Производство этиленгликоля методом гидратации окиси этилена (стр. 3 из 3)
Диэтиленгликоль ядовит, действует на центральную нервную систему. Если принять внутрь 30-50г диэтиленгликоля, происходит тяжелое отравление, а 100г – смерть. Для работ с диэтиленгликолем допускаются лица, прошедшие специальное обучение.
Диэтиленгликоль смешивается с водой, спиртом, ацетатом, плохо растворим в эфире, бензоле; его химические свойства сходны со свойствами этиленгликоля. Этиленгликоль вместе с окисью этилена (СН2-О-СН2) и этиленхлоргидритом (СlCН2CН2ОН) служит сырьем для промышленного получения диэтиленгликоля. [1]
Диэтиленгликоль является растворителем для смол и эфиров целлюлозы и используется как уплотняющая жидкость для тормозных гидравлических приспособлений; в текстильной промышленности его используют при отделке и крашении тканей. Благодаря высокой гигроскопичности диэтиленгликоль применяют для осушки газов. Его преимущество, как осушающего средства, по сравнению с серной кислотой состоит в том, что он не вызывает коррозии аппаратуры и легко реллерируется при упаривании в вакууме.
Низшие гликоли, будучи растворимы в воде, смешиваются с желатиновым клеем; это делает их распространенными пластификаторами для клеящих веществ, применяемых в различных производствах. Диэтиленгликоль, при применении его в переплетном деле, препятствует искривлению переплетов книг при высыхании клея.
Чтобы уменьшить образование полигликолей, гидрацию проводят с большим избытком воды (на 1 моль окиси этилена берут от 10 до 22 моль воды) и добавляют к водному раствору окиси этилена 0,1-0,5% кислоты. В этих условиях получается этиленгликоль, содержащий лишь немного диэтиленгликоля и следы высших полиэтиленгликолей.
7. Составление материального баланса
Материальный баланс рассчитывается на основании основных химических превращений, описываемых формулами:
- основная реакция процесса:
CH2 - CH2 + H2O → CH2OH - CH2OH (1) 
O- побочная реакция – образование диэтиленгликоля:
CH2OH - CH2OH + CH2 - CH2 → CH2OH - CH2 - O - CH2 - CH2OH (2)O
Расчеты материальных балансов технологических процессов, в результате которых происходит химическое превращение веществ, ведутся, учитывая основные стехиометрические законы (закон постоянства состава и закон кратных отношений). Эти законы выражают собой взаимное отношение атомов и молекул веществ при их химическом взаимодействии друг с другом.
Схема 7.1. Материальные потоки производства.
Производительность установки составляет 26000 т/год, что равно соответственно 3186 кг/ч.
Зная, что на выходе в безводной реакционной смеси содержится в весовых процентах: этиленгликоля 90%, диэтиленгликоля 9% и окиси этилена 1%, найдем состав безводной реакционной среды:
Расход технического 95%-ого этиленгликоля на выходе из аппарата:
3186 кг/ч – 100%
Х кг/ч – 95%,
следовательно, Х = 3026,7 кг/ч.
Расход диэтиленгликоля:
3026,7 кг/ч – 90%
Х кг/ч – 9%,
следовательно, Х = 302,67 кг/ч.
Расход непрореагировавшей окиси этилена:
3026,7 кг/ч – 90%
Х кг/ч – 1%, следовательно, Х = 33,63 кг/ч.
По уравнению химической реакции (2) находим количество окиси этилена и этиленгликоля, пошедшего на образование диэтиленгликоля:
106 кг/кмоль – 62 кг/кмоль
302,67 кг/ч – Х кг/ч, следовательно, Х = 177,03 кг/ч,
где 106 и 62 – соответственно молярные массы диэтиленгликоля и этиленгликоля, а 44 – окиси этилена:
106 кг/кмоль – 44 кг/кмоль
302,67 кг/ч – Х кг/ч, следовательно Х = 125,64 кг/ч.
В уравнении химической реакции (1) этиленгликоль равен сумме производительности и количества этиленгликоля, пошедшего на побочную реакцию:
3026,7 + 177,03 = 3203,73 кг/ч.
По уравнению (1) можно найти необходимое количество окиси этилена, пошедшего на образование этиленгликоля:
62 кг/кмоль – 44 кг/кмоль
3203,73 кг/ч – Х кг/ч следовательно Х = 2273,6 кг/ч,
а также необходимое количество воды, вступающей в реакцию:
62 кг/кмоль - 18 кг/кмоль
3203,73 кг/ч - Х кг/ч, следовательно Х = 930,12 кг/ч,
где 18 – молярная масса воды.
Необходимый избыток воды по отношению к количеству окиси этилена равен:
10*930,12 = 9301,2 кг/ч,
тогда обще количество воды, поступающей в аппарат, будет составлять:
9301,2 + 930,12 = 10231,32 кг/ч.
Окись этилена на входе равна сумме окиси этилена, пошедшей на образование этиленгликоля, диэтиленгликоля, окиси этилена, оставшейся непрореагировавшей в безводной реакционной смеси:
2273,6 + 125,64 + 33,63 =2432,87 кг/ч.
При этом потери окиси этилена составляют:
2432,87 кг/ч – 100%
Х кг/ч – 1%, следовательно Х = 24,33 кг/ч.
Примеси в окиси этилена составляют:
2457,2 кг/ч – 99,2%
Х кг/ч – 0,8%, следовательно Х = 19,82 кг/ч,
где 2457,2 кг/ч – это масса окиси этилена на входе в аппарат с учетом потерь.
Тогда масса окиси этилена, которая поступает в аппарат с учетом всех потерь и примесей, будет составлять:
2432,87 + 24,33 + 19,82 = 2477,02 кг/ч.
На входе:
1) окись этилена – 2477,02 кг/ч,
2) вода – 10231,32 кг/ч.
На выходе:
1) этиленгликоль – 3026,7 кг/ч,
2) избыток воды – 9301,2 кг/ч,
3) потери окиси этилена – 24,33 кг/ч,
4) Диэтиленгликоль – 302,67 кг/ч,
5) примеси окиси этилена – 19,82 кг/ч,
6) непрореагировавшая окись этилена – 33,63 кг/ч.
| ПРИХОД | РАСХОД | ||
| Статьи прихода | Размерность, кг/час | Статьи расхода | Размерность, кг/час |
| Окись этилена | 2477,02 | Этиленгликоль | 3026,7 |
| Вода | 10231,32 | Избыток воды | 9301,2 |
| Потери окиси этилена | 24,33 | ||
| Диэтиленгликоль | 302,67 | ||
| Примеси окиси этилена | 19,82 | ||
| Непрореагировавшая окись этилена | 33,63 | ||
| ИТОГО: | 12708,3 | ИТОГО: | 12708,3 |
8. Расчет основных технических показателей
Технические показатели определяют качество процессов данной технологии.
Расходный коэффициент показывает количество затраченного сырья или материалов, или энергии на производство единицы продуктов.
, 
.Теоретический расходный коэффициент равен отношению массы затраченного сырья к массе полученного продукта, которое можно теоретически получить из этого сырья.
Практический расходный коэффициент учитывает производственные потери и примеси, т.е. он равен отношению фактической массы сырья, затраченной на производство с учетом потерь, к массе полученного продукта.
С учетом того, что в качестве сырья используются два продукта, определим теоретические и практические расчетные коэффициенты для каждого из них:
1) для окиси этилена:
Крпр = 24477,02/3026,7 = 0,82 кгс/кгп;
Кртеор = 2273,6/3026,7 = 0,71 кгс/кгп;
Кртеор = Мокиси этилена/Мэтиленгликоля = 44/62 = 0,71 кгс/кгп.
2) для воды:
Крпр = 10231,32/3026,7 = 3,4 кгс/кгп;
Кртеор = 930,12/3026,7 = 0,3 кгс/кгп;
Кртеор = 18/62 = 0,3 кгс/кгп.
Любой расходный коэффициент показывает количественно затраты на производство продукта, но не отражает эффективности использования расходных коэффициентов.
Эффективность использования определяется следующим техническим показателем, который называется выход продукта – отношение реально получаемого количества продукта из использованного сырья к максимальному количеству, которое теоретически можно получить из того же количества сырья. Выход продукта – показатель безразмерный, либо его можно представить в процентах.
Реальный выход продукта составляет:
из 2477,02 кг окиси этилена – 3026,7 кг этиленгликоля,
из 10231,32 кг воды – 3026,7 кг этиленгликоля.
Теоретический выход продукта составляет:
1) по окиси этилена:
2477,02 кг/час – Х кг/час
44 кг/кмоль – 62 кг/кмоль, следовательно Х = 3490,35 кг/час.
2) по воде:
10231,32 кг/час - Х кг/час
18 кг/кмоль - 62 кг/кмоль, следовательно Х = 35241 кг/час.
Найдем выход продукта по окиси этилена:
3026,7/3490,35 * 100% = 87%.
Степень конверсии вычисляется как отношение массы прореагировавшего сырья к его исходной массе:
или 99%.Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что в данном производстве вода используется не полностью (берется в избытке) и выход продукта по окиси этилена значительно выше, чем по воде.
Заключение
В курсовой работе было рассмотрено получение этиленгликоля из окиси этилена, описаны технологическая схемы и сырье, используемое в производстве многотонажного синтеза этиленгликоля; рассмотрены побочные продукты.
Получение этиленгликоля путем гидратации окиси этилена является наиболее целесообразным, т.к. исходя из дихлорэтана или из этиленхлоргидрина, необходимо отдалять образовавшийся продукт от сопутствующей ему соли; только при гидратации окиси этилена получается водный раствор гликоля без примеси солей и часто непосредственно годный к употреблению.
Кроме того, был составлен материальный баланс изученного производства и рассчитаны основные технические показатели эффективности производства (расходные коэффициенты, степень конверсии, выход продукта по сырью).
Список использованных источников
1. Юкельсон И. И. «Технология основного органического синтеза». – М.: Химик,1968.– 846 с.
2. «Общая химическая технология». В 2-х томах под ред. акад. Вольфковича С. И. – М.: Госхимиздат,1952 – 1959.
3. Зимаков П. В. «Окись этилена». – М.:1976. – 316 с.
4. Казарновский С. Н., Козлов В. Н. «Альбом технологических схем процессов основного органического синтеза». – Горький: 1958. – 123 с.
5. Бесков С. Д. «Технологические расчеты» - М.: Высшая школа, 1962.-468 с.
6. Глинка Н.Л. «Общая химия», М.: Химия, 1974. – 720 с.