161

С2Н4 + Н2О = С2Н5ОН.

(1)

Технологическая схема процесса состоит из ряда после-

довательных операций: подготовка сырья (смешение исходных и оборотных потоков этилена и воды), гидратация этилена,

нейтрализация фосфорной кислоты и солеотделение, конден-

сация и сепарация, ректификация водно-спиртового раствора –

выделение целевого продукта.

Сырьем является этиленэтановая фракция, в которой этан

– инертная примесь. В качестве катализатора используется 83– 85% фосфорная кислота, нанесённая на шариковый широкопо-

ристый носитель: силикагель, алюмосиликат или кизельгур.

Катализатор активен при 280–290°С и обладает высокой селек-

тивностью. Процесс проводят при давлении 7–8 МПа. Выбор давления определяется, в основном, парциальным давлением паров воды над катализатором. Молекулярное отношение воды

к этилену (0,6–0,75):1; объемная скорость 1800–2500 ч-1.

Одновременно с основной реакцией (1) протекает ряд по-

бочных реакций, например:
2С2Н4 + H2O = (С2Н5)2О,	(2)
С2Н4 + H2O = C2Н4O + H2,	(3)

на которые расходуется часть этилена. Селективность процесса составляет 94-96%.

23

www.mitht.ru/e-library

Исходные данные для расчета

		Вариант
Показатель
	1		2	3	4
Концентрация С2Н4 в этиленэтано-	98,0		96,0	98,6	97,6
вой фракции, % (по объему)
Количество свежей этиленэтановой
фракции (базис расчета), кг	7850		7900	–	–
Количество этилового спирта в рек-
тификате (базис расчета), кг	–		–	1000	800
Содержание С2Н5ОН в ректификате,	95,0		94,5	93,0	95,0
% (по массе)
Соотношение: моль Н2О/моль С2Н4	0,6		0,7	0,7	0,6
на входе в реактор
Конверсия этилена, %	6,0		5,5	5,5	5,0
Селективность, %	95,0		95,5	95,0	95,5
Селективность превращения этиле-
на, %:
в диэтиловый эфир	3,0		3,5	3,0	3,0
в ацетальдегид	2,0		1,0	2,0	1,5
Содержание инертов в циркуляци-
онном газе, % (по объему)	15,0		16,0	15,5	16,5

Методические рекомендации по выполнению расчета

Структурную блок-схему потоков системы целесообразно свести к четырем блокам: 1- смешение, 2- синтез, 3- конденса-

ция и сепарация, 4- ректификация.

Из побочных реакций рассматривать процессы образова-

ния диэтилового эфира (2) и ацетальдегида (3). В состав рек-

тификата входят только спирт и вода.

24

www.mitht.ru/e-library

Для блока – смешение – составляют уравнение по этиле-

ну. Суммируя количество молей (киломолей) С2Н4 в свежем и циркулирующем газах, находят количество этилена, посту-

пающего в блок синтеза. Составляют также уравнение по све-

жей воде. Количество свежей воды при наличии оборотного потока складывается из воды, израсходованной на синтез и разбавление этилового спирта, на образование диэтилового эфира и ацетальдегида. Затем составляют уравнение по задан-

ному соотношению воды и этилена на входе в реактор.

По блоку – синтез – составляют уравнение распределения поступающего на синтез С2Н4 на конвертированный и направ-

ляемый на циркуляцию и «отдувку».

По блоку – ректификация – составляют уравнения: по этиловому спирту–ректификату, диэтиловому эфиру и аце-

тальдегиду.

Для 1 и 2 вариантов составляют «базисное» уравнение по свежей этиленэтановой фракции. Для вариантов 3 и 4 уравне-

ние по этиловому спирту–ректификату является «базисным».

В уравнении баланса по «инерту» сумма вводимого со свежим газом этана и получаемого по реакции (3) водорода должна быть равна количеству выводимых с «отдувкой» газов за вычетом этилена.

25

www.mitht.ru/e-library

Рекомендуемая литература

Общая химическая технология: Учебник для химикотехнологических специальностей. Т. 2. Важнейшие химические производства. / Авт.:Мухлёнов И.П., Авербух А.Я., Кузнецов Д.А. и др. Под ред. И.П. Мухлёнова. – М.: Высш. шк., 1984. – 263 с. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1981. – 606 с. Тимофеев B.C.. Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1992. – 432 с. Соколов Р.С. Химическая технология: Учебн. пособие для студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 2. – М.: Гуманит. изд. центр. ВЛАДОС, 2000. – 448 с. Кононова Г.Н., Сафонов В.В. Производство этилового спирта прямой гидратацией этилена: Учебное пособие. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 1998. – 16 с. Валакин В.П. Получение синтетического этилового спирта. – М.: Химия, 1976. – 104 с.

Задание 7. Производство этилбензола

Этилбензол является сырьем для производства стирола. В

промышленности этилбензол получают взаимодействием бен-

зола с этиленом:

С6Н6 + С2Н4 = С6Н5С2H5.

(1)

Одновременно с основной (1) протекает ряд побочных ре-

акций. Наибольшее значение имеют реакции последовательно-

го алкилирования:

С6Н5С2Н5 + С2Н4 = С6Н4(С2Н5)2,

(2)

26

www.mitht.ru/e-library

С6Н4(С2Н5)2 + С2Н4 = С6Н3(С2Н5)3,	(3)
С6Н3(С2Н5)3 + С2Н4 = С6Н2(С2Н5)4.	(4)

В процессе используют катализатор – комплексное со-

единение AlCl3 и HCl с ароматическими углеводородами, ко-

торый находится в жидкой фазе. Катализатор селективен по отношению к реакции (1) и способствует также протеканию реакции переалкилирования диэтилбензола, содержание кото-

рого в алкилате не превышает 0,08–0,09 мольн. долей:

С6Н4(С2Н5)2 + С6Н6 = 2С6Н5С2Н5.

(5)

Для подавления реакций последовательного алкилирова-

ния и полимеризации этилена берут избыток бензола (мольное отношение этилен : бензол = 0,3÷0,4:1) и проводят процесс при температуре ~ 100°С и давлении ~ 0,15 МПа.

При выбранных условиях основная реакция (1) необрати-

ма. Конверсия этилена 98–100%. Образовавшиеся продукты алкилирования (алкилат) разделяют ректификацией. Непрореа-

гировавший бензол направляют в голову процесса и смешива-

ют со свежей порцией бензола. Небольшие количества диэтил-

бензола возвращают в реактор–алкилатор на переалкилирова-

ние.

Следует отметить, что алкилирование осуществляют

100%-ным этиленом.

27

www.mitht.ru/e-library

Исходные данные для расчета

		Вариант
Показатель
	1	2	3		4
Содержание этилбензола в алкилате,
мольн. доля	0,35	0,40	0,3		0,25
Содержание бензола в алкилате,
мольн. доля	0,55	0,50	0,59		0,66
Содержание диэтилбензола в алки-
лате, мольн. доля	0,09	0,08	0,09		0,08
Содержание тетраэтилбензола в ал-
килате, мольн. доля	0,01	0,02	0,02		0,01
Конверсия этилена, %	100	98	99		98,5
Базис расчета, кг этилбензола	1000	2000	2500		4000

Методические рекомендации по выполнению расчета

Процесс получения этилбензола включает следующие стадии: смешение свежего и оборотного бензола; алкилирова-

ние бензола этиленом, получение катализаторного комплекса;

охлаждение и отмывка алкилата от катализаторного комплек-

са; ректификационное разделение алкилата (выделение целево-

го продукта, непрореагировавшего бензола, диэтилбензола и продуктов более глубокого алкилирования).

При составлении структурной блок–схемы можно не учи-

тывать стадии получения катализаторного комплекса, охлаж-

дения и отмывки алкилата от катализаторного комплекса.

28

www.mitht.ru/e-library

Структурная блок-схема состоит из трёх блоков. Для блока

смешения составляют баланс по бензолу. Для блока алкилиро-

вания - материальные балансы по бензолу и этилену. Продук-

том более глубокого алкилирования являются диэтилбензол и

тетраэтилбензол. В балансе не следует учитывать диэтилбен-

зол, т.к. он переалкилируется в целевой продукт.

Для блока ректификации составляют «базисное» уравне-

ние по этилбензолу и уравнение по тетраэтилбензолу.

Рекомендуемая литература

Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1988. – 592 с. Тимофеев B.C., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1992. – 432 с. Соколов В.З., Харлампович Г.Д. Производство и использование ароматических углеводородов. – М.: Химия, I980. – 334 с.

Задание 8. Производство уксусной кислоты окислением ацетальдегида

Уксусную кислоту получают путем жидкофазного окис-

ления ацетальдегида в присутствии катализатора (ацетат мар-

ганца) при 50–80°С и давлении 0,7 МПа. Основная химическая

реакция:

29

www.mitht.ru/e-library

СН3СНО + 0,5O2 = CH3СOOH.

(1)

Следует отметить, что применение в качестве катализато-

ров солей кобальта, меди и железа, а также снижение темпера-

туры приводят к накоплению пероксиуксусной кислоты

(CH3COOОH), что повышает взрывоопасность производства.

Верхний предел допустимой температуры определяется высо-

кой летучестью ацетальдегида и усилением развития побочных реакций, например, образование метилацетата (2) и этилиден-

диацетата (3):

2CH3CHO + 1,5O2 = СН3СООСН3 + CO2 + H2O, (2)

3СН3СНО + O2 = СН3СН(ОСОСН3)2 + H2O. (3)

В промышленности из-за высокой летучести ацетальде-

гида окисление ведут в растворе уксусной кислоты. Окислите-

лем является технический кислород. Реактором служит колон-

на барботажного типа со змеевиками–холодильниками. Ката-

лизатор подают с охлаждённым ацетальдегидом в нижнюю часть колонны. Из верхней части колонны отводится парогазо-

вая смесь, содержащая уксусную кислоту, азот, непрореагиро-

вавшие ацетальдегид и кислород, а также образовавшийся ди-

оксид углерода и пары воды. Смесь охлаждают, что позволяет практически полностью сконденсировать уксусную кислоту и воду. Большая часть ацетальдегида растворяется в конденсате и вместе с ним возвращается в окислительную колонну. Вы-

хлопные газы (кислород, азот, диоксид углерода и оставшийся ацетальдегид) после санитарной колонны выбрасывают в атмо-

сферу.

30

www.mitht.ru/e-library

Уксусную кислоту (сырец) непрерывно отбирают из окислительной колонны и направляют на ректификацию и очистку. В первой ректификационной колонне отгоняют лёг-

кую фракцию, включающую метилацетат и ацетальдегид. Во второй колонне получают водный раствор уксусной кислоты, а

в кубе остаётся этилидендиацетат.

Исходные данные для расчета

				Вариант
	Показатель
			1	2	3	4
Состав технического кислорода, % (по
объему):
-	кислород		98,0	97,5	97,0	98,5
-	азот		2,0	2,5	3,0	1,5
Состав технического ацетальдегида,		%
(по массе):
-	ацетальдегид		99,3	99,4	99,5	99,6
-	уксусная кислота		0,3	0,25	0,2	0,2
-	вода		0,4	0,35	0,3	0,2
Конверсия ацетальдегида, %			90,0	90,5	90,0	91,0
Селективность образования уксусной ки-
слоты, %			95,5	96,0	96,5	97,0
Селективность превращения ацетальдеги-
да, доли:
– в метилацетат			0,025	0,025	0,020	0,020
– в этилидендиацетат			0,020	0,015	0,015	0,010
Распределение непрореагировавшего аце-
тальдегида, %:
– с выхлопными газами			30,0	31,0	32,0	33,0
– с жидкими продуктами на ректифика-
цию			70,0	69,0	68,0	67,0
Конверсия кислорода, %			92,0	93,0	94,0	95,0
Базис расчета, кг ледяной уксусной ки-
слоты (99,8 %-ный водный раствор по
массе)			1600	1650	1700	1750

31

www.mitht.ru/e-library

Методические рекомендации по выполнению расчета

При составлении структурной блок-схемы можно принять четыре блока: 1- смешение 2- окисление; 3- конденсация и раз-

деление газовых и жидких потоков; 4- ректификация с рецик-

лом по ацетальдегиду.

По первому блоку составляют уравнение по поступаю-

щему на окисление ацетальдегиду, суммируя свежий и воз-

вращающийся после ректификации.

По второму и четвёртому блокам составляют «базисное» уравнение и уравнения образования метилацетата и этилденди-

ацетата. Также составляют балансы по прореагировавшему ки-

слороду и воде.

По третьему блоку составляют балансовое уравнение по выхлопным газам.

Следует считать, что количество уксусной кислоты, кото-

рое используется в качестве растворителя ацетальдегида и ре-

акционной среды, является постоянным. Поэтому при расчете материального баланса учитывают образующуюся по реакции уксусную кислоту и поступающую с техническим ацетальде-

гидом.

32

www.mitht.ru/e-library