42. Производство этанола. Технологичемкие схемы по двум способам.

Этанол по объему производства занимает первое место среди всех других органических продуктов. Этанол получают гидратацией олефиновых углеводородов. Его применяют для получения каучука, уксусной кислоты, шелка, лекарств, пороха и др.

Гидратация осуществляется двумя методами: при помощи серной кислоты и при взаимодействии этилена с водяным паром в присутствии катализаторов.

СЕРНОКИСЛОТНЫЙ способ состоит из 1- абсорбция этилена кислотой и образование сернокислых эфиров; 2-гидролиз эфиров; 3- выделение спирта и его ректификация; 4- концентрирование серной кислоты.

Взаимодействие кислоты с этиленом состоит из физического растворения этилена в кислоте и взаимодействие компонентов с образованием алкилсульфатов. С₂Н₄ + Н₂SО₄ ↔ С₂Н₅ОSО₃Н

С₂Н₄ + С₂Н₅ОSО₃Н ↔ (С₂Н₅О)₂SО₂

Растворимость этилена увеличивается с повышением концентрации кислоты, поэтому применяют 97-98% серную кислоту, t = 65-75. Большое значение имеет интенсивность перемешивания, поэтому применяют барботажные колонны. На второй стадии происходит гидролиз по уравнениям: Н₂О + С₂Н₅ОSО₃Н ↔ С₂Н₅ОН +Н₂SО₄

(С₂Н₅О)₂SО₂ + 2Н₂О ↔ 2С₂Н₅ОН +Н₂SО₄

1. абсорбер, 2- теплообменник, 3- гидролизер, 4- отпарная колонна, 5- нейтрализационная колонна.

Этилен поступает в абсорбер под давлением 2-2,2 МПа в нижнюю часть, а сверху серная кислота.. При абсорбции выделяется большое количество теплоты, которое отводиться через холодильник., далее раствор направляется в гидрлизер. Время гидролиза 30 мин. Получившаяся смесь поступает в отпарную колонну, где происходит окончательный гидролиз. Выходящая парогазовая смесь на промывку, нейтрализацию и конденсацию. Полученный спирт- сырец поступает затем на ректификацию.

Для получения 1 тонны спирта на абсорбцию идет около 2 тонн кислоты.

ПАРОФАЗНАЯ КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ГИДРАТАЦИЯ. Процесс гидратации – экзотермическая обратимая реакция. С₂Н₂ + Н₂О → С₂Н₅ОН

Чтобы равновесие сдвинуть в сторону спирта, необходимо понижение температуры и повышение давления, но при 280° скорость гидратации очень мала, а применение давления выше 8 МПа экономически не рентабельно. В качестве катализатора используют фосфорную кислоту.

Оптимальные условия взаимодействия этилена и водяных паров: 1- t = 280-290; 2- давление 6-8 МПа; 3- концентрация этилена 80-85%; 4- молярное отношение воды к этилену 0,6-0,75:1; 5- концентрация фосфорной кислоты не ниже 83%; 6- объемная скорость 1800-2500 ч^-1. Это позволяет получить спирт 15-16%, полезное использование этилена 95%.

1. трубчатый теплообменник, 2- печь, 3- реактор, 4- сборник, 5- холодильник,6- промывная колонна с насадкой.

Схема состоит из нескольких операций: 1- приготовление исходной парогазовой смеси; 2- гидратация этилена; 3- нейтрализация паров продуктов, образующихся в результате реакции; 4- рекуперация теплоты; 5- очистка циркулирующего газа.

Гидратация этилена проводиться в контактном аппарате с красной медью. Этилен смешивается с парами и направляется в теплообменник и затем в печь.. откуда парогазовая смесь при 280 градусах поступает в гидратор, время контакта 18-20 с. Образовавшаяся смесь продуктов последовательно отдает теплоту в теплообменнике, конденсированный раствор спирта потом охлаждается в холодильнике. Полная отмывка газа идет в скруббере.

На 1 тонну спирта расходуется 0,685 тонн этилена и 5,6 кг фосфорной кислоты, 16 кг едкого натрия.