2. Прямая гидратация этилена в этанол.

Кат H3PO4

C2H4 + H2O = C2H5OH + 456 кДж тепла.

Разбавление этилена инертными примесями неблагоприятно сказывается на равновесии и скорости этой реакции. По этому исходный газ должен содержать не менее 97 — 99% этилена. При рециркуляции газа постепенно накапливаются инертные примеси. Предельно допустимой считается концентрация этилена в рециркулирующем газе не менее 85%. Для её поддержания проводят отдувку части рециркулирующего газа. Получение этанола прямой гидратацией этилена проводится как в паровой, так и в жидкой фазах. Константу равновесия для реакции можно вычислить по уравнению lgКр = 2100/Т - 0,195.

Что бы сдвинуть равновесие в сторону гидратации этилена, необходимо повышение температуры и давления, но при температурах выше 280 градусов, скорость гидратации очень мала, а применение давления выше 80 ат, экономически не выгодно. Фактическая степень конверсии этилена за один проход составляет 60% от равновесной. Что обеспечивает после конденсации паров получение водного раствора содержащего до 15% этанола. Использование рециркуляции газовой смеси позволяет повысить общий выход спирта до 95% по этилену. За один проход степень превращения всего 1 — 5%. Установлены оптимальные условия взаимодействия газообразного этилена и водяных паров.

T = 280 — 290 гр. цельс.

P = 6 — 8 МПа.

Концентрация этилена85%.

H2O:С2Н4 = (0,6 — 0,75):1

Концентрация фосфорной кислоты на носителе не ниже 83%

объёмная скорость 1800 — 2500 ч^-1

Схема получения этанола.

Очищенный этилен с чистотой 97 - 99% сжатый до давления 7 — 8 МПА, проходит холодильник и маслоотделитель. Потом поступает в теплообменник 2 и в гидрататор 3.

При температуре 280 гр. цельс длина гидрататора 8,5 м. Время контакта 18 — 20 сек. Гидрататор — это полая колонна, корпус и днище которой выложены листами меди во избежание коррозии. Катализатор предсталвляет собой носитель (обычно силикагель) пропитанный фосфорной кислотой содержащей до 35% свободной фосфорной кислоты. Катализатор насыпан высоким слоем на опорный перфорированный кону. В аппарате 3 отсутствуют устройства для дополнительного теплосъма из за малых температур конверсии и не высокго теплового эффекта реакции. По режиму работы гидрататор приближается к адиабатическому реактору идеального вытеснения.

Образовавшаяся в результате реакции смесь продуктов последовательно отдаёт теплоту в теплообменнике 1, конденсируется в водный раствор спирта, который направляется в сборник 4. Газ охлаждается в теплообменнике 5 и направляется в колонну для полного отмытия паров спирта. Отмытый газ после сжатия вновь направляется после сжатия, а спит сырец содержащий 15 % этанола подвергается ректификации. Часть рециркулирующего газа выводится из системы, для поддержания содержания этилена на уровне 85%, и направляется на сжигание. Полученный водный раствор направляется на очистку и ректификацию. Для получения чистого ректификата используется двухколонная ректификация. С верха второй колонны получают этиловый спирт в виде 96 % азеотропа с водой. На одну тонну этилового спирта расходуется 0,685 т этилена, 5,6 кг фосфорной кислоты, два килограмма носителя и 16 кг едкого натра. Срок службы катализатора равен примерно 600 часам.