Химия и технология получения полипропилена

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. [3., стр.182]

 

 

 

5 Применение этанола

Топливо

Этанол может использоваться как топливо, в т.ч. для ракетных двигателей (так, этанол использовался в качестве топлива в первой в мире серийной баллистической ракете - немецкой «Фау-2»), двигателей внутреннего сгорания в чистом виде. Ограниченно в силу своей гигроскопичности (отслаивается) используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами. Применяется для выработки высококачественного топлива и компонента бензинов -  Этил-трет-бутилового эфира, более независимого от ископаемой органики, чем МТБЭ.

Автомобильный парк, работающий на этаноле

Смесь этанола с бензином обозначается буквой Е. Цифрой у буквы  Е обозначается процентное содержание этанола. Е85 - означает смесь из 85 % этанола и 15 % бензина.

Смеси до 20 % содержания этанола могут применяться на любом автомобиле. Однако некоторые производители автомобилей ограничивают гарантию при использовании смеси с содержанием более 10 % этанола. Смеси, содержащие более 20 % этанола, во многих случаях требуют внесения изменения в систему зажигания автомобиля.

Автопроизводители выпускают  автомобили, способные работать и  на бензине, и на Е85. Такие автомобили называются «Flex-Fuel». В Бразилии такие автомобили называют «гибридными». В русском языке названия нет. Большинство современных автомобилей либо изначально поддерживают использование такого топлива, либо опционально, по соответствующему запросу.

В 2005 году в США более 5 млн автомобилей имели Flex-Fuel  двигатели. В конце  2006 г. в  США  эксплуатировалось 6 млн автомобилей с Flex-Fuel двигателями. Общий автопарк составляет 230 млн автомобилей.

1200 заправочных станций  продают Е85 (май 2007). Всего в США автомобильное топливо продают около 170 000 заправочных станций.

В Бразилии около 29 000 заправочных станций продают этанол. [9]

Химическая промышленность

• служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэтилсвинец, уксусная кислота, хлороформ, этилацетат,этилен и др.;
• широко применяется как  растворитель (в лакокрасочной  промышленности, в производстве товаров бытовой химии и многих других областях);
• является компонентом антифризов и стеклоомывателей;
• в бытовой химии этанол применяется в чистящих и моющих средствах, в особенности для ухода за стеклом и сантехникой. Является растворителем для репеллентов.

Медицина

В медицине этиловый спирт в первую очередь используется как растворитель, экстрагент и антисептик.

• по своему действию этиловый спирт можно отнести к антисептикам;
• как обеззараживающее и подсушивающее средство, наружно;
• подсушивающие и дубящие свойства 96%-го этилового спирта используются для обработки операционного поля или в некоторых методиках обработки рук хирурга;
• растворитель для  лекарственных средств, для приготовления настоек, экстрактов из растительного сырья и др.;
• консервант настоек и экстрактов (минимальная концентрация 18 %);
• пеногаситель при подаче кислорода, искусственной вентиляции легких;
• в согревающих компрессах;
• для физического охлаждения при лихорадке (для растирания);
• компонент общей анестезии в ситуации дефицита медикаментозных средств;
• как пеногаситель при отеке легких в виде ингаляции 33 % раствора;
• этанол является противоядием при отравлении некоторыми токсичными спиртами, такими как метанол и этиленгликоль. Его действие обусловлено тем, что фермент алкогольдегидрогеназа, при наличии нескольких субстратов (например, метанол и этанол) осуществляет лишь конкурентное окисление, благодаря чему после своевременного (почти немедленного, вслед за метанолом/этиленгликолем) приёма этанола уменьшается текущая концентрация токсичных метаболитов (для метанола - формальдегида и муравьиной кислоты, для этиленгликоля -щавелевой кислоты).

Парфюмерия и косметика

Является универсальным  растворителем различных веществ  и основным компонентом духов, одеколонов, аэрозолей и т. п. Входит в состав разнообразных средств, включая даже такие как зубные пасты, шампуни, средства для душа, и т. д.

Пищевая промышленность

Наряду с водой, является основным компонентом спиртных напитков (водка, виски, джин, пиво и др.). Также в небольших количествах содержится в ряде напитков, получаемых брожением, но не причисляемых к алкогольным (кефир, квас, кумыс, безалкогольное пиво и др.). Содержание этанола в свежем кефире ничтожно (0,12 %), но в долго стоявшем, особенно в тёплом месте, может достичь 1 %. В кумысе содержится 1-3 % этанола (в крепком до 4,5 %), в квасе - от 0,5 до 1,2%.

Растворитель для пищевых ароматизаторов. Может быть использован как консервант для хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности.

 Зарегистрирован в  качестве пищевой добавки E1510.

Энергетическая ценность этанола - 7,1 ккал/г. [9]

 

6. Практическое задание курсового проекта

Рассчитать расход реагентов, загрузку реактора и количество получаемых продуктов при прямой гидратации этилена. Производительность по этиловому спирту 16000 кг/ч.  Распределение этилена на образование продуктов, % масс: этиловый спирт – 95,5; диэтиловый эфир – 2,0; ацетальдегид – 1,5; полимеры – 1,0. Мольное соотношение водяной пар: этилен = 0,7 : 1,0. Конверсия этилена 4,5%.

Решение. Прямая гидратация этилена протекает по реакции [8]

          C2H4   +   H2O   →   C₂H₅OH

М_м = 28         18                  46

 

1. Находим количество этилена, израсходованного на получение 16000кг/ч этанола.

28     -     G_С2Н4   G_{С2Н4 (1)}  = 28 ∙ 16000/46 = 9739,13 кг/ч.

46      -    16000 кг/ч

 

2. Находим количество этилена, вступившего во взаимодействие по всем реакциям: [8]

9739,13 кг/ч  составляет   95,5%

G_С2Н4                                 -             100%

G_С2Н4= 9739,1310198,04100/95,5 = 10198,04 кг/ч.

3. Находим количество этилена, израсходованного на получение диэтилового эфира:

G_{С2Н4 (2)}  = 10198,04∙0,02 = 203,96 кг/ч.

 

4. Находим количество этилена, израсходованного на получение ацетальдегида:

G_{С2Н4 (3)}  = 10198,04∙0,015 = 152,97 кг/ч.

 

5. Находим количество этилена, израсходованного на получение полимеров:

G_{С2Н4 (4)}  = 10198,04∙0,01 = 101,98 кг/ч.

 

6. Находим количество сырья, с учетом степени конверсии:

 

G_{С2Н4 (исх)}  = 10198,04/∙0,045 = 226623,11 кг/ч.

 

7. Количество не прореагировавшего этилена составит:

 

226623,11- (9739,13+203,96+152,97+101,98) = 225605,07 кг/ч

 

8. Мольное соотношение водяной пар : этилен = 0,7 : 1,0.

 

Поэтому можем найти количество исходного водяного пара:

 

Н₂О : 226623,11 =  0,7 : 1,0

G_{Н2О (исх)}  = 226623,11 ∙0,7/1,0 = 158636,18 кг/ч.

9. Рассчитываем состав продуктов процесса по уравнениям реакций:

 

  Диэтиловый эфир:   2C2H4   +   H2O   →   C₂H₅ОС₂Н₅

                                 М_м = 28         18                     74

 

28     -    203,96  кг/ч

74      -    G_С4Н10О   G_С4Н10О  = 74 ∙ 203,96/28 = 539,04 кг/ч.

 

Ацетальдегид:   C2H4   +   H2O   →   C₂H₄О+ Н₂

                  М_м = 28         18                44

 

28     -    152,97  кг/ч

44      -    G_С2Н4О   G_С2Н4О  = 44 ∙ 152,97/28 = 240,38 кг/ч.

 

Полимеры:   n(C2H4 )  →  -(C2H4 )_n- 

                  М_м = 28               18               

 

G_{(С2Н4 )n} = 101,98 кг/ч

Находим количество водяного пара, не вступившего в реакцию:

385259,29 – (16000+539,04+240,38+101,98+10,93+225605,07)= 142761,89 кг/ч

Полученные данные занесем в  таблицу.

Таблица 3

Материальный баланс  установки прямой гидратации этилена

Приход			Расход
Компонент	% масс.	кг/ч	Компонент	% масс.	кг/ч
Этилен	58,82	226623,11	Этанол	4,15	16000
			Диэтиловый эфир	0,14	539,04
			Ацетальдегид	0,06	240,38
			Полимеры	0,03	101,98
Вод. пар	41,18	158636,18	Водород	0,00	10,93
			Этилен (непрореагировавший)	58,56	225605,07
			Вод. пар (непрореагировавши)	37,06	142761,89
Итого:	100	385259,29	Итого:	100	385259,29 243506,49

 

Список использованных источников

1. Общая химическая технология: Учебник для химико-технологических специальностей. Т. 2.
2. Важнейшие химические производства. / Мухленов И.П., Авербух А.Я., Кузнецов Д.А. и др. Под редакцией И.П. Мухленова. – М.: Высш. шк.,1984.
3. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1981.
4. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1992.
5. Кононова Г.Н., Сафонов В.В. Учебно-методическое пособие «Производство этилового спирта прямой гидратацией этилена».
6. Сорокко В.Е., Вечная С.В., Попова Н.Н. Основы химической технологии: Учебник для техникумов. –Л.: Химия, 1986. – 296 с. Ил.
7. Д.Д. Зыков, В.А. Деревицкая и др. Общая химич. Технология органич. Веществ. – М.: Химия, 1978. -606 с. Ил.
8. Гутник С.П., Сосонко В.Е., Гутман В.Д. Расчеты по технологии органического синтеза: Уч. Пособие для техникумов. – М.: Химия, 1988. -272 с.: ил 
9. http://www.ethanolrfa.org/pages/statistics
10. Паушкин Я. М., Адельсон С. В., Вишнякова Т. П. Технология нефтехимического синтеза, в двух частях.  Углеводородное сырье и продукты его окисления. М., «Химия», 1973. 448с.