Производство этилового спирта
Существует несколько способов производства этилового спирта:
- Ферментативный - процесс сбраживания углеводсодержащего сырья (сахаристых веществ) под действием ферментов.
- Химический - гидролиз сырья с высоким содержанием клетчатки в составе (целлюлоза). полученная в ходе реакции глюкоза подвергается дальнейшему спиртовому брожению.
- Синтетический - гидратация этилена.
Исходным сырьем является этилен $ {CH_2 \! = \! CH_2}$, который получается с помощью высокотемпературного крекинга (пиролиза углеводородов). Пиролизу подвергаются в основном фракции прямой перегонки нефти, которые содержат в своем составе алканы (циклоалканы), арены. То есть происходит распад алканов или их дегидрирование. Лучше всего использовать парафины в качестве сырья, так как в них содержится достаточное количество водорода, которое способствует увеличению выхода алкенов.
Каталитическая гидратация этилена в паровой фазе
Рассмотрим наиболее распространенный метод получения этилового спирта. Таковым является каталитическая гидратация этилена в паровой фазе.
Данный процесс можно представить следующим образом: $ {{CH_2 \! = \! CH_2}_г + {H_2O}_г \rightarrow {C_2H_5OH}_г + 41868 Дж/моль}$
Механизм данной реакции выглядит следующим образом:
- $ {CH_2 \! = \! CH_2 + H+ \rightarrow CH_3 \! - \! CH_2+}$.
- $ {CH_3 \! - \! CH_2+ + H_2O \rightarrow CH_3 \! - \! CH_2 \! - \! OH_2+}$.
- $ {CH_3 \! - \! CH_2 \! - \! OH_2+ \rightarrow CH_3 \! - \! CH_2 \! - \! OH + H+}$.
Помимо основной реакции протекают и побочные, а именно:
- образование диэтилового эфира $ {C_2H_4 + H_2O \rightarrow C_2H_5OC_2H_5}$;
- полимеризация этилена $ { n(C_2H_4) = (\! - \! CH_2 \! - \! CH_2 \! - \! )_n}$.
В качестве катализатора обычно используют концентрированную фосфорную кислоту. Для того, чтобы добиться нужной активности катализатора, необходима температура $ {280 - 300^ \circ C}$. Если использовать более высокую температуру, то помимо основной реакции активно будут протекать и побочные.
Помимо температурного компонента нужно учитывать давление в системе. Обычно применяется общее давление равное 8,) МПА.
Процесс гидратации этилена в паровой фазе является обратимым, экзотермическим, каталитическим, а также протекает с уменьшением объема.
Технологический процесс производства этилового спирта
Теперь представим технологический процесс производства этилового спирта.
Рисунок 1. Технологический процесс производства этилового спирта. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Свежий этилен смешивается с рециркулирующим газом, далее проходит через теплообменники-рекуператоры теплоты (2, 3) и теплообменник-подогреватель (4). После этого этилен смешивается с паром высокого давления и идет в гидрататор, из которого выходит поток теплоты, используемый для подогрева газов в 2, 3 аппаратах. Реакционная смесь, которая выходит из реактора с температурой равной 580 К, охлаждается в 3 аппарате до 420 К, котлах-утилизаторах (8, 9) и идет в сепаратор (10). Далее через 2 аппарат и холодильник (11) поступает в сепаратор (12), после в сруббер (13).
