Синтез этилового спирта (стр. 1 из 11)
Министерство образования и науки РФ
Тверской государственный технический университет
Кафедратехнологии полимерных материалов
Курсовая работа по теме:
«Синтез этилового спирта»
Выполнила: Дмитриева А.В.
БТ-0609
Принял: Лагусева Е.И.
ст.препод. кафедры ТПМ
Тверь 2008
СОДЕРЖАНИЕ
Задание к курсовой работе
Введение
1 Литературный обзор
1.1 Методы получения
1.1.1 Получение этилового спирта сбраживанием пищевого сырья
1.1.2 Гидролиз древесины с последующим брожением
1.1.3 Получение этилового спирта из сульфитных щёлоков
1.1.4 Сернокислотный способ гидратации этилена
1.2 Направления использования
1.3 Источники сырья
2 Физико-химические основы процесса
2.1 Механизм процесса
2.2 Кинетика и термодинамика процесса
2.3 Влияние основных параметров на скорость процесса
2.3.1 Температура
2.3.2 Влияние давления
2.3.3 Концентрация исходных веществ (реагентов)
2.3.4 Влияние мольного соотношения воды и этилена
2.3.5 Катализаторы
2.4 Методы выделения продукта из реакционной смеси
3 Технологическая часть
3.1 Описание принципиальной технологической схемы производства
3.1.1 Отделение гидратации этилена
3.1.2 Отделение ректификации водно-спиртового конденсата
3.1.3 Катализаторное отделение
3.2 Основное и вспомогательное оборудование, его характеристика и обслуживание
3.2.1 Реактор и колонные аппараты
3.2.2 Теплообменная аппаратура
3.2.3 Емкостное оборудование
3.2.4 Оборудование катализаторного отделения
3.2.5 Компрессоры и насосы
3.2.6 Вспомогательное оборудование
3.3 Характеристика сырья и продукта
4 Расчётная часть
4.1 Материальные расчёты и составление материального баланса процесса
4.2 Тепловые расчёты и составление теплового баланса процесса
4.3 Термодинамический расчёт
5 Отходы и их обезвреживание
6 Мероприятия по технике безопасности, промсанитарии, пожарной безопасности и охране труда
6.1 Характеристика производства по взрыво- и пожароопасности
6.2 Свойства сырья и вспомогательных материалов
6.3 Основные правила работы с токсичными газами и едкими веществами
6.4 Основные правила пожарной безопасности
Заключение
Список использованных источников
Приложения
Произвести технологический расчёт процесса производства синтетического этилового спирта.
Данные
производительность – 12 тонн в час;
состав этиленовой фракции: этилен – 75%, этан – 25%;
соотношение Н2О : С2Н4 = 0,65 :1 ,
степень превращения по этилену - 94%;
в побочные продукты – 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, мол.в. 46,07 - важнейший представитель предельных одноатомных спиртов. Этиловый спирт - бесцветная, легко подвижная жидкость со жгучим вкусом и характерным запахом;т. кип. 78,3° С; т. затв. —112°С; плотность 0,789 г/см3; границы взрывоопасных концентраций этилового спирта в воздухе 3,28 - 18,95 об.%; предельно допустимая концентрация паров этилового спирта в воздухе 1000 мг/м.Этиловый спирт 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. Он широко применяется как растворитель и как исходное соединение для различных синтезов. Особенно большие количества этилового спирта расходуются в производстве синтетического каучука. Этиловый спирт используется также как исходный продукт для производства хлораля, этилацетата, диэтилового эфира и многих других продуктов органического синтеза.
1 Литературный обзор
1.1 Методы получения
Этиловый спирт может быть получен одним из следующих методов: брожением пищевого сырья (зерна, картофеля и др.), а также отходов сахарного производства – мелассы; гидролизом растительных материалов, переработкой сульфитного щелока, гидратацией этилена. Наибольшее значение имеют получение этилового спирта гидратацией этилена и сбраживанием сельскохозяйственного сырья и продуктов его переработки.
1.1.1 Получение этилового спирта сбраживанием пищевого сырья
Сущность спиртового брожения состоит в том, что виноградный сахар (глюкоза) С6Н1206 в присутствии вещества, вызывающего брожение, через ряд стадий превращается вэтиловый спирт и двуокись углерода:
зимаза (дрожжи)
С6Н1206 2С2Н5ОН + 2С02
В промышленности для получения спирта пользуются не природным виноградным сахаром, а крахмалом картофеля, хлебных злаков, отходами сахарных заводов. Крахмал предварительно осахаривают под действием особого энзима — диастаза, находящегося в солоде (проросших зернах ячменя или ржи). Осахаривание идет с присоединением воды к крахмалу; при этом образуется дисахарид — мальтоза С12Н22О11:
диастаз (солод)
m(С6Н10О6) + 0,5mН2О0,5m(C12H22O11)В процессе брожения под влиянием энзима мальтоза гидролизуется в глюкозу:
мальгаза (дрожжи)
С12Н22О11 + Н20 2С6Н12Ов
мальтоза глюкоза
Глюкозу потом подвергают спиртовому брожению. Мальтаза, как и зимаза, вырабатывается быстроразмножающимися дрожжевыми грибками.
Основными видами пищевого сырья для получения этилового спирта являются картофель и зерновые культуры.
Пищевое сырье вначале очищают от пыли, грязи и механических примесей, оболочку толстокожурного зерна разрушают на вальцах, жерновах или других приспособлениях, после чего очищенный материал разваривают острым паром под давлением в течение 45-110 мин (в зависимости от вида сырья); при этом к зерну прибавляют воду. После разваривания массу выпускают через выдувное отверстие разваривающего аппарата; при этом происходит перепад давления от 4-5 ат до 0,2-0,5 ат (избыточных), вследствие чего оболочки клеток разрываются и сырье превращается в однородную жидкую массу, поступающую в заторный чан. В этот же чан для осахаривания крахмала вводят ферментативный препарат - солод, который получают из проращенного в особых условиях зерна (ячменя, ржи, проса). После добавления солода массу выдерживают 10-15 мин при 61 для ее стерилизации, а также растворения и осахаривания крахмала. По окончании осахаривания массу охлаждают до 30, после чего в нее вводят дрожжи. Полученную массу охлаждают до 22-26 град. (двухсуточное брожение) или 15-18 град. (трехсуточное брожение) и перекачивают в бродильные чаны. Кроме этилового спирта при брожении образуются: глицерин, янтарная кислота, метиловый спирт, сивушные масла, сложные эфиры и др. Длительность брожения при непрерывном методе составляет 60-65 часов, содержание э.с. в зрелой бражке 8-10об.%. Бражка поступает в брагоперегонный аппарат, из которого отгоняют этиловый спирт и летучие примеси. Остающийся в аппарате твердый продукт - барда (4,5-7,4%), используется на корм скоту. Крепость получаемого при перегонке спирта-сырца должна быть не менее 88% (объемн.) Из спирта-сырца очисткой его от примесей получают спирт-ректификат (95,5%). На рис.1 приведена схема производства этилового спирта из пищевого сырья, включающая процессы разваривания и осахаривания крахмала.
1.1.2 Гидролиз древесины с последующим брожением
Древесина состоит из целлюлозы, гемипеллюлозы (пентозаны и гексозаны) и лигнина. В составдревесины входят также минеральные вещества (зола), смолы и жиры, дубильные вещества и т. д. На целлюлозу приходится около половины массы древесины.
Для получения спирта древесину обрабатывают (гидролизуют) серной или соляной кислотой. При этом из целлюлозы образуется глюкоза
(С6Н10О5)х + хН2О хС6Н12О6
целлюлоза глюкоза
которая затем проходит стадию спиртового брожения. При гидролизе концентрированной (41%-ной) соляной кислотой получается раствор, содержащий до 30% сахаров. Однако этот способ из-за сильной коррозии оборудования, а также трудностей при получении и регенерации 41%-ной соляной кислоты не нашел широкого развития.J
Распространение в промышленности получил гидролиз древесины разбавленной серной кислотой. По этому методу древесные опилки обрабатывают в соединенных последовательно аппаратах (перколяторах) 0,1— 0,4%-ной H2S04 при 7—15 кгс/см2 и 150—170°С. Получаемый 4%-ный раствор сахара выпаривают, нейтрализуют гашеной известью и после фильтрования сбраживают. Внедрен также гидролиз 0,4%-ной серной кислотой в трубчатых аппаратах непрерывного действия при нагревании паром под давлением 25—30 кгс/см2.