Синтез этилового спирта

МИНОБРНАУКИ РФ

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра технологии полимерных материалов

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Общая химическая технология»

на тему:

СИНТЕЗ ЭТИЛОВОГО СПИРТА

Выполнила: ст.гр. ХТВМС-0902

Брякина Н.Е.

Принял: доцент кафедры ТПМ

Лагусева Е.И.

 

Тверь 2012

 

Содержание

 

 

              

 

 

Задание

 

 

Произвести технологический расчёт процесса производства синтетического этилового спирта.

Дано:

производительность – 16 тонн в час;

состав этиленовой фракции: этилен – 85%, этан – 15%;

соотношение Н2О : С2Н4 = 1 :0,73 ,

степень превращения по этилену  - 94%; воде – 6%.

Введение

 

 

 

Этилен СН2=СН2, пропилен СН2=СН=СН2, бутилен СН3-СН2-СН=СН2, бутадиен (дивинил) СН2=СН-СН-СН2 будучи очень реакционноспособными соединениями, играют важную роль в промышленности органического синтеза. Из многочисленных реакций, в которые вступают олефины, наибольшее практическое значение имеют процессы полимеризации ( полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, и др. ), гидратации (спирты), хлорирования ( дихлорэтан, хлористый аллил и т.п.), окисления (окись этилена),оксосинтеза и некоторые другие реакции. Широкое распространение получили процессы гидратации олефиновых углеводородов. Таким способом получаются этиловый, изопропиловый, и другие спирты. Этиловый спирт (этанол, метилкарбинол, винный спирт) С2Н5ОН, молекулярны вес 46,07 – важнейший представитель предельных одноатомных спиртов. Этиловый спирт – бесцветная, легко подвижная жидкость со жгучим вкусом и характерным запахом;Тпл =114,15°C ; Ткип = 78,39°C; Твоспл=426°C; границы взрывоопасных концентраций э.с. в воздухе 3,28 - 18,95 об.%; предельно допустимая концентрация паров этилового спирта в воздухе 1000 мг/м. Э.С. смешивается в любых соотношениях с водой, спиртами, эфиром, глицерином, бензином и др. Органическими растворителями, горит бесцветным пламенем.

Этиловый спирт по объему производства занимает первое место среди всех других органических продуктов.

 

1 Литературный обзор

 

 

  1. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: учеб. для вузов по хим.-технол. спец. / Ксензенко, В.И., Кувшинников, И.М., Скоробогатов, В.С., [и др.] ; под ред. В.И. Ксензенко - М.: КолосС, 2003. - 328 с.
  2. Кутепов, А.М. Общая химическая технология: учеб. для вузов по спец. хим.-технол. профиля / Кутепов, А.М., Бондарева, Т.И., Беренгартен, М.Г. - М.: Академкнига, 2003. - 528 с.
  3. Бесков, В.С. Общая химическая технология [Текст]: учеб. для химико-технол. спец. вузов - М.: Академкнига, 2005. 452 с.
  4. Общая химическая технология и основы промышленной экологии [Текст]: метод. указ. / Тверской гос. техн. ун-т; сост.: А.М. Комаров, А.И. Голубев - Тверь: ТГТУ, 1990. 26 с.
  5. .Кузнецова, И.М. Общая химическая технология: материальный баланс химико-технологического процесса [Текст]: учеб. пособие для вузов по напр. "Хим. технология и биотехнология" и хим.-технол. напр. подготовки дипломир. спец. / Кузнецова, И.М., Харлампиди, Х.Э., Батыршин, Н.Н. - М.: Логос, 2007. - 263 с. - (63532-20)  (66; К 89)
  6. Закгейм, А.Ю. Общая химическая технология [Текст]: введение в моделирование химико-технологических процессов;учеб. пособие - М.: Логос, 2009. - 302 с.
  7. Общая химическая технология [Электронный ресурс]: учеб. пособие. Ч. 2 / рянкин, К.В., Утробин, Н.П., Орехов, В.С., Дьячкова, Т.П. ; Тамбовский гос. техн. ун-т - Тамбов: Тамбовский гос. техн. ун-т, 2006. - Внешний сервер.
  8. Патент о производстве этилового спирта [Электронный документ] (http://www.fips.ru/cdfi/Fips2009.dll/CurrDoc?SessionKey=GLSOBB0ESC07X8CUP0HM&GotoDoc=8&Query=2).
  9. Патент о производстве этилового спирта[Электронный документ]. (http://www.fips.ru/cdfi/Fips2009.dll/CurrDoc?SessionKey=GLSOBB0ESC07X8CUP0HM&GotoDoc=6&Query=2).

 

    1. Методы получения

 

 

На сегодняшний день существует два основных способа получения этилового спирта – микробиологический и синтетический. Первый способ предусматривает выделение спирта в процессе брожения органических продуктов. Раствор получается не слишком концентрированным – до 15%, и нуждается в очистке. Синтетический способ – это гидратация этилена, может осуществляться двумя методами: при помощи серной кислоты (сернокислая гидратация) и непосредственным взаимодействием этилена с водяным паром в присутствии катализатора.

 

1.1.1 Получение этилового спирта сбраживанием пищевого сырья

 
            Сбраживание пищевого растительного сырья - наиболее древний способ получения этилового спирта, известный с доисторических времен. Передброжением сырье (сок плодово-ягодных культур, зерно, картофель, меласса - отход сахароварения) очищают, толстокожурное зерно дробят и разваривают 1-2 ч острым паром при давлении 0,4-0,5 МПа для разрушения клеточных оболочек. Крахмалсодержащее сырье перед подачей на брожение осахаривают ферментсодержащим препаратом (солодом или микробными ферментами) при 60 °С. При необходимости сырье подкисляют, добавляют водный раствор аммиака и фосфаты. Брожение происходит в присутствии дрожжей при 15-30 °С, длительность от 10-15 ч до 2-3 сут. Теоретический выход этилового спирта определяется уравнениемнием реакции:

 

С6Н12О6  2С2Н5ОН + 2СО2;

 

     Практический выход 90-93%. Побочно при брожении образуются метанол, спирты С3-С5, глицерин, янтарная кислота, ацетальдегид, сложные эфиры и др. Реакционная смесь после брожения (бражку) очищают на ректификационных установках; остаток от перегонки (барда) идет на корм скоту. Расход пищевого сырья на получение 1 т этилового спирта: картофеля 10-13 т, ячменя 4-5 т, пшеницы и кукурузы 3,5-4 т.

 

1.1.2 Получение этилового  спирта из сульфитных щелоков

Сульфитный щелок, получаемый при сульфитном способе производства целлюлозы после ее отделения, содержит пентозные и сернистую кислоту и др. вещества. Сернистая кислота, фурфурол и формальдегид, препятствующие сбраживанию сахаров  и снижающие биологическую активность дрожжей, удаляются продувкой щелоков воздухом или паром с последующей нейтрализацией раствора известковым молоком гексозные сахара, фурфурол, муравьиный альдегид, свободную до рН 4,2-4,5. После отделения гипсового шлама сульфитный щелок направляется на брожение. Процесс проводят при 30-32 °C

1.1.3 Сернокислотный способ гидратации  этилена.

В 1873 г. А.М. Бутлеров и В. Горяинов  детально изучили сернокислотную гидратацию этилена и предсказали техническое значение этого процесса.  В начале 30-х годов в Советском Союзе М. А. Далиным с сотрудниками были проведены исследования сернокислотной гидратации олефинов, а в 1936 г. в г. Баку была создана первая в СССР промышленная установка по получению этанола из нефтяных газов.

Сернокислотный способ гидратации этилена состоит из следующих основных этапов: 

  • взаимодействия этилена с серной кислотой

1 (1)

1 (2)

  • гидролиза этих образующихся сложных эфиров водой до этилового спирта и серной кислоты:

1 (3)

1 (4)

Наряду с этими основными реакциями происходит образование диэтилового эфира, ацетальдегида, полимеризация этилена и др. Процесс проводится при следующих условиях:

  • Взаимодействие этилена с серной кислотой : темп-ра 75 -80оC ; концентрация Н2SО4 97-98 %; давление 23 -24атм при содержании этилена:65-75%; содержание этилена в отходящем газе 2-5%, плотность экстракта не выше 1,35. Процесс проводят в абсорберах с 20 тарелками, снабженных холодильниками для отвода выделяющегося при реакции тепла. 
  • Гидролиз образовавшихся эфиров темп-ра  100-102°C, давление 3-4 атм.; концентрация кислоты в гидролизате  43-47%; время гидролиза 30 мин. Продукты реакции, содержащие воду, серную кислоту, спирт, эфир, полимеры и часть неразложившегося этилсульфата , направляются на отпарную  колонну, откуда кислая парогазовая смесь поступает на промывку, нейтрализацию и конденсацию. Спирт-сырец,  содержащий 30-40% этилового спирта,  4-5% диэтилового эфира и 60 - 65 % воды, направляется на ректификацию. Отработанная кислота упаривается до концентрации 74-75% и используется далее в производстве суперфосфата. Диэтиловый эфир либо гидратируется в этиловый спирт , либо возвращается в цикл производства. Превращение этилена в этиловый спирт составляет около 90 % ( с учетом использования эфира).

В то же время был разработан новый способ получения этанола – прямая гидратация этилена, который не требовал использования серной кислоты, что позволяло исключить одну из стадий процесса, сделав его тем самым более экономичным. Более того, прямая гидратация позволяет получить более высокий выход продукта и отличается высокой экологичностью.

1 (5)

Прямая гидратация этилена имеет ряд преимуществ перед сернокислотным методом: исключение расхода серной кислоты и минимальные потребности в других реагентах, кроме этилена и водяного пара, одностадийность процесса, более высокий выход спирта. Недостатками прямой гидратации является частая замена катализатора и использование более дорогих концентрированных этиленовых фракций. Процесс синтеза этилового спирта прямой гидратацией этилена технически более прогрессивен, чем сернокислотной гидратацией, поэтому он получил значительно большее распространение в промышленности. Характерной особенностью процесса прямой гидратацией этилена является низкая конверсия исходного сырья – порядка 5% за один проход. Таким образом, для полного использования этилена он должен быть пропущен через систему 18-20 раз.

Другой метод, основанный на переработки растительного сырья, заключается в гидролизе древесины. Древесина содержит до 50% целлюлозы, и при её гидролизе водой в присутствии серной кислоты образуется глюкоза, которую затем подвергают спиртовому брожению:

1 (6)

1 (7)

 

 

 

    1. Сферы применения.

 

 

Спирт этиловый имеет очень широкое применение; в зависимости от сферы его использования различают технический и пищевой спирты:

  • Широко применяется спирт в пищевой промышленности, значительная его часть идет на изготовление алкогольных напитков, также он используется как консервант для хлебобулочного и кондитерского производства.
  • Кроме того, спирт является одним из компонентов для изготовления одеколонов, аэрозолей и духов, некоторой косметики.
  • Очень важную роль спирт этиловый играет в медицине: для дезинфекции и как сосудорасширяющее средство, при лечении ожогов, для приготовления различных настоек.
  • В химической промышленности спирт применяется как растворитель для лакокрасочных материалов, как сырье для изготовления хлороформа, уксусной кислоты, диэтилового эфира и других веществ. Входит в состав антифриза и некоторых средств бытовой химии.
  • Также спирт этиловый используется в автомобильном топливе и топливе для реактивных двигателей. Применение этанола как компонента топлива повышает октановое число и снижает концентрацию вредных веществ в выхлопных газах. Содержание спирта в топливе может быть различным: от 10 до 85%. Наиболее широкое применение топливо с 85% содержанием этилового спирта - Е85 - получило в Бразилии, где очень популярны «гибридные» автомобили, способные работать и на бензине и на Е85. Топливо с содержанием этанола до 20% применяется во многих европейских странах и может быть использовано в любых авто.

 

 

    1. Источники сырья.

 

 

Исходным  сырьем при получении спирта из пищевых материалов являются

растительные продукты, содержащие углеводы: моно- или дисахариды, главным образом глюкозу и сахарозу, а также полисахариды – крахмал. Позже стали применять древесную целлюлозу, которая гидролизом превращается в глюкозу.

Непосредственно сбраживанию с образованием этилового спирта подвергаются только моносахариды, поэтому сахар или крахмал под влиянием ферментов, содержащихся в дрожжах, превращаются в моносахариды:

1 (8)

Процесс брожения с образованием этилового спирта

1 (9)

происходит под влиянием бактерий. Наряду с этиловым спиртом в небольшом количестве получаются высшие спирты.

Глюкоза может быть получена и из древесной целлюлозы гидролизом. Гидролиз осуществляется при действии концентрированной соляной кислоты (41% -ной) или разбавленной серной кислоты (0,4 % -ной) при 150-170º С:

1 (10)

Таким образом, сырьем для производства технического этилового спирта могут быть крахмалосодержащие вещества ( различные виды зерна, картофель) или сахаросодержащие продукты ( сахарная свекла, сахарный тростник и отходы от производств сахара). При производстве гидролизного этилового спирта исходным сырьем являются отходы деревообрабатывающих заводов – опилки.

При производстве синтетического этилового спирта сырьем служит этилен, который получается при пиролизе газового сырья или нефтяных дистилляторов. Для получения этилового спирта этилен подвергается сернокислотной или прямой гидратации на твердых фосфорнокислых катализаторах:

1 (11)

Трудовые затраты при производстве этилового спирта из пищевых продуктов или древесных опилок очень велики, поэтому значительно выгоднее исходить из дешевого углеводородного сырья и получать спирт гидратацией этилена.

 

  1. Физико-химические основы процесса.

 

 

    1. Механизм процесса.

 

 

Присоединение воды к олефинам всегда происходит по правилу Марковникова. Поэтому первичный спирт можно получить только из этилена; из других олефинов получаются вторичные или третичные спирты.

Механизм прямой гидратации олефинов в присутствии фосфорной кислоты был предложен Н.М.Чирковым. По его мнению,при контакте этилена с пленкой кислоты происходит образование карбониевого иона.

Первая стадия заключается в физическом растворении этилена в пленке фосфорной кислоты на поверхности носителя. Затем происходит отщепление протона от молекулы кислоты:

1 (12)

Известно, что олефины , как и ароматические углеводороды, являются слабыми основаниями, поэтому прямую гидратацию этилена можно рассмтривать как реакцию электрофильного присоединения. Этилен образует с протоном П-комплекс, который переходит в более стабильный ион карбония:

1 (13)

Далее ион карбония взаимодействует с водой за счет неподеленной электронной пары атома кислорода; в данном случае проявляется нуклеофильность воды, обладающей амфотерными свойствами. В результате образуется ион алкоксония, который отщепляет протон с образованием спирта:

1 (14)

В последней стадии происходит отщепление протона:

1 (15)

 

Кислотный катализ, таким образом, сводится к гомогенному катализу в растворе, каковым является пленка катализатора.

 

 

 

    1. Кинетика и термодинамика процесса.

 

 

Рассмотрим равновесие основной реакции: гидратации - внутримолекулярной дегидратации:

1 (16)

Она протекает с выделением тепла, следовательно ее равновесие смещается вправо при понижении температуры. Дегидратации, наоборот, способствует нагревание. Равновесие невыгодно для гидратации олефинов, так как при 150-300о. С, когда катализаторы процесса достаточно активны, DGо имеет большую положительную величину и равновесие смещено в сторону дегидратации. При этом для олефинов разного строения различия в термодинамике рассматриваемых  реакций незначительны. Как показывает стехиометрия реакций, на их равновесие можно влиять, изменяя давление. Внутримолекулярной дегидратации, идущей с увеличением числа молей веществ, способствует пониженное или обычное давление. Наоборот, гидратации олефинов (в том числе и этилена) благоприятствует высокое давление, увеличивающее равновесную степень конверсии олефина. Так, последняя при 250-300о С и атмосферном давлении составляет всего 0,1-0,2%, что совершенно неприемлемо для практических целей, но при 7-8 Мпа и тех же температурах она возрастает до 12-20Мпа.

Рассмотрим теперь равновесие в системемежмолекулярная дегидратация спиртов - гидролиз простых эфиров:

1 (17)

В случае этанола ее равновесие описывается уравнением

1 (18)

показывающим, что оно смещается вправо при снижении температуры. Следовательно, при 200-400о С внутри- и межмолекулярная дегидратация конкурируют друг с другом. Термодинамическим методом регулирования направления этих реакций является изменение давления: на образование простого эфира оно не влияет, но получению олефина его снижение благоприятствует.

 

 

 

    1. Методы выделения продукта из реакционной смеси.

 

По технологической схеме прямой гидратации этилена, описанной в данной курсовой работе, отделение спирто-водного конденсата от этилена происходит в сепараторах, после чего спирто-водный раствор и все потоки спирто-водного конденсата после освобождения от растворенного этилена поступают на ректификацию. Газ, отходящий из сепараторов, содержит в себе примеси спирта. Для отделения от этих примесей газ направляется в водяной скруббер, а затем поступает на циркуляционный этиленовый компрессор. Ректификация осуществляется в колонне азеотропной ректификации, работающей по стандартной схеме. В ней от избытка воды отгоняется азеотроп спирт-вода. Спирт-ректификат содержит некоторый избыток воды, концентрация спирта в нем составляет 90-92%. С низа колонны выводится фузельнвя вода.

 

 

2.4 Катализаторы

 

Промышленные катализаторы должны удовлетворять ряду требований, предъявляемых технологией. Катализаторы должны быть активными к данной реакции, возможно более стойкими к действию контактных ядов, сравнительно дешевыми, обладать высокой механической прочностью, термостойкостью, определенной теплопроводностью и т.п. Поэтому применяемые на практике катализаторы редко являются индивидуальными веществами и, как правило, представляют собой сложные механические смеси, называемые контактными массами. В состав контактной массы входят в основном три составные части: собственно катализатор, активаторы и носители.

Носителями называются термостойкие инертные пористые вещества, на которые тем или иным способом наносят катализатор. Использование носителей преследует как технологические, так и экономические цели. Во-первых, при этом создается пористая контактная масса с богато развитой внутренней активной поверхностью, увеличивается ее механическая прочность и термостойкость, во-вторых экономится дорогой катализатор (платина, никель, пятиокись ванадия и т.п. ) .В некоторых случаях сами носители могут быть активаторами. К типичным носителям катализаторов относятся силикагель, алюмосиликат, асбест, пемза, кизельгур, уголь, каолин, некоторые соли.

Поскольку любой каталитический процесс протекает на поверхности контактной массы, скорость и глубина такого процесса во многом определяется величиной поверхности катализатора. Одной из основных характеристик контактных масс является величина удельной поверхности Sуд. ,т.е.  поверхность единицы веса или объема катализатора. Для большинства промышленных катализаторов Sуд составляет от нескольких десятков до нескольких сотен м2/г. Чтобы обеспечить столь высокую удельную поверхность, контактные массы должны быть материалами с высокой пористостью. Мелкие поры, пронизывая зерно контактной массы, создают внутреннюю поверхность, которая, как правило, в несколько сотен раз больше ее наружной поверхности.

В производстве этанола прямой гидратацией этилена наиболее широкое применение получил фосфорнокислотный катализатор на твердом носителе.

Катализаторы прямой гидратации не должны разрушаться под действием влаги, поэтому такой катализатор, как фосфорная кислота на кизельгуре, неприменим - он не имеет скелета и легко разрушается. В качестве носителя для фосфорной кислоты применяют силикагель или алюмосиликат. Чаще всего используют шариковый широкопористый силикагель, обработанный водяным паром с целью снижения удельной поверхности и подавления побочных реакций уплотнения.

Носитель пропитывают 65 %-ной фосфорной кислотой и сушат при 100о С. Готовый катализатор содержит 35-40% Н3РО4 85 %-ной концентрации.

В условиях реакции фосфорная кислота, осажденная на носителе, растворена в пленке воды, адсорбированной на поверхности пор, и реакция фактически протекает в жидкой пленке фосфорной кислоты. Кислотный катализ, таким образом ,сводится к гомогенному катализу в жидкостной пленке катализатора.

Существенными недостатками фосфорнокислотного катализатора являются его коррозионная агрессивность и постепенный унос кислоты с поверхности носителя. Эти недостатки могут быть полностью устранены при использовании нейтральных катализаторов - вольфрамовых и кремневольфрамовых.

Разработаны процессы гидратации этилена на нейтральном катализаторе в жидкой фазе при 250-300о С и 30 Мпа и при 300о С и 14 Мпа. В этих случаях процесс ведут в колонне высокого давления, где на тарелках помещен катализатор - оксиды вольфрама на силикагеле (15-20 % WO3 ). Этилен и воду подают в верхнюю часть колонны, а снизу отводят 10 %-ный спирт. В этом процессе не требуется расходовать большое количество тепла на испарение воды и перегрев водяного пара.

Разработаны и другие активные вольфрамовые катализаторы, содержащие 40-60% триоксида вольфрама на широкопористом силикагеле типа SiO2∙12WO3∙7Н2О с добавкой борной кислоты. Катализаторы этого типа готовят, пропитывая силикагель раствором вольфрамата аммония и прокаливая затем при 400о С . Они не нуждаются в последующем восстановлении. Добавление в состав катализатора 5-10% борной кислоты существенно повышает его активность. Наиболее активный катализатор, содержащий 60% WO3 и 5% В2О3 на силикагеле, применяется в интервале 200-240о С и 1,5-2,5Мпа, т.е. в более мягких условиях- при конверсии 5,5%.

Вольфрамовые катализаторы более активны, чем фосфорнокислотные, и могут работать в более мягких условиях. Однако они значительно дороже, ибо вольфрам - дефицитный материал, поэтому такие катализаторы не нашли широкого промышленного применения.

 

 

    1. Влияние основных параметров на скорость процесса.

 

2.5.1 Температура.

Реакцию прямой гидратации этилена желательно проводить при невысоких температурах. Однако практически выбор температуры лимитируется скоростью реакции и активностью применяемых катализаторов.С повышением температуры, при прочих равных условиях, равновесная степень превращения этилена в спирт снижается. Однако при низких температурах активность фосфорнокислотного катализатора очень мала. Так, степень конверсии этилена при 280-290о С достигает лишь 4-5%, а при более низких температурах она еще меньше.На практике процесс прямой гидратации в паровой фазе в присутствии фосфорнокислотного катализатора ведут в интервале 260-300о С.

 

2.5.2 Влияние давления.

Повышение давления благоприятствует реакции гидратации, причем оптимальное давление составляет 6,7-8 Мпа . Это давление связано с процессом абсорбции этилена фосфорной кислотой. Оптимальное парциальное давление водяных паров равно 2,7-3 Мпа ; оно и определяет мольное соотношение водяных паров и этилена. Оптимальное парциальное давление этилена составляет 3,5-3,7 Мпа. Общее давление складывается из парциальных давлений воды, этилена и примесей. При концентрации этилена в циркулирующем газе 80-85% общее давление системы получается равным 7-8 Мпа.

 

2.5.3 Влияние мольного соотношения воды и этилена

Согласно термодинамическим данным, с увеличением отношения Н2О: С2Н4 c 0,5 :1 до 1 : 1 значительно повышается степень конверсии олефина. Однако экспериментальные данные отличаются от термодинамических: с увеличением отношения Н2О : С2Н4 до 0,7-0,75 степень конверсии этилена действительно возрастает, но при дальнейшем его увеличении она снижается.

Установлено также, что от соотношения Н20 : С2Н4 зависит и активность катализатора гидратации. Оптимальная концентрация фосфорной кислоты в жидкостной пленке на пористом носителе составляет 83-85%. Эта величина зависит от парциального давления водяного пара, которое определяется общим давлением в системе и мольным отношением вода : этилен. Оптимальная концентрация Н3РО4 наблюдается при соотношении Н2О : С2Н4 = 0,75:1. С дальнейшим ростом этого соотношения возрастает количество воды в пленке, уменьшается концентрация кислоты и снижается степень конверсии этилена. Поэтому в промышленных условиях принято мольное соотношение Н2О : С2Н4=(0,6-0,7) : 1.

2.5.4 Концентрация исходных веществ (реагентов)

Повышение концентрации этилена в циркулирующем газе при постоянной циркуляции способствует повышению производительности реактора и снижению расхода пара, электроэнергии и катализатора на 1 т спирта. В то же время для поддержания более высокой концентрации этилена в газе необходимо увеличивать долю газа, выводимого из системы для удаления инертных примесей, а это отрицательно влияет на себестоимость спирта. Оптимальной концентрацией этилена в циркулирующем газе является 90-92% (об.). повышение концентрации этилена сверх 93% (об.) нецелесообразно, так как это значительно увеличивает себестоимость спирта. 

  1. Патентная проработка

 

 

 

Авторы Дячкина А.Б., Моисеенко В.С. предложили способ получения этилового спирта. Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ получения этилового спирта предусматривает приготовление замеса, его разваривание, осахаривание, пастеризацию полученного сусла, его охлаждение до температуры 50-52°С, внесение серной кислоты и азотистого питания, охлаждение сусла до температуры 30°С, внесение засевных дрожжей, брожение. Перед внесением засевных дрожжей на стадии охлаждения вносят следующие компоненты - тиамина мононитрат, пантотенат кальция, биотин, цианокобаламин, сульфат марганца, сульфат цинка, сульфат меди. Изобретение позволит сократить продолжительность брожения, повысить выход и качество спирта.[ 8, Приложение. Б]

Авторы Востриков С. В., Яковлев А. Н., Бушин М. А. предложили способ получения этилового спирта. Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ получения этилового спирта предусматривает приготовление замеса, разваривание крахмалосодержащего сырья, его осахаривание, внесение протеолитического ферментного препарата Нейтраза в количестве 0,3 ед ПС/г сырья при температуре 53-55°С в течение 22-25 мин, сбраживание, выделение этилового спирта из бражки брагоректификацией. Изобретение позволяет увеличить выход этилового спирта и улучшить его качество. .[ 9, Приложение. В]

 

  1. Технологическая часть

 

 

 

Основной особенностью процесса прямой гидратации этилена является малая степень конверсии этилена за один проход - не выше 4,5%. Этим обусловлена необходимость рециркуляции значительных его количеств.

Ввиду высокой кратности циркуляции этилена в системе возможно накопление инертных примесей, поэтому содержание их в исходном этилене не должно превышать 2-5%. Эти примеси представляют собой метан и этан. В результате циркуляции непревращенного этилена концентрация примесей в циркулирующем этилене возрастает, а концентрация этилена снижается. Заданную концентрацию этилена в циркуляционном газе поддерживают путем отдувки части циркулирующего газа в систему газофракционирования. Поскольку в циркулирующем этилене инертных примесей больше, чем в свежем, при отдувке можно вывести из системы все поступающие туда инертные примеси.

Большие объемы циркулирующего газа нужно охлаждать после реакции и вновь нагревать перед подачей в реактор, поэтому при гидратации большую роль играет выбор эффективных способов охлаждения.

Важное значение в процессе имеет также регенерация тепла, необходимая для снижения расхода пара или топлива на нагрев сырья и уменьшения расхода воды на охлаждение продуктов. Кроме того, при рациональной схеме регенерации тепла может быть значительно понижен или полностью исключен расход пара высокого давления, необходимого для проведения собственно гидратации.

Реакция прямой гидратации этилена идет с выделением значительного количества тепла. Однако вследствие низкой степени конверсии этилена выделяющееся тепло расходуется на нагревание самого этилена и водяного пара, причем в реакторе адиабатического типа (без отвода тепла) перепад температуры парогазовой смеси не превышает 10-20оС, что вполне допустимо. Поэтому проблемы отвода тепла в этом процессе не возникает.

Еще одной особенностью процесса является унос фосфорной кислоты вследствие пропускания значительного количества парогазовой смеси через слой катализатора. Унос кислоты парогазовой смесью, по опытным данным, составляет 0,5г/ч с 1 л катализатора или 1,5-3 кг в расчете на 1 т спирта.

Активность катализатора в процессе работы снижается вследствие уноса кислоты и зауглероживания. Срок службы катализатора составляет 400-500 ч. Затем катализатор регенерируют путем выжигания кокса и нанесения фосфорной кислоты. Срок службы катализатора можно увеличить до 900-1000 ч, добавляя фосфорную кислоту в парогазовую смесь на входе в реактор.

В качестве сырья для процесса прямой гидратации используется технический этилен, содержащий 98-99,9% С2Н4.