Синтез этилового спирта

G (Н2O) = 18*16000 / 46 = 6260,870кг

Таблица 2. Материальный баланс.

Приход	кг	Расход	кг
Этиленовая фракция Вода	12319,747 6260,870	Этанол Этан	16000 1958,971
Итого:	18580,617	Итого:	17958,971

 

 

 

4.4.2 Расчёт теплового баланса процесса.

Тепловой баланс процесса рассчитываем на основании уравнения

,1  (32)

где G – количество вещества, с – средняя теплоемкость этого вещества, t – температура, отсчитанная от какой-либо точки (обычно от 00С).

Рассчитываем количество теплоты, вносимое водой:

 

 

Рассчитывает количество теплоты, вносимое этиленовой фракцией:

Теплоёмкость этиленовой фракции рассчитываем по уравнению

1 (33)

 

 

 

 

Определим количество теплоты, уносимое этаном:   t=2200С

Q (С2H6) = 1958,971*(5,75+175,11*10-3*493 - 57,85*10-6*4932)*(300-220) =22086,3 кДж/час

Определим количества теплоты, уносимо этанолом:

Q (C2H5OH) = G*с*t,        t=2200С

G (C2H5OH) = 16000 кг/час

с = (10,99 + 204,7*10-3 *493 - 74,2*10-6 *4932) =93,88 Дж/моль*К

Q (C2H5OH) = G*с*t = 16000*93,88*(300-220) = 120166,4кДж/час

Количество теплоты, уносимое из реактора с помощью холодильников:

Qп =Q (H2O) + Q (эт.фр.) – Q (C2H6)-Q (C2H5OH)=

=30294,125+ 123781,4-22086,3- 120166,4=27822,8кДж/час

Расход воды в холодильниках:

с (Н2О) = 33,61 Дж/моль*К

G(воды в холодильниках) = Qп/(с(воды)*(tкон – tнач)) =

 =27822,8*1000/33,61*(300-220)= 10347,7кг/час

 

  Таблица 3. Тепловой баланс.

Приход	кДж	Расход	КДж
Этиленовая фракция Вода	123781,4   30294,1	Реакционная смесь Этан Вода в холодильниках	120166,4 22086,3 10347,7
Итого:	154075,5	Итого:	152600,4

 

4.4.3 Термодинамический расчет

1 (34)

Зависимость удельной изобарной теплоемкости от температуры выражается уравнениями

ср = а + bТ + сТ2         ( для органических веществ) (35)

ср = а + bТ + сТ-2        (для неорганических веществ) (36)

Изменение удельной изобарной теплоемкости считается по уравнению:

Δср = Δср(продуктов) – Δср(исходных веществ)

 

Изменение удельной изобарной теплоемкости для данной реакции:

Δср = ср(C2H5O H) – ср(С2Н4) -  ср(Н2O) = Δср (органич.) –  ср(Н2O) (37)

Δа = 11,32

Δb =  122,1*10-3

Δс =  -37,90*10-6

Δср (органич.) =11,32+ 122,1*10-3 Т – 37,9*10-6 Т2

 

Энтальпия реакции при данной температуре рассчитывается по формуле:

ΔН0493 = ΔН0493 (C2H5OH) - ΔН0493(С2Н4) - ΔН0493(Н2O) =  ΔН0298 + ∫ΔсрdT =

= ΔН0298 + ∫(Δср (органич.) – ср(неорганич.) )dT

ΔН0298 = ΔН0298 (продуктов) - ΔН0298 (исходных веществ)

ΔН0298 = ΔН0298 (C2H5OH) - ΔН0298(С2Н4) - ΔН0298(Н2O) = -276,98-52,30+241,81=                                         

= -87,47 кДж/моль

ΔН0493 = -87,47 кДж/моль + ∫( (11,32+ 122,1*10-3 Т – 37,9*10-6 Т2 ) –

• (30,00 + 10,71*10-3 Т + 0,33*105Т-2) )dT Дж/моль = -87,47кДж/моль + 11,32*(573-493) + 0,5*122,1*10-3*(5732 – 4932) –0,33*37,9*10-6*(5733 – 4933) – (30,00*(573-493) + 0,5*10,71*10-3*(5732- 4932) - 0,33*105*(573-1 – 493-1)) =

= -87,47 кДж/моль +2,41 кДж/моль = -85,06 кДж/моль

 

Энтропию реакции при 493 К рассчитаем по уравнению:

ΔS493 = ΔS493 (C2H5OH) – ΔS493(С2Н4) -Δ S493(Н2O) (38)

ΔS493 = ΔS298 + ∫Δcp/T dT = ΔS298 + ∫(Δcp(орг.)/T - cp (Н2O)/T )dT

ΔS298 = ΔS298 (C2H5OH) – ΔS298(С2Н4) -Δ S298(Н2O) 

ΔS298 = ΔS298 (C2H5OH) – ΔS298(С2Н4) -Δ S298(Н2O) = 160,67 - 219,45-188,72 =

         = -247,5 Дж/моль*К

ΔS493 = ΔS298 + ∫(Δcp(орг.)/T - cp(Н2O)/T ) dT = -247,5 + ∫(11,32*Т-1 + 122,1*10-3 – 37,9*10-6 Т) - (30,00 *Т-1+ 10,71*10-3  + 0,33*105Т-3) dT = -247,5 + ∫(-18,68*Т-1 + 111,39*10-3 – 37,9*10-6*Т - 0,33*105*Т-3)dT = -247,5 -18,68 ln |573-493| + 111,39*10-3 (573-493) –0,5*37,9*10-6*(5732 – 4932) –0,5* 0,33*105* (573-2 – 493-2) =-247,5-81,86+8,9-1,62+0,02= -322,06 Дж/моль*К

Энергия Гиббса для реакции при 493К вычисляется по уравнению:

1 (39)

ΔG493= ΔН0493 – ΔS493* 493 = -85,06 –(-0,32206)*493 = -73,72 кДж/моль

Так как реакция является обратимой, найдём значение константы равновесия:

при Т=573 К (на выходе):

1 (40)

 

 

5. Отходы и их обезвреживание.

 

 

 

Процесс производства синтетического этилового спирта методом прямой гидратации этилена связан с применением и образованием токсичных, взрывоопасных и пожароопасных веществ.

Для уменьшения и предотвращения вредных выбросов в атмосферу газов, содержащих токсичные углеводороды,(этилен, диэтиловый эфир, ацетальдегид и др.) имеются следующие возможности:

- строгое  соблюдение технологического режима ( при этом снижается количество  выбросов через предохранительные  клапаны и воздушники, уменьшаются частота остановок и связанное с ними сбрасывание газов );

- монтаж и  эксплуатация оборудования в  соответствии с правилами (это  предупреждает газовые выбросы через неплотности).

Процесс синтеза этилового спирта сопровождается значительным уносом фосфорной кислоты, которая может вызвать коррозию оборудования и трубопроводов. Поэтому одной из стадий процесса является нейтрализация продуктов реакции, выходящих из гидрататора в парогазовой фазе путем взаимодействия с подщелоченным водно-спиртовым конденсатом. Образующиеся при нейтрализации соли фосфорной кислоты (0,4-0,5 кг на 1 т спирта) растворяются в водно-спиртовом конденсате и пройдя вместе с продуктами реакции через теплообменник-рекуператор, котлы-утилизаторы, сепараторы и т.д. поступают на узел ректификации и выводятся из системы вместе с обратной промывной водой в канализацию.

В процессе гидратации этилена образуются побочные продукты: диэтиловый эфир, ацетальдегид, полимеры этилена, являющиеся отходами производства. Значительная часть этих соединений удаляется при ректификации и очистке этилового спирта.

Основным методом очистки синтетического этилового спирта от примесей является гидрирование его в паровой фазе на никельсодержащих катализаторах при температуре до 105о и давлении до 5 атм, а также ректификация этилового спирта в присутствии щелочи.

С целью улучшения качества спирта и снижения содержания углеводородов в сточных водах производства синтетического этанола в настоящее время на стадии переработки спирта-сырца проводится отвод жидкостной фазы (в составе которой отходы производства - полимеры) с содержанием спирта 40 - 80 об. % с последующим ее разбавлением до содержания спирта 10 - 20 об. % и направлением в отстойник.

Полимеры, являясь водонерастворимыми органическими продуктами, хорошо растворяются в этиловом спирте и в процессе ректификации накапливаются в колонне, достигая максимальной концентрации (17 - 35 об. %) в той части колонны, где концентрация спирта 40 - 80 об.%.

Выделившиеся при разбавлении полимеры отделяют от водноспиртового слоя во флорентийском сосуде, выводят в сборник и далее в канализацию, а водноспиртовой слой направляют обратно в колонну на тарелку питания.

Способ позволяет улучшить качество стоков по химическому поглощению кислорода на 60 - 65 %, что облегчает очистку сточных вод на биоочистных сооружениях.

Для поддержания высокой концентрации этилена (98,5 %)в процессе гидратации проводят отдувку циркулирующего газа, который после отмывки паров спирта в скруббере, поступает в цех газоразделения для переработки совместно с газом пиролиза.

Для вывода с установки инертных газов (метан, этан и др.) часть газа из верхней части кольцевого коллектора при 40 - 45 кгс/см2 передают через подогреватель в цех газоразделения для переработки.

 

6. Мероприятия по технике безопасности.

 

 

 

1. Общие положения.

 

Производство синтетического этилового спирта относится к пожаро- и взрывоопасным производствам. Кроме того, в цехе используются токсичные и едкие вещества. Основными моментами, определяющими опасность в производстве, являются:

• наличие жидких и газообразных продуктов, образующих с воздухом взрывоопасные смеси с низким пределом взрываемости,
• ведение процесса при высоких давлениях (до 100кгс/см2) и высоких температурах ( до 4500 С );
• наличие тока высокого напряжения для электродвигателей;
• токсичность сырья, вспомогательных реагентов и готовой продукции;
• образование статического электричества при движении газов и жидкостей по трубопроводам и аппаратам.

Поэтому проведение всех производственных процессов требует строжайшего соблюдения правил и инструкций по технике безопасности для взрыво- и пожароопасных химических производств.

К самостоятельной работе допускается только обученный и аттестованный квалификационной комиссией персонал. В процессе работы производят проверку знаний техники безопасности и безопасного ведения технологического процесса для обслуживающего персонала по рабочим местам не реже одного раза в год и не реже одного раза в три года для ИТР.

Персонал, обслуживающий оборудование, работающее под давлением, обучают и аттестуют согласно «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением».

Следят, чтобы содержание вредных веществ в рабочей зоне производственных помещений не превышало предельно допустимых концентраций (ПДК). Для этого всю технологическую аппаратуру тщательно герметизируют.

Во избежание пожаров строго соблюдать «Инструкцию по применению противопожарных средств». На всех рабочих местах содержать в исправном состоянии и постоянной готовности противопожарный инвентарь, первичные и стационарные средства пожаротушений.

Во избежание ожогов, отравлений и других производственных травм все работники производства работают в спецодежде установленного образца, имеют на рабочем месте в исправности и готовности индивидуальные средства защиты, которыми пользуются в соответствии с выполняемой работой.

Все оборудование, имеющее обогрев, и аппараты, работающие под давлением, снабжены предохранительными устройствами (клапаны, мембраны) и манометрами.

Материал трубопроводов по своим техническим показателям соответствует рабочим условиям транспортируемой среды. Уплотнительные поверхности фланцев для соединения трубопроводов, материал и конструкция прокладок для фланцевых соединений применяют с учетом давления и температуры среды, а также физико-химических свойств транспортируемых веществ. Арматура, устанавливаемая на трубопроводах, по которым транспортируются пожаро- и взрывоопасные среды, удовлетворяет требованиям повышенной герметичности запорных и сальниковых устройств.

Запорные приспособления содержат в полной исправности и систематически смазывают, чтобы они легко открывались, закрывались и обеспечивали быстрое и надежное поступление газов или жидкости в систему и выход из нее.

Каждый работающий должен хорошо знать возможные причины аварии и уметь своевременно предупреждать и устранять их.

Обеспечение безопасных условий труда в производстве этилового спирта возможно только при условии работающими хорошего знания технологии и строгого соблюдения норм и параметров технологического процесса, правил технической эксплуатации оборудования, трубопроводов, выполнения правил пуска и останова всего оборудования, знания технологических схем в период работы и после ремонта, постоянного контроля за показаниями контрольно-измерительных приборов, работой регулирующих устройств, предохранительных приспособлений.

В условиях работы производства по получению спирта недопустимы никакие нарушения правил техники безопасности и пожарной безопасности. Каждый работник производства несет личную ответственность за нарушение этих правил независимо от последствий нарушения.

Каждый работник должен уметь оказывать помощь пострадавшему в случае отравления, ожогов и поражения электрическим током, уметь пользоваться средствами пожаротушения и индивидуальными средствами защиты. 

 

 

6.2.Характеристика  токсичных и огневзрывоопасных.

 

Условием профилактики при работе с химическими веществами является механизация транспортировки, загрузки и выгрузки, герметизация процесса, вентиляция, соблюдение личной гигиены.

Производство синтетического этилового спирта связано с применением агрессивных, токсичных и взрывоопасных веществ.

 

6.2.1 Спирт этиловый

Этиловый спирт - легковоспламеняющаяся жидкость. Температура вспышки 210 С; температура воспламенения 150С, минимальная температура самовоспламенения 3650 С, стандартная температура самовоспламенения 4040 С, пределы взрываемости в % (об.) 3,6 - 19. Температурные пределы воспламенения (11,0-41,0)0С. Удельное объемное электрическое сопротивление 7,7∙106 ом∙м. Водные растворы этилового спирта также пожароопасны.

Предельно-допустимая концентрация для паров этилового спирта 1000 мг/м3.

Действие на организм.

Наркотик, вызывающий сначала возбуждение, затем паралич центральной нервной системы. При длительном воздействии больших доз может вызвать тяжелые органические заболевания нервной системы, печени, сердечно-сосудистой системы, пищеварительного тракта и т.д. Острое отравление парами этилового спирта на производстве (без приема внутрь) практически не наблюдалось. Случаи хронического отравления парами этилового спирта неизвестны. При длительном воздействии на кожу вызывает сухость кожи, изредка - образование трещин.

Индивидуальные средства защиты. Меры предупреждения.

При малых концентрациях можно использовать фильтрующие противогазы марки А, при больших концентрациях - шланговые противогазы типа ПШ-1, ПШ-2 и др. Защита рук - резиновые перчатки. Спецодежда в соответствии с утвержденными нормами. Герметизация оборудования и коммуникаций. Недоступность этилового спирта, разъяснительная работа.

Средства пожаротушения - химическая пена, воздушно-механическая пена, тонкораспыленная вода, газовые огнегасительные составы.

 

6.2.2 Натр едкий.

Натр едкий - твердое, твердое голубовато-белое, очень гигроскопичное вещество. Температура плавления 3200 С, температура кипения 13780 С. Сильное основание. При соприкосновении с водой выделяется большое количество тепла. На воздухе постепенно переходит в Nа2СО3. Растворим в спирте, глицерине.