синтез и анализ ХТС в производстве этилового спирта

Изображение графических моделей ХТС1.4.1 Функциональная схемаРисунок 5 – Взаимосвязь потоков при гидратации этилена1.4.2 Структурная схемаРисунок 6 – Схема производства этилового спирта 1 – циркуляционный компрессор; 2, 3 – теплообменники-рекуператоры теплоты; 4 – теплообменник-подогреватель; 5 – гидрататор; 6 – нейтрализатор; 7 – насос для подачи подщелоченного раствора; 8, 9 – котлы-утилизаторы теплоты; 10, 12 – сепараторы высокого давления; 11, 14 – холодильники; 13 – скрубберI – свежий этилен; II – пар (10 МПа); III – водно-спиртовой конденсат со щелочью; IV – пар; V – отдувка; VI – вода, VII – водяной конденсат; VIII – водно-спиртовой конденсат на ректификацию1.4.3 Операторная схема1.4.4 Технологическая схемаПроцесс прямой гидратации этилена проходит постадийно:компримирование этилена; приготовление парогазовой смеси и ее подогревание; контактирование парогазовой смеси с катализатором; нейтрализация фосфорной кислоты, уносимой из реактора; охлаждение парогазовой смеси и конденсацию паров спирта и воды; ректификация спирта-сырца. Рисунок 7 – Технологическая схема производства этилового спирта1,2 – компрессоры; 3 – трубчатая печь; 4 – теплообменник; 5 – реактор; 6 – солеотделитель; 7 – холодильник; 8,10 – сепараторы; 9 – абсорбер; 11 – колонна отгонки лёгкой фракции; 12 – этанольная колонна; 13 – установка ионообменной очистки оборотной водыТехнологические схемы синтеза этанола различаются способами получения водяного пара и системами утилизации тепла. В наиболее совершенных схемах водяной пар для синтеза получают путем рецикла воды после отделения этанола и использованием водяного конденсата.Свежий и оборотный этилен сжимают в компрессорах 1,2 до 0,8Мпа, смешиваются с водяным паром, подогреваются в теплообменнике 4 теплом отходящей от реактора смеси и перегреваются в трубчатой печи 3 до 275 0С, после чего подаются в реактор-гидрататор 5. Перед входом в реактор в поток вбрызгивается фосфорная кислота для подпитки катализатора, что продлевает срок его службы.Реактор представляет собой полую колонну высотой 10 м и диаметром 1,5 м, работающую в режиме идеального вытеснения. Для исключения влияния коррозии от фосфорной кислоты изнутри он выложен листами красной меди.Реакционные газы содержат пары унесенной фосфорной кислоты, которая нейтрализуется гидроксидом натрия, а образующиеся соли выделяются в солеотделителе 6. Унос фосфорной кислоты составляет 0,4 – 0,5 т/час с 1 м3 катализатора.Теплота отходящих реакционных газов регенерируется в теплообменнике 4 для нагрева входящей смеси. В холодильнике 7 происходит конденсация продуктов реакции, а в сепараторе 8 разделяются жидкие и газовые потоки. Вода, как менее летучий компонент, конденсируется с большей полнотой. Поэтому для дополнительного выделения спирта производится его отмывка водой в абсорбере 9. Непрореагировавший газ, содержащий 90 –92% этилена, рециркулируют компрессором 2, а часть его сбрасывают, чтобы избежать накопления примесей в системе. Отдувка составляет примерно 20% от введенного этилена и направляется на установку газоразделения для выделения этилена.Водный конденсат после сепаратора 8 и жидкость из абсорбера 9 дроссилируют (сбрасывают давление), в результате чего выделяются растворенные газы, отделяемые в сепараторе низкого давления 10 и направляемые в топливную линию.Жидкая фаза из сепаратора 10 представляет собой 15%-ный водный раствор этанола, содержащий примеси диэтилового эфира, ацетальдегида и низкомолекулярных полимеров этилена. Этот раствор подвергают ректификации в ректификационных колоннах 11 и 12. В первой отгоняют наиболее летучий диэтиловый эфир и ацетальдегид, а во второй – этиловый спирт в виде азеотропной смеси, содержащей 95% этанола и 5% воды. Обогрев колонны осуществляется острым паром. В кубе колонны 12 остается вода, которую очищают от соли в ионообменной установке 13 и возвращают на гидратацию, организуя замкнутый цикл по технологической воде. Это позволяет значительно снизить расход свежей воды, исключить сброс отработанной воды в стоки и сократить потери этанола.При необходимости получения безводного спирта этанол – ректификат направляют в дегидрататор.Расход этилена на производство 1 т этилового спирта составляет 0,7 т (теоретический расходный коэффициент 0,61 т этилена). В структуре себестоимости спирта 30% приходится на стоимость сырья.Достигнутые на данный момент показатели потребления ресурсов:электроэнергия – 1100 кВт·ч/т;теплоэнергия – 5,02 Гкал/т;вода оборотная – 930 м3/т.2 АНАЛИЗ ХТС2.1 Иерархическая структура ХТС2.2Функционирование ХТСОсновной особенностью процесса прямой гидратации этилена является малая степень конверсии этилена за один проход. 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 10-20о С, 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.Технологическая установка производства этанола прямой гидратацией этилена состоит из трех отделений: гидратации этилена, ректификации водно-спиртового конденсата, катализаторного отделения.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной работе представлен технологический процесс производства этилового спирта каталитической гидратацией этилена в паровой фазе. Описаны условия проведения синтеза, свойства сырья и целевого продукта. Приведена технологическая схема, описано оборудование. В ходе данной работы убедились, что гидратация этилена - наиболее эффективный способ производства этилового спирта, позволяющий экономить по сравнению с его получением из пищевого сырья. Кроме того, процесс прямой гидратации этилена протекает в одну стадию, что обуславливает более высокий выход спирта. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫКононова Г. Н., Сафонов В. В. Производство этилового спирта прямой гидратацией этилена. Учебное пособие. Издание 3-е, перераб. - М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2006. – 26 с.Тимофеев В. С., Серафинов Л. А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза : учеб. пособие для вузов. 2-е изд., М. Высшая школа : 2003. – 536 с. Валакин В. П. Получение синтетического этилового спирта. М. : Химия, 1976. - 104 с. Общая химическая технология/ Под ред. И.П. Мухленова. В 2-х частях. Часть 2 – Важнейшие химические производства. – М.: Высшая школа, 1977. – 287 с.Адельсон С. В., Вишнякова Т. П., Паушкин Я. М. Технология нефтехимического синтеза. Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. – М.: Химия, 1985. – 608 с.Соколов Р.С. Химическая технология: учебное пособие для студентов ВУЗов: в 2 томах:Гуманит. Изд. центр ВЛАДОС, 2003.т.2. – 368с.ИТС 18-2016 Производство основных органических веществ