * 100% = 93 %


5. Теоретические расходные коэффициенты по сырью:

по C2H4 :


т = Mr(C2H4) / Mr(C2H5ОН) = 28 / 46 = 0,61 кг/кг;


по Н2О:


т : = Mr2О) / Mr(C2H5ОН) = 18/46 = 0.39 кг/кг.


6. Фактические расходные коэффициенты:

по C2H4:


ф = mтехн(C2H4) / m(C2H5ОН) = 300/296.41 = 1.01 кг/кг;


по Н2О:


ф = mтехн(C2H4) / m(C2H5ОН) = 193/296.41 = 0.65 кг/кг.



РЕКЛАМА




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.


Случайные файлы

Файл
32409.rtf
48125.rtf
124416.rtf
29142.rtf
168723.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.