Московская Государственная Академия Тонкой Химической Технологии им. М.В. Ломоносова

Кафедра ОХТ

Курсовая работа

Тема: «Производство этилового спирта»

Вариант №1

Разработал: Леонов Д.М.

Группа: ХТ-405

Москва 2003 год

I. Введение

В настоящее время этиловый спирт по объему производства занимает одно из первых мест среди продуктов органического синтеза. Он широко используется в пищевой, медицинской и парфюмерной промышленности, в качестве растворителя, антифриза, синтетического каучука, искусственного шелка, бездымного пороха и полупродукта основного органического синтеза при получении ацетальдегида, хлороформа, уксусной кислоты, диэтилового эфира. В последнее время резко возросло потребление этанола в микробиологической промышленности при производстве кормовых дрожжей для животноводства. Мировое производство спирта составляет около 4 млн. тонн в год. В этой связи производство этилового спирта относится к разряду крупнотоннажных, что следует учитывать при выборе способа производства. Последнее должно отвечать экологическим требованиям и быть экономически оправданным.

II. Характеристика исходного сырья

2.1 Сырьевая база

Для получения этилового спирта могут быть использованы различные методы:

1) ферментация (брожение) различных природных продуктов, содержащих в своем составе крахмал или сахар, например, картофель, зерно и др.;

2) сернокислая жидкостная гидратация этилена (открыт А.М.Бутлеровым);

3. прямая гидратация этилена.

В промышленности для технических целей реализуются два последних метода (первый способ сохранился и до сих пор, но он связан с большими затратами пищевого сырья и не может удовлетворить промышленность), из которых предпочтение в настоящее время отдается прямой гидратации.

Основными источниками низших олефинов являются:

• промышленные газы нефтеперерабатывающих заводов, образующиеся при деструктивной переработке нефтяного сырья. Так, пиролизный газ содержит до 45–50% олефинов и в том числе более 20% этилена;

• газы, получаемые дегидрированием при высокой температуре газообразных парафиновых углеводородов, как природных, так и промышленных;

• коксовый газ с содержанием до 2% этилена, из которого при фракционном глубоком охлаждении получают, в частности, этан – этиленовую фракцию с содержанием этилена 25–35%.Концентрирование и выделение этилена из газовых смесей осуществляется с помощью сорбционных, хемосорбционных методов и конденсационной ректификации. Последняя получила наибольшее распространение, т.к. позволяет из сложной смеси водорода, предельных и непредельных углеводородов, содержащей 20–35% этилена, получить этиленовую фракцию с концентрацией 96–99% этилена.

2.2 Сернокислотная гидратация этилена

Этот способ, открытый А.М.Бутлеровым, состоит из следующих четырех стадий:

1. абсорбция этилена серной кислотой с образованием сернокислотных эфиров;

2. гидролиз эфиров с образованием спирта;

3. выделение спирта и его ректификация;

4. концентрирование серной кислоты;

Взаимодействие между этиленом и серной кислотой состоит из двух этапов: первый – физическое растворение этилена (при 70–90С) в серной кислоте (96–98%)и второй – гомогенное взаимодействие обоих компонентов с образованием алкилсульфатов с их последующим гидролизом:

С₂Н₄ + Н₂SО₄  С₂Н₅ОSО₃Н С₂Н₄ +С₂Н₅ОSО₃Н  (С₂Н₅)₂SО₂; С₂Н₅ОSО₃Н + Н₂О  С₂Н₅ОН + Н₂SО₄; (С₂Н₅)₂SО₂ + 2Н₂О  2С₂Н₅ОН + Н₂S Кроме основных реакций идет образование диэтилового эфира, ацетальдегида, а также наблюдается полимеризация этилена: (С₂Н₅)₂SО₂ + С₂Н₅ОН  С₂Н₅ОС₂Н₅ + С₂Н₅ОSО₃Н (С₂Н₅)₂SО₂ + Н₂О  С₂Н₅ОС₂Н₅ + Н₂SО₄

Для подавления этих реакций необходимо при гидролизе удалять образующийся спирт.

Недостатки процесса.

1) Основной недостаток рассматриваемого процесса – полученный продукт сильно загрязнен серной кислотой.

2)Оставшаяся после гидролиза кислота имеет концентрацию 40–50% (до 25 тонн на 1 тонну этанола). Ее используют для получения сульфата аммония или концентрируют, чтобы вернуть на абсорбцию и организовать ее рециркуляцию. Концентрировать серную кислоту удаётся лишь до 88 – 90%, кроме того, процесс концентрирования из-за высокой температуры топочных газов приводит к ощутимым потерям серной кислоты. Наличие этой отработанной кислоты и необходимости ее утилизации – еще один существенный недостаток сернокислотной гидратации олефинов, так как необходимы большие капиталовложения на сооружение установок по концентрированию серной кислоты и их эксплуатация.

3) Малоэффективность однократного экстрагирования полимеров «зеленым маслом»

При принятом методе экстрагирования в экстракт переходит 70 – 75% полимеров. Значит, до 30% полимеров остаётся в раздавленной серной кислоте и проскакивает в аппараты концентрирования, где в условиях высокой температуры взаимодействуют с кислородом серной кислоты с выделением SO₂ в атмосферу и соответствующими потерями серной кислоты;

По сернокислому методу из 1 тонны этилена вырабатывается 1,2 тонны спирта-ректификата и около 100 кг этилового эфира. Превращение этилена в спирт достигает 90%

Преимущества процесса

Главным преимуществом сернокислотной гидратации по сравнению с прямой гидратацией является возможность применения неконцентрированной этиленовой фракции, так как её концентрирование связано с большими капитальными и эксплуатационными затратами.