Этил спирті судан жеңіл
Этил спиртін өндіру цехын жобалау
тақырыбы
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
мамандығы: 0816000 Химиялық технология және өндіріс
Ақтау қаласы, 2023 жыл
МАЗМҰНЫ
1
КІРІСПЕ
9
2
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
13
2.1
Физикалық және химиялық қасиеттері
13
2.2
Этил спиртін жіктеу және пайдалану
18
2.3
Процестің кинетикасы және термодинамикасы
19
2.4
Негізгі параметрлердің процесс жылдамдығына әсері
20
2.5
Өнімді реакциялық қоспадан оқшаулау әдістері
24
2.6
Процестің технологиялық ерекшеліктері
26
2.7
Этил спиртін жіктеу және пайдалану
28
3
ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ
31
3.1
Этил спиртін өндіруге арналған жабдық
31
3.2
Этил спиртін алу өндірісі
34
3.3
Этил спиртінің технологиялық сипаттамасы
40
3.4
Этил спиртін алудың жалпы принциптері
43
3.5
Этил спиртін алудың технологиялық сұлбасы
49
3.6
Басқару жүйесін әзірлеу мен автоматтандырудың негізгі принциптері
53
4
ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
57
4.1
Этанол өндірісінің материалдық теңгерімін есептеу
57
5
ҚАУІПСІЗДІК ТЕХНИКАСЫ ЖӘНЕ ҚОРШАҒАН ОРТАНЫ ҚОРҒАУ
61
5.1
Еңбекті қорғау және қауіпсіздік техникасы
61
5.2
Қоршаған орта экологиясы
65
6
ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ
69
6.1
Химия өнеркәсібіндегі негізгі өндірістік қорлар және айналым қаражаты
69
7
ҚОРЫТЫНДЫ
72
8
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
74
І КІРІСПЕ
Қазіргі уақытта этил спирті өндіріс көлемі бойынша органикалық синтез өнімдері арасында алғашқы орындардың бірін алады. Ол еріткіш ретінде және әртүрлі синтездер үшін бастапқы қосылыс ретінде кеңінен қолданылады. Сондай-ақ, азық-түлік, медициналық және парфюмерия өнеркәсібінде, сондай-ақ ацетальдегид, хлороформ, сірке қышқылы, диэтил эфирін, синтетикалық каучукты, жасанды жібекті, түтінсіз оқ-дәріні және т.б., алу кезінде еріткіш, антифриз, жанғыш сұйық зымыран қозғалтқыштарының құрамдас бөлігі және негізгі органикалық синтездің жартылай өнімі ретінде кеңінен қолданылады. Соңғы уақытта мал шаруашылығы үшін жемшөп ашытқысын өндіруде микробиологиялық өнеркәсіпте этанолды тұтыну күрт өсті.
Әлемдік спирт өндірісі жылына шамамен 4 млн. тоннаны құрайды. Осыған байланысты этил спиртін өндіру ірі тонналы спирт санатына жатады, оны өндіру тәсілін таңдау кезінде ескеру қажет. Соңғысы экологиялық талаптарға сай және экономикалық тұрғыдан негізделген болуы керек. Этилен СН2=СН2, пропилен СН2=СН=СН2, бутилен СН3-СН2-СН=СН2, бутадиен (дивинил) СН2=СН-СН-СН2 өте реактивті қосылыстар бола отырып, органикалық синтез саласында маңызды рөл атқарады. Олефиндер кіретін көптеген реакциялардың ішінде полимерлеу процестері (полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен және т.б.), гидраттау (спирттер), хлорлау (дихлорэтан, аллил хлориді және т.б.), тотығу (этилен оксиді), оксосинтез және басқа да реакциялар тәжірибелік маңызды болып табылады. Олефинді көмірсутектерді гидраттау процестері кең таралған. Осындай әдіспен этил, изопропил және басқа спирттер алынады.
Қазіргі уақытта этил спирті өндіріс көлемі бойынша органикалық синтез өнімдері арасында алғашқы орындардың бірін алады. Ол еріткіш ретінде және әртүрлі синтездер үшін бастапқы қосылыс ретінде кеңінен қолданылады. Азық-түлік, медициналық және парфюмерия өнеркәсібінде, сондай-ақ еріткіш, антифриз, жанғыш сұйық зымыран қозғалтқыштарының құрамдас бөлігі және ацетальдегид, хлороформ, сірке қышқылы, диэтил эфирі, синтетикалық каучук, жасанды жібек, түтінсіз оқ-дәрі және т.б. алу кезінде негізгі органикалық синтездің жартылай өнімі ретінде кеңінен қолданылады
Этанол С2Н5ОН 78,39 ⁰С температурада қайнайтын өзіне тән иісі мен күйдіргіш дәмі бар түссіз жеңіл қозғалатын сұйықтық болып табылады. Этил спирті судан жеңіл.
Барлық оттегі бар қосылыстар сияқты, этил спиртінің химиялық қасиеттері, ең алдымен, функционалды топтармен және белгілі бір дәрежеде радикалдың құрылымымен анықталады. Этанол - әдеттегі бір атомды алифатты спирт. Металдармен этилаттар түзеді, мысалы, С2Н5ОNa; бейорганикалық және органикалық қышқылдармен, галогенангидридтермен-күрделі эфирлер.
Этил спиртін келесі әдістердің бірімен алуға болады: азық-түлік шикізатын (астық, картоп және т.б.) ашыту, сондай - ақ қант өндірісінің қалдықтары-меласса; өсімдік материалдарының гидролизі, сульфит сілтісін өңдеу, этиленді гидратациялау. Этил спиртін этиленді гидратациялау және ауылшаруашылық шикізаты мен оны қайта өңдеу өнімдерін ашыту арқылы алу өте маңызды.
Әрине, екі заттың ерітіндісінің қайнау температурасы-су (760 мм.сн.б. кезінде=100 °C) және этанол (760 мм.cн.б. кезінде tкип=78,3 °C) жеке заттардың қайнау температурасы арасында болуы тиіс.
Қаныққан сулы-спиртті бу температурасының немесе осы екілік қоспаның қайнау (булану) температурасының Y буындағы спирт шоғырлануға тәуелділігі 1-кестеде келтірілген.
Бұл кестеде 96,4 % шоғырлануы бар А нүктесі бар, температура 100 % этанолдың қайнау температурасынан да төмен екенін айта кету керек.
Реактор этиленді гидратациялауға арналған; құрылымдық жағынан, бұл қуыс тік аппаратты білдіреді. Реактор ішкі диаметрі 1260 мм цилиндрлік соғылған корпустан және оған дәнекерленген екі сфералық түбінен тұрады. Аппараттың жалпы биіктігі 10600 мм. Корпус, түбі және люктері болаттан жасалған. Аппараттағы температура 310 °С дейін, қысым 80 кгссм2 дейін рұқсат етіледі. Реактор жылу оқшауланған.
Фосфор қышқылының катализаторы реакторға салынады, ол қышқыл коррозиялық орта жасайды. Коррозиядан қорғау үшін құрылғы оның ішкі бетін толығымен жабатын мыс парақтармен қапталған. Мыс қаптаманы реактордың ішкі қабырғаларына дәнекерлеу арқылы сақиналы белдіктермен іліп қояды. Белдіктер арасындағы кеңістік мұқият саңылаусыздандырылған. Мыс қаптаманы пайдаланылған катализаторды түсіру кезінде тайып кетпейтіндей есеппен бекітеді. Жұмыс ортасының әсерінен қаптама сынғыш болады және оның бұл күйдегі саңылаусыздығы оңай бұзылуы мүмкін. Сондықтан катализатордың әр жүрісінен кейін қаптама мұқият тексеріліп, жарықтар болған кезде ақаулы жерлер ауыстырылады.
Реакторда екі люк бар (жоғарғы жағы катализаторды жүктеуге және бастапқы бу-газ қоспасының кіруіне, ал төменгі жағы катализаторды түсіруге және өнімнің шығуына арналған), термобуға арналған үш штуцер (жалғастық) және сақтандырғыш клапан арқылы апаттық қысымды түсіру үшін жоғарғы бөлігіндегі штуцер (жалғастық).
Катализаторды жүктеу келесі тәртіппен жүзеге асырылады. Реактордың төменгі люгіне бейтараптандыру үштігін орнатады, сонымен қатар, төменгі люк пен үштіктің ернемегі арасында саңылаулары бар мыс парағының конусын жоғарғы жағымен орнатады. Конустағы саңылаулардың саны олардың жиынтық ауданы реактордың шығуындағы құбырдың қимасынан аз болатындай етіп жасалады. Жоғарғы люк арқылы конустың жоғарғы жағына 0,4 м3 Рашиг сақиналары, 0,5-1 м3 қышқыл сіңірілмеген тасымалдаушы және 9-10 м3 катализатор салынады. Катализатор тиеу орнына 1 м3 катализатор сиятын бункерлерде жеткізіледі. Бункер катализатор бөлімінен гидратация бөліміне жүк тиегіштермен жеткізіледі. Әрі қарай, арбадағы бункер монтаждық саңылауға жылжытылады, ол жерден жоғарғы қабатқа пневможүк көтергішпен көтеріледі. Катализаторды төменгі люк арқылы, өз бетімен бункерге түсіреді.
Реакторды пайдалану кезінде оның құрылымдық ерекшеліктерін ескеру қажет. Мысалы, қаптаманың ісінуіне жол бермеу үшін қысымды күрт төмендетуге болмайды. Будың конденсациясын және реактор қабырғаларының коррозиясын болдырмау үшін айналым, газ және бу арасындағы берілген қатынасты сақтау қажет.
Ректификациялық (тазарту) баған су-спирт конденсатын ректификациялауға (тазартуға) арналған. Бұл 50 торлы табақшасы бар цилиндрлік аппарат. Бағанада аппаратты ішкі қарауға және табақшаларды тазалауға арналған 4 люк бар. Әдетте толық бөліктің табақтары ластанады; оларды мезгіл-мезгіл тазартады. Табақ - өлшемі 150х4 мм параллель кертіктері бар металл дискті білдіреді. Табақтың төккіш стақандары жоқ; ол қаңқаның арқалықтарына қарнақ пен бұрандамалармен бекітілген жеке парақтардан тұрады. Табақтар екі көрші табақшаның кертіктері бір-біріне перпендикуляр болатындай етіп орнатылады. Қуат табағы - бұл будың өтуіне арналған үлкен тесіктері бар және сұйықтықты төгуге арналған кішкене тесіктері бар диск; тесіктер бүкіл табаққа біркелкі орналастырылған. Қуат табақшалары шикізатты қабылдау кезінде және флегманы қабылдау кезінде орнатылады. Баған қазандықтан бу шығаруға, буды дефлегматорға шығаруға, флегма мен қуат қабылдауға, текше өнімін шығаруға, текшедегі деңгей реттегішін қосуға арналған штуцермен, қысым мен температура импульстарын таңдауға арналған дөңесшемен жабдықталған.
Этанол синтезінің технологиялық сұлбалары бу, процестің бір сатылы, спирттің жоғары шығымдылығымен ерекшеленеді. Ең жетілдірілген схемаларда синтездеуге арналған су буы этанолды бөліп алғаннан кейін суды қайта өңдеу және су конденсатын қолдану арқылы алынады.
Жаңа және кері этилен компрессорларда 1,2-ден 8 МПа-ға дейін сығылады, су буымен араластырылады, 4 жылу алмастырғышта реактордан шығатын қоспаның жылумен қыздырылады және 3 құбырлы пеште 275 °С-қа дейін қыздырылады, содан кейін 5 реактор - гидрататорға беріледі. Реакторға кірер алдында катализаторды қуаттандыру үшін фосфор қышқылы ағынға енгізіледі, бұл оның қызмет ету мерзімін ұзартады.
Реактор - бұл биіктігі және диаметрі 1,5 м қуыс баған, ол керемет ығысу режимінде жұмыс істейді. Фосфор қышқылынан коррозияның әсерін болдырмау үшін ол қызыл мыс парақтарымен қапталған.
Реакциялық газдарда натрий гидроксидімен бейтараптандырылатын шығарылған фосфор қышқылының буы болады, ал түзілген тұздар 6 тұз бөлгіште шығарылады. Фосфор қышқылының шығарылуы 1 мЗ катализатордан 0,4-0,5 тсағ құрайды.
Бөлінетін реакциялық газдардың жылуы кіретін қоспаны қыздыру үшін 4 жылу алмастырғышта қалпына келтіріледі. 7 тоңазытқышта реакция өнімдерінің конденсациясы жүреді, ал 8 сепараторда сұйық және газ ағындары бөлінеді. Су аз ұшпа компонент ретінде көп мөлшерде жиналады. Сондықтан спиртті қосымша бөлу үшін оны 9 абсорберде сумен жуу жүргізіледі. Құрамында 90-92 % этилен бар реакцияланбаған газ 2 компрессормен қайта өңделеді, ал жүйеде қоспалардың жиналуын болдырмас үшін оның бір бөлігі тасталады. Үрлеу енгізілген этиленнің шамамен 20 % -ын құрайды және этиленді бөлу үшін газ бөлу қондырғысына жіберіледі.
8 сепаратордан кейін су конденсаты және 9 абсорберден алынған сұйықтық дроссельденеді (қысымды босатады), нәтижесінде 10 төмен қысымды сепараторда бөлінетін және отын желісіне жіберілетін ерітілген газдар шығады.
10 сепаратордан алынған сұйық фаза құрамында диэтилді эфир, ацетальдегид және этиленнің төмен молекулалы полимерлерінің қоспалары бар этанолдың 15 % сулы ерітіндісі болып табылады. Бұл ерітінді 11 және 12 ректификациялық (тазарту) бағандарда тазартылады. Біріншісінде ең ұшпа диэтил эфирі мен ацетальдегид, ал екіншісінде - құрамында 95 % этанол мен 5 % су бар азеотропты қоспа түріндегі этил спирті шығарылады. Бағанды жылыту өткір бумен жүзеге асырылады. 12 бағананың текшесінде су қалады, оны 13 ион алмасу қондырғысында тұздан тазартады және технологиялық су бойынша тұйық цикл ұйымдастыра отырып, гидратацияға қайтарады. Бұл таза су шығынын едәуір азайтуға, ағынды суларға ағызуды болдырмауға және этанол шығынын азайтуға мүмкіндік береді.
Экономика. Өндіріс процесін жүзеге асыру үшін жұмыс күшін өндіріс құралдарымен біріктіру қажет. Өндіріс құралдары - бұл экономикалық мазмұндағы екі түрлі бөліктің жиынтығы: еңбек заттары және еңбек құралдары.
Химия өнеркәсібіндегі еңбек заттары - бұл материалдар мен жартылай өнімдер, электр энергиясы, жанармай, пластикалық массалардан немесе резеңке массадан бөлшектерді дайындау үшін қажетті қалыптар және пресс құралы, реактивтер, зертханалық ыдыстар және т.б.
Еңбек құралдары - бұл машиналар, аппараттар, құбырлар және масса өткізгіштер, желдеткіш құрылғылар, көлік құралдары мен құрылғылар, сондай - ақ пресс - қалыптар және ұзақ пайдаланылатын өзге де құралдар (бір жылдан астам).
Этанол өндірісінде атмосфераны ластайтын зиянды заттар шығарылады. Диэтилсульфат, этилсульфат, диэтил эфирі, фосфор эфирлері және басқа ұшпа заттар сияқты.
Сондықтан қалдық газдарды тазарту қажет. Ауа бассейнін зиянды заттармен ластану түріндегі теріс антропогендік әсерден қорғау үшін келесі шаралар қолданылады: технологиялық процестерді экологияландыру; газ шығарындыларын зиянды қоспалардан тазарту; атмосферадағы газ шығарындыларының таралуы; санитарлық-қорғау аймақтарын, сәулет-жоспарлау шешімдерін және т.б. орнату.
Этил спирті азық-түлік, химия өнеркәсібінде, парфюмерия мен медицинада қолданылады, сондықтан алынған спирттің біздің еліміздің МЕМСТ-қа сәйкестігін бақылау қажет. Қазір көптеген елдерде халықтың алкогольді тұтынуы өте қиын жағдай. Біздің азық-түлік өнеркәсібімізге спирттің сапасын, жерасты өндірісін және спирттік ішімдіктерді заңсыз сатуды бақылау қажет. Осылайша, өлім-жітімді азайтуға болады және алкогольді ішу қауіпсіз болады.
2 НЕГІЗГІ БӨЛІМ
2.1 Этанолдың физикалық және химиялық қасиеттері
Эталонның Физикалық қасиеттері: С2Н5ОН этанолы 78,39 ⁰С температурада қайнайтын, өзіне тән иісі мен күйдіргіш дәмі бар түссіз жеңіл қозғалатын сұйықтық болып табылады Этил спирті судан жеңіл. Бұл басқа органикалық заттардың жақсы еріткіші болып табылады. Танымал қатеден аулақ болу керек: көбінесе 95,57 % алкоголь мен абсолюттеу қасиеттері араласады. Олардың қасиеттері бірдей, бірақ шамалары 3-тен 4-ке дейінгі саннан бастап өзгере бастайды [1].
Сурет 1. Этанолдың құрылымы
Кесте 1
Этанолдың қасиеттерінің сипатталуы
Этанолдың қасиеттері
Молекулалық массасы
46,069 а. е. м.
Балқу температурасы
-114,15 °C
Қайнау температурасы
78,15 °C
Шекті нүкте
241 °C ( 6,3 МПа қысым кезінде )
Ерігіштігі
бензолмен, сумен, глицеринмен, диэтил эфирімен, ацетонмен, метанолмен, сірке қышқылымен, хлороформмен араластырылады
Сыну көрсеткіші
1,3611 (сыну көрсеткішінің температуралық коэффициенті 4·10−4, 10-30 °C температура интервалында әділ)
Түзілудің стандартты энтальпиясы ΔH
-234,8 кДжмоль (г) (298 К кезінде)
Түзілудің стандартты энтропиясы ΔS
281,38 Джмоль·K (г) (298 К кезінде)
Стандартты мольдық жылу сыйымдылығы Cp
1,197 Джмоль·K (г) (298 К кезінде)
Балқу энтальпиясы ΔHбалқу
4,81 кДжмоль
Қайнау энтальпиясы ΔHқайнау
839,3 кДжмоль
Кесте 2
Әр түрлі температурадағы этанолдың тығыздығы
Әр түрлі температурадағы этанолдың тығыздығы
Температура, °C
0
10
20
30
40
50
60
ρ, гсм³
0,8062
0,7979
0,7893
0,7810
0,7722
0,7632
0,7541
Кесте 3
20 °C кезінде этанолдың сулы ерітінділерінің тығыздығы
C2H5OH массалық құрамы, %
ρ, гсм³
1
0,99636
2
0,99453
4
0,99103
6
0,98780
8
0,98478
10
0,98187
12
0,97910
14
0,97643
16
0,97387
18
0,97129
20
0,96864
22
0,96592
24
0,96312
26
0,96020
28
0,95710
30
0,95382
35
0,94494
40
0,93518
Кесте 4
20 °C кезінде этанолдың сулы ерітінділерінің сыну көрсеткіші
C2H5OH массалық құрамы, %
nD20
C2H5OH массалық құрамы, %
nD20
10
1,3396
60
1,3633
20
1,3470
70
1,3646
30
1,3535
80
1,3649
40
1,3580
90
1,3642
50
1,3612
100
1,3613
Кесте 5
Этанолдың беттік керілуі
Температура, °C
10
20
30
40
50
σ, Нм
2,405·10−2
2,203·10−2
2,148·10−
2,020·10−2
1,980·10−2
Кесте 6
Атмосферадан төмен қысым кезінде этанолдың қайнау температурасы
Қысым, кПа (мм сн. б.)
Tкип, °C
Қысым, кПа (мм сн. б.)
Tкип, °C
0,133(1)
−31,3
7,999(60)
26,0
0,667(5)
−12,0
13,333(100)
34,9
1,333(10)
−2,3
26,66(200)
48,4
2,666(20)
8,0
53,33(400)
63,5
5,333(40)
19,0
101,32(760)
78,4
95,57 % этанол + 4,43 % су қоспасы азеотропты болып табылады, яғни айырып шығару кезінде бөлінбейді.
Этил спирті мен су қоспасының қату температурасының қоспадағы спирт концентрациясына тәуелділігі келесі кестеде келтірілген [2].
Кесте 7
Этил спирті мен су қоспасының қату температурасының қоспадағы спирт концентрациясына тәуелділігі
Спирт құрамы
мас. %
Тығыздығы
гсм³
Спирт құрамы
айн. %
Қату температурасы
°C
2,50
0,9936
2,52
−1,00
4,80
0,9897
4,85
−2,00
6,80
0,9866
6,89
−3,00
11,3
0,9801
11,53
−5,00
13,8
0,9767
14,13
−6,10
16,4
0,9733
16,85
−7,50
17,5
0,9719
18,01
−8,70
18,8
0,9702
19,38
−9,40
20,3
0,9682
20,97
−10,6
22,1
0,9658
22,88
−12,2
24,2
0,9628
25,13
−14,0
26,7
0,9591
27,84
−16,0
29,9
0,9540
31,34
−18,9
33,8
0,9472
35,68
−23,6
39.0
0,9372
41,61
−28,7
46,3
0,9219
50,22
−33,9
56,1
0,9001
62,33
−41,0
71,9
0,8631
83,30
−51,3
Этил спирті сумен, спиртпен, диэтилді эфирмен, глицеринмен, хлороформмен, ацетальдегидпен, бензинмен және т.б., барлық қатынаста араласады. Ауамен 3-20 % (айн.) концентрация шегінде жарылыс қаупі бар қоспалар түзеді. Азеотропты қоспаларды түзеді: сумен құрамында 95,6 % спирт бар және 78,1 °C қайнаған азеотропты қоспаны береді (мұндай ректификат түрінде этанол әдетте техникада қолданылады); бензолмен (32,4 %; 68,24 °C); гексанмен (21 %; 58,7 °C); этилацетатпен (30,8 %; 71,8 °C).
Этил спирті бозғылт көк жалынмен жанады. Судағы будың ерігіштік коэффициенті 1412 (40 °C кезінде); адам қанында 1370-1580 (37 °C Cкезінде). МЕМСТ 8314-57 сәйкес ағаштан (гидролизбен) алынған спирттегі қоспалардың құрамы күрт шектелген. МЕМСТ 9674-61 синтетикалық этил спиртіне.
Тұтану температурасы 13 °C, өздігінен тұтану температурасы 404 °C, жарылу шегі: температуралық шегі 11 41С, концентрация шегі 3,6 19 % (айн.). Атмосфералық ауадағы ШРК 5 мгм3; Жұмыс аймағының ауасындағы ШРК 1000 мгм3.
Ағзаға әсер етудің жалпы сипаты: алдымен қозуды, содан кейін орталық жүйке жүйесінің сал ауруын тудыратын есірткі. Жеті сағаттық жұмыс күні ішінде өндірістік үй-жайларда (ішке қабылдаусыз) этил спиртінің буымен қатты улану іс жүзінде мүмкін емес [3].
Химиялық қасиеттері. Барлық оттегі бар қосылыстар сияқты, этил спиртінің химиялық қасиеттері, ең алдымен, функционалды топтармен және белгілі бір дәрежеде радикалдың құрылымымен анықталады.
Сурет 2. Этанол молекуласының үш өлшемді бейнесі
Этилаттар (немесе жалпы жағдайда -- алкоголь) және сутегі түзе отырып, сілтілік металдармен әрекеттеседі.
2C2H5OH + 2К = 2С2Н5ОК + Н2.
Күрделі эфир түзе отырып, карбон қышқылдарымен әрекеттеседі:
RCOOH + HOCH2CH3 -- RCOOCH2CH3 + H2O
Диэтилді эфир түзе отырып, күкірт қышқылының қатысуымен (120 °C кезінде) дегидратация реакциясына түседі:
2CH3CH2OH -- CH3CH2OCH2CH3 + H2O
Ауада және оттегіде жылу бөле отырып жанады:
C2H5OH + 3 O2 -- 2 CO2 + 3 H2O
Этилаттар түзе отырып, сілтілік металдардың гидридтерімен және гидроксидтерімен өзара әрекеттеседі:
CH3CH2OH + NaH -- CH3CH2ONa + H2
CH3CH2OH + NaOH -- CH3CH2ONa + H2O
Мырыш хлоридінің қатысуымен гидрогалогендеу реакциясына түседі:
CH3CH2OH + HCl -- CH3CH2Cl + H2O
Этил спиртінің гидроксил тобына тән қасиет сутегі атомының қозғалғыштығы болып табылады, бұл гидроксил тобының электронды құрылымымен түсіндіріледі. Этил спиртінің кейбір алмастыру реакцияларына, мысалы, сілтілік металдарға қабілеттілігі осыдан. Екінші жағынан, көміртектің оттегімен байланысының мәні мен сипаты бар. Көміртекпен салыстырғанда оттегінің жоғары электрөткізгіштігіне байланысты көміртегі-оттегі байланысы да белгілі бір дәрежеде көміртек атомында жартылай оң зарядпен және оттегіде теріс зарядпен полярланады. Алайда, бұл поляризация иондарға ыдырауға әкелмейді, спирттер электролиттер емес, бірақ индикаторлардың түсін өзгертпейтін бейтарап қосылыстар, бірақ оларда диполдың белгілі бір электрлік сәті бар [4].
Спирттер - екідайлы қосылыстар болып табылады, яғни олар қышқылдардың да, негіздердің де қасиеттерін көрсете алады.
Этанол - әдеттегі бір атомды алифатты спирт. Металдармен бірге этилаттар, мысалы, С2Н5ОNa; Бейорганикалық және органикалық қышқылдармен, галогенангидридтермен - күрделі эфирлер түзеді. Эпоксидтермен әсер сақинаның ашылуына және гидроксиэфирлердің түзілуіне әкеледі:
С2Н5ОН + эпоксид = С2Н5ОСНRСН2ОН
Этил спиртін гидраттау этиленге немесе диэтил эфиріне әкеледі; альдегидтермен және кетондармен RRCO әсер - RRC(ОС2Н5)2 ацеталдарына; NaClO - хлоралға; 380 - 400 °C кезінде күрделі катализатор үстінен этанол буының өтуі кезінде 1,3-бутадиен түзіледі; этил спиртінің ацетиленмен өзара әрекеттесуі кезінде - С2Н5ОСН=СН2 винилэтилді эфир; NН3 өзара әрекеттесуі кезінде - моно -, ди - және триэтиламиндерге әкеледі.
Үшінші аминдердің қатысуымен РОСl3 немесе SO2Cl2 әсері фосфор немесе күкірт қышқылы эфирлерінің түзілуіне әкеледі [5].
2.2 Процестің физика-химиялық негіздері
Олефиндерге су қосу әрқашан Марковников ережесі бойынша жүреді. Сондықтан бастапқы алкогольді тек этиленнен алуға болады; басқа олефиндерден екінші немесе үшінші спирттер алынады [2,5].
Этиленді тікелей гидратациялау этил спиртінің түзілуімен катализатордың қатысуымен суды этиленге тікелей (аралық өнімдерді құрмай) қосудың қайтымды экзотермиялық процесі деп аталады:
СН2=СН2 + Н2 С2H5OH + 10,55 ккал
Процестің катализаторы ретінде шарикті тасымалдаыштағы ортофосфор қышқылы - силикагель қызмет етеді. Реакция төрт сатыда жүреді деп болжануда:
1) қышқыл үлдірде этиленнің физикалық еруі;
2) карбон ионының түзілуі:
С2Н4 + H+ C2H5+
3) алкоксон ионының түзілуімен карбон ионының сумен әрекеттесуі:
C2H5+ + Н2О C2H5О+Н2
4) алкоксон ионының спирт пен протонға ыдырауы:
C2H5О+Н2 C2H5ОН+ Н+
Катализатордың жүрісі циклі кезіндегі белсенділігі реактор арқылы өтетін өнімдер ағынымен ортофосфор қышқылының кетуіне байланысты біртіндеп төмендейді. Жабдықты қышқылмен жемірілуден аулақ болу үшін оны бейтараптандырады; осы мақсатта сілтіленген су-спирт конденсаты реактордан кейін бу-газ ағынына себеді [6].
Реактор арқылы бір өту кезінде этиленнің өзгеру дәрежесі 3,5-4,8 % құрайды. Реакцияланбаған этилен реакторға қайтарылады (қайта айналады), су мен спирттің буы жылу алмастырғыштар мен тоңазытқыштар жүйесінде сұйық түрге айналады, ал бұл ретте айналымдағы газ салқындатылады. Су-спирт конденсатын сепараторлардағы айналымдағы газдан бөледі және тазартуға жібереді. Этиленнің реакцияға түскен барлық мөлшерінің тек 95-98, 5 % -- ы спиртке, ал қалғаны диэтил эфиріне, ацетальдегидке, полимерлерге айналады. Этиленнің спиртке айналу дәрежесін арттыру мақсатында айналымдағы газдағы этиленнің жоғары концентрациясын ұстап тұрады (массаның 90 % және одан да көп). Бұл ретте газ бөлу қондырғысынан түсетін жаңа этилен фракциясындағы этиленнің концентрациясы 99 % - ға (массаға) тең болуы қажет.
Су-спирт конденсатын тазарту кезінде одан 93-94 % спирт алынады. Бөлінген қойылтылған спирттен ацетиленнің аз мөлшерін алып тастайды.
2.3 Процестің кинетикасы және термодинамикасы
Негізгі реакцияның тепе-теңдігін қарастырайық: гидратация - молекулааралық дегидратация [7].
Н2С=СН2 + Н2О Н2СОН - СН3
Ол жылу шығарумен бірге жүреді, демек, температура төмендеген кезде оның тепе-теңдігі оңға ауысады. Дегидратацияға, керісінше, қыздыру ықпал етеді. Олефиндерді гидратациялау үшін тепе-теңдік пайдалы, өйткені 150-300 оС кезінде процестің катализаторлары жеткілікті белсенді болған кезде DGO үлкен оң мәнге ие болады және тепе-теңдік дегидратацияға ауысады. Сонымен қатар, әртүрлі құрылымдағы олефиндер үшін қарастырылған реакциялардың термодинамикасындағы айырмашылықтар шамалы. Реакциялардың стехиометриясы көрсеткендей, олардың тепе-теңдігіне қысымды өзгерту арқылы әсер етуге болады. Заттардың моль санының артуымен жүретін молекулааралық дегидратацияға төмен немесе қалыпты қысым ықпал етеді. Керісінше, олефиндердің ылғалдануы (этиленді қоса алғанда) олефиннің конверсиясының тепе-теңдік дәрежесін арттыратын жоғары қысымды қолдайды. Сонымен, соңғысы 250-300 оС және атмосфералық қысым кезінде тек 0,1-0,2 % құрайды, бұл тәжірибелік мақсаттар үшін мүлдем қолайсыз, бірақ 7-8 Мпа және сол температурада ол 12-20 % дейін артады. Этиленнің гидратациялау кезіндегі конверсиясының тепе-теңдік дәрежесінің қысым мен температураға тәуелділігі 7-суретте көрсетілген, ал ұқсас қисықтар басқа олефиндерге де тән. Гидратация бір мезгілде температураның төмендеуіне және қысымның жоғарылауына ықпал ететіні анық.
Енді спирттердің молекулааралық дегидратациясы жүйесіндегі тепе - теңдікті қарастырайық - жай эфирлердің гидролизі:
2ROH ROR + Н2О
Этанол жағдайында оның тепе-теңдігі температура төмендеген кезде оң жаққа ауысатындығын көрсететін теңдеумен сипатталады:
LgKp=-1,40+1200T
Демек, 200-400 °C -та ішкі және молекулааралық дегидратация бір-бірімен бәсекелеседі. Осы реакциялардың бағытын реттеудің термодинамикалық әдісі қысымның өзгеруі болып табылады: бұл эфирдің түзілуіне әсер етпейді, бірақ олефинді алуға оның төмендеуі қолайлы.
Кейбір жағдайларда судың рөлі күрделірек. Сонымен, кеуекті тасымалдаушыға салынған фосфор қышқылы оның бетінде газ фазасынан суды сіңіретін сұйық үлдірді түзеді. Әрбір берілген температурада және газ фазасындағы су буының ішінара қысымында фазалық тепе-теңдік орнатылады, және үлдірдегі фосфор қышқылы белгілі бір концентрацияға және оған сәйкес каталитикалық белсенділікке ие. Соңғысы температураның төмендеуімен және судың ішінара қысымының жоғарылауымен төмендейді, бұл әр жағдай үшін осы параметрлерді таңдауды белгілі бір шеңбермен шектейді [8].
2.4 Негізгі параметрлердің процесс жылдамдығына әсері
Температура. Этиленнің тікелей гидратация реакциясын төмен температурада жүргізген жөн. Алайда, іс жүзінде температураны таңдау реакция жылдамдығымен және қолданылатын катализаторлардың белсенділігімен шектеледі. Температураның жоғарылауымен, басқалары тең болған кезде, этиленнің спиртке айналуының тепе-теңдік дәрежесі төмендейді. Алайда, төмен температурада фосфор қышқылы катализаторының белсенділігі өте төмен. Осылайша, 280-290 °C кезінде этиленнің конверсия дәрежесі тек 4-5 % - ға жетеді, ал одан да төмен температурада ол одан да аз болады. Іс жүзінде фосфор қышқылы катализаторының қатысуымен бу фазасында тікелей гидратация процесін 260-300 °C аралығында жүргізеді [3,8].
Температураның 290 °C дейін жоғарылауымен этиленнің гидратация жылдамдығы артады. Температураның одан әрі 320 °С-қа дейін көтерілуі этиленнің этил спиртіне конверсия дәрежесінің аздап төмендеуімен қатар жүреді; сонымен қатар, жанама өнімдердің шығуы күрт артады. Спирт (Gcп) реакторының ағымдағы өнімділігінің аппараттың жоғарғы бөлігіндегі температураға (Т, К) тәуелділігі эмпирикалық теңдеумен сипатталады:
Gcп= a + bT + bT2
мұнда а, b, с - катализатордың белсенділігіне және процестің технологиялық параметрлеріне байланысты коэффициенттер. Уақыттың әр сәтіне спирттің ең төменгі өзіндік құны кезінде аппараттың ең жоғары ағымдағы және жиынтық өнімділігін қамтамасыз ететін оңтайлы температура сәйкес келеді. Температураның оңтайлы температурадан 5 °C ауытқуы реактор өнімділігінің 5 % төмендеуіне әкеледі; бұл ретте бу, электр энергиясы және катализатордың шығыны сәйкесінше 1 тонна спиртке артады. Реактордың жоғарғы жағының оңтайлы температурасы (Т,К) әдеби деректерге сәйкес мынадай формула бойынша анықталады:
мұнда Рн2о -- реактордағы су буының парциалдық қысымы, кгссм2;
tэф - реакцияның тиімді уақыты, с. Бұл теңдеуді құрылғының жоғарғы температурасын реттеу үшін қолдану реактордың әр сәті үшін tэф анықтау қиындықтарымен қиындайды.
Су-спирт қоспасының қайнау температурасы. Әрине, екі заттың - су (760 мм.рт.ст. кезінде tкип=100 °C) мен этанолдың (760 мм.сн.б. кезінде tкип=78,3 °C) ерітіндісінің қайнау температурасы жеке заттардың қайнау температурасы арасында болуы керек. Қаныққан сулы-спиртті бу температурасының немесе осы екілік қоспаның қайнау (булану) температурасының Y буындағы спирт концентрациясына тәуелділігі (кесте 1) келтірілген. Бұл кестеде 96,4 % концентрациясымен А нүктесі бар, ондағы температура 100 % этанолдың қайнау температурасынан да төмен екеніне назар аудару керек [4].
Сурет 3. Қаныққан су-спирт буының температурасы немесе су-спирт қоспасының қайнау температурасы (760 мм сн.б. қысым кезінде)
Қысымның әсері. Қысымның жоғарылауы гидратация реакциясына қолайлы болады, алайда оңтайлы қысым 6,7-8 Мпа құрайды. Бұл қысым этиленді фосфор қышқылымен сіңіру процесіне байланысты. Су буларының оңтайлы парциалды қысымы 2,7-3 Мпа құрайды; және ол су буы мен этиленнің моль қатынасын анықтайды. Этиленнің оңтайлы парциалдық қысымы 3,5-3,7 Мпа құрайды. Жалпы қысым судың, этиленнің және қоспалардың парциалдық қысымынан тұрады. Айналымдағы газдағы этиленнің концентрациясы 80-85 % болған кезде жүйенің жалпы қысымы 7-8 Мпа-ға тең болады.
Бастапқы заттардың (реагенттердің) концентрациясы. Тұрақты айналым кезінде айналымдағы газдағы этилен концентрациясының жоғарылауы реактордың өнімділігін арттыруға және бу, электр және катализатор шығынын 1 тонна спиртке азайтуға көмектеседі. Сонымен қатар газдағы этиленнің неғұрлым жоғары концентрациясын ұстап тұру үшін инертті қоспаларды жоюға арналған жүйеден шығарылатын газдың үлесін ұлғайту қажет, ал бұл спирттің өзіндік құнына теріс әсер етеді. Айналымдағы газдағы этиленнің оңтайлы концентрациясы 90-92 % құрайды (айн.). Этилен концентрациясының 93 % - дан жоғары жоғарылауы (айн.) орынсыз, өйткені ол спирттің өзіндік құнын едәуір арттырады [9].
Су мен этиленнің моль қатынасының әсері. Термодинамикалық мәліметтерге сәйкес, Н2О қатынасының жоғарылауымен: С2Н4 c 0,5 :1 дейін 1 : 1 олефиннің конверсия дәрежесі едәуір артады. Алайда эксперименттік мәліметтер термодинамикалықтан өзгеше: Н2О : С2Н4 қатынасының 0,7-0,75 дейін артуымен этиленнің конверсия дәрежесі шын мәнінде артады, бірақ оның одан әрі артуымен ол төмендейды. Сондай-ақ, гидратация катализаторының белсенділігі Н2О:С2Н4 қатынасына байланысты екендігі анықталды. Кеуекті тасымалдаушыдағы сұйық үлдірдегі фосфор қышқылының оңтайлы концентрациясы 83-85 % құрайды. Бұл мән су буының парциалдық қысымына байланысты, ол жүйенің жалпы қысымымен және су: тилен моль қатынасымен анықталады. Н3РО4 оңтайлы концентрациясы Н2О:С2Н4=0,75:1 қатынасында байқалады. Осы арақатынастың одан әрі өсуімен үлдірдегі су мөлшері артады, қышқыл концентрациясы төмендейді және этиленнің конверсия дәрежесі төмендейді. Сондықтан өнеркәсіптік жағдайда Н2О:С2Н4=(0,6-0,7):1 моль қатынасы қабылданады.
Катализаторлар. Өнеркәсіптік катализаторлар технологияға қойылатын бірқатар талаптарды қанағаттандыруы керек. Катализаторлар осы реакцияға белсенді болуы керек, мүмкін байланыс улардың әсеріне төзімді, салыстырмалы түрде арзан, жоғары механикалық беріктікке, ыстыққа төзімділікке және белгілі бір жылу өткізгіштікке ие болуы керек. Сондықтан тәжірибеде қолданылатын катализаторлар сирек жеке заттар болып табылады және әдетте байланыс массалары деп аталатын күрделі механикалық қоспалар болып табылады. Байланыс массасының құрамына негізінен үш компонент кіреді: катализатордың өзі, белсендіргіш және тасымалдаушылар.
Тасымалдаушылар деп катализатор қолданылатын ыстыққа төзімді инертті кеуекті заттар аталады. Тасымалдаушыларды пайдалану технологиялық және экономикалық мақсаттарды көздейді. Біріншіден, бұл ретте бай дамыған ішкі белсенді беті бар кеуекті байланыс массасы жасалады, оның механикалық беріктігі мен ыстыққа төзімділігі артады, екіншіден, қымбат катализатор (платина, никель, ванадий бес тотығы және т.б.) үнемделеді. Кейбір жағдайларда тасымалдаушылардың өзі белсендіргіш бола алады. Катализаторлардың типтік тасымалдаушыларына силикагель, алюмсиликаттар, асбест (талшықтас), пемза (кеуектас), кизельгур, көмір, каолин, кейбір тұздар жатады [10].
Кез-келген каталитикалық процесс байланыс массасының бетінде жүретіндіктен, мұндай процестің жылдамдығы мен тереңдігі көбінесе катализатор бетінің мәнімен анықталады. Байланыс массаларының негізгі сипаттамаларының бірі-белгілі бір бетінің мөлшері Ѕм.б. , яғни катализатордың салмақ бірлігінің немесе көлемінің беті. Көптеген өнеркәсіптік катализаторлар үшін Sм.б. бірнеше ондағаннан бірнеше жүз м2г құрайды. Осындай жоғары беткі қабатты қамтамасыз ету үшін байланыс массалары жоғары кеуектілігі бар материалдар болуы керек. Байланыс массасының дәніне енетін ұсақ тесіктер ішкі бетті жасайды, бұл, әдетте, оның сыртқы бетінен бірнеше жүз есе үлкен.
Этанолды этиленді тікелей гидратациялау арқылы өндіруде қатты тасымалдағыштағы фосфор қышқылының катализаторы кеңінен қолданылды.
Тікелей гидратацияның катализаторлары ылғалдың әсерінен жойылмауы керек, сондықтан кизельгурдағы фосфор қышқылы сияқты катализатор қолданылмайды - оның қаңқасы жоқ және ол оңай бұзылады. Фосфор қышқылы үшін тасымалдаушы ретінде силикагель немесе алюмсиликат қолданылады. Көбінесе белгілі бір бетті азайту және тығыздаудың жағымсыз реакцияларын басу үшін су буымен өңделген шарикті кең кеуекті силикагель қолданылады.
Тасымалдаушы 65 % фосфор қышқылымен сіңдіріліп, 100 °C температурада кептіріледі. Дайын катализатор құрамында 35-40 %, Н3РО4 85 % концентрациясы бар.
Реакция жағдайында тасымалдаушыға тұндырылған фосфор қышқылы тесіктің бетіне сіңірілген су қабығында ериді және реакция іс жүзінде фосфор қышқылының сұйық үлдірінде жүреді. Қышқыл катализ, осылайша катализатордың сұйық үлдіріндегі гомогенді катализге дейін азаяды.
Фосфор қышқылының катализаторының маңызды кемшіліктері оның коррозиялық агрессивтілігі және қышқылды тасымалдаушы бетінен біртіндеп алып тастау болып табылады. Бұл кемшіліктерді бейтарап катализаторлар - вольфрам және кремний - вольфрам көмегімен толығымен жоюға болады.
250-300 оС және 30 Мпа кезінде және 300 оС және 14 МПа кезінде сұйық фазада бейтарап катализаторда этиленді гидратациялау процестері әзірленді. Мұндай жағдайларда процесс жоғары қысымды бағанада жүзеге асырылады, онда силикагельге вольфрам тотығы катализаторы тәрелкелерге орналастырылады (15-20 % WO3). Этилен мен су колоннаның жоғарғы жағына беріледі, ал төменнен 10 % спиртті шығарады. Бұл процесте судың булануы мен су буының қызып кетуіне көп мөлшерде жылу жұмсаудың қажеті жоқ [11].
Бор қышқылының қосындысымен SiO2·12WO3·7Н2О типті кең кеуекті силикагелінде 40-60 % вольфрам триоксиді бар басқа да белсенді вольфрам катализаторлары әзірленді. Осы типтегі катализаторлар силикагельді аммоний вольфраматының ерітіндісімен сіңдіріп, содан кейін 400 °C температурада қыздыру арқылы дайындалады. Олар кейінгі қалпына келтіруді қажет етпейді. Катализатордың құрамына 5-10 % бор қышқылын қосу оның белсенділігін едәуір арттырады. Силикагельде 60 % WO3 және 5 % В2О3 бар ең белсенді катализатор 200-240 оС және 1,5-2,5 МПа аралығында, яғни жұмсақ жағдайларда - 5,5 % конверсия кезінде қолданылады.
Вольфрам катализаторлары фосфат қышқылына қарағанда белсенді және жеңіл жағдайда жұмыс істей алады. Алайда, олар әлдеқайда қымбат, өйткені вольфрам тапшы материал, сондықтан мұндай катализаторлар кең өнеркәсіптік қолдануды таппады.
2.5 Өнімді реакциялық қоспадан оқшаулау әдістері
Осы жұмыста сипатталған этиленді тікелей гидратациялаудың технологиялық сұлбасы бойынша спирт-су конденсатын этиленнен бөлу сепараторларда жүргізіледі, одан кейін спирт-су ерітіндісі және спирт-су конденсатының барлық ағындары ерітілген этиленнен босатылғаннан кейін тазартылуға түседі. Сепараторлардан шығатын газдың құрамында спирт қоспалары бар. Осы қоспалардан бөлу үшін газ су скрубберіне жіберіледі, содан кейін айналым этилен компрессорына жіберіледі. Тазарту стандартты сұлба бойынша жұмыс істейтін азеотропты тазарту бағанында жүзеге асырылады. Онда артық судан азеотроп спирт-су шығарылады. Ректификат спирті құрамында артық су бар, ондағы спирт концентрациясы 90-92 % құрайды. Бағанның астынан фузельді су шығарылады [9,11].
Енді этил спиртін шығару әдістері бойынша бірқатар өнертабыстарды қарастырайық. 307997 куәлік авторы (В.Н.Карасев және В.Я.Старцев). Өнертабыс этиленді фосфор қышқылды катализаторда тікелей гидратациялау арқылы алынған шикі спиртті қайта өңдеу тәсілдеріне жатады.
Этиленді тікелей гидратациялау тәсілімен синтетикалық этил спиртін алу процесінде фосфор қышқылды катализаторда құрамында полимерлер бар шикі спирттің 5-25 % ерітіндісі түзіледі, олар шикі спиртті одан әрі қайта өңдеу кезінде (тазарту қондырғыларда) тазарту бағаналардың табақтарына таралады және оның сапасын нашарлататын тауарлық өніммен - спиртпен (тазартылған спиртпен) және химиялық ағындарды ластай отырып фузельді сулармен шығарылады.
Шикі спиртті өңдеудің қолданыстағы тәсілінде бағананың толық бөлігінің сұйық фазасының бүкіл ағынын флоренция ыдысына бағыттау арқылы тазарту бағаналарынан полимерлерді шығару көзделеді. Флоренция ыдысынан (тұндырылғаннан кейін) полимерлер жинаққа жіберіледі, ал сулы-спиртті конденсаты бағананың толық бөлігіне төменгі табаққа қайтарылады.
Шикі спирттегі полимерлердің концентрациясы орташа есеппен 0,1 салмақты,% құрайды, ал дистилляциялық колонналардың толық бөлігіндегі сұйық фазаның мөлшері үлкен болғандықтан, бұл әдіс полимерлерді оқшаулауға мүмкіндік бермейді және соңғылары колоннадан ішінара фузельді судың құрамында биологиялық тазарту қондырғысы арқылы табиғи су қоймаларына тасталып, ішінара өнімге түсіп, оның сапасын нашарлататын химиялық ластанған ағынды сулар түрінде көп мөлшерде шығарылады. Фузельді судың құрамындағы полимерлер биологиялық әдіспен өте қиын тазартылады.
Спирттің сапасын жақсарту және сарқынды суларды тазартуды оңайлату мақсатында этиленді тікелей гидратациялау арқылы алынған этил спиртін бөлу кезінде тазарту бағаналардан құрамында 40-80 айн. % спирт бар сұйықтық фазасын алып, оны кейіннен 10-20 айн. % спирт құрамына дейін сұйылтып, тұндырғышқа жіберу ұсынылады.
Суда еритін органикалық өнімдер болып табылатын полимерлер этил спиртінде жақсы ериді және тазарту процесінде бағанада жиналып, максималды концентрацияға жетеді (17-35 айн. %) спирт концентрациясы 40-80 айн. % болатын бағананың бөлігінде.
Сұйылту кезінде бөлінген полимерлер флоренция ыдысындағы су-спирт қабатынан бөлініп, жинаққа шығарылады, ал су-спирт қабаты қайтадан бағанаға қуаттану табағына жіберіледі.
Бұл әдіс оттегіні химиялық сіңіру бойынша ағындардың сапасын 60-65 % - ға және онда МЕМСТ 11547-65 бойынша анықталатын қоспалардың құрамы бойынша спирттің сапасын 25 салмаққа, % жақсартуға мүмкіндік береді.
Өнертабыс мәні: Бағананың толық бөлігінің сұйықтық фазасын тұндырғышқа бір мезгілде бұра отырып, полимер фракциясын бөліп, су-спирт фракциясын нысаналы өнімнің сапасын жақсарту және сарқынды суларды тазартуды оңайлату мақсатында тазарту бағанасынан құрамында 40-80 айн. % бар сұйық фазаны оны 10-20 айн. % спирт құрамына дейін сұйылтып, тұндырғышқа жіберуімен ерекшеленетін тазартуға қайтара отырып, шикі спиртті тазарту арқылы этиленді тікелей гидратациялау арқылы алынған этил спиртін бөлу тәсілі [12].
368216 авторлық куәлік. (Авторлары: Г.З.Блюм, В.Л.Волков, С.С.Иевлева және т.б.). Этил спиртін бөлу әдісі. Тазалығы жоғары дәрежедегі спиртті алу мақсатында кремний қостотығын өндіру кезінде қалдықтар ретінде алынатын сулы-спиртті ерітінділерді құрамында 1 л спирт бар ерітіндіге 0,8-1 % мөлшерінде гидроксиламин тұздарымен, содан кейін кемінде 3 сал. % мөлшерінде хлорлы кальциймен немесе кейіннен тазарта отырып, құрамында спирт бар ерітіндінің 1 л-не кемінде 10 г мөлшерінде күкірт қышқылымен араластырылған ерітінділермен өңдеу ұсынылады. 1 флегма санымен бір реттік тазарту кезінде 96 % спирт алынады, спиртті екінші реттік тазарту кезінде (4-5 флегма саны) тазалығы бойынша жоғары тазартылған гидролиздік спирттен, сондай-ақ тамақ шикізатынан өндірілетін тағамдық спирттен кем болмайтын этил спирті алынады.
Фторопласт бағанасында тазарту жүргізу кезінде электрониканың талаптарын қанағаттандыратын ерекше тазалықтағы спирт алынады. 608796 авторлық куәлік. Этил спиртін бөлу әдісі (Авторлары: Е.А.Рябенко, Г.З.Блюм, Г.Г.Виноградов және т.б.). Өнертабыс спирттерді, атап айтқанда, мысалы, электр өнеркәсібінде қолданылатын ерекше таза этил спиртін өндірудің жетілдірілген әдісіне жатады.
368216 негізгі авторлық куәлігі бойынша этиль спиртін гидроксиламин тұздарымен рет-ретімен өңдеу арқылы кремний қостотығын өндіру кезінде қалдықтар ретінде алынатын сулы-спиртті ерітінділерден бөлу тәсілі белгілі.
Алайда, бұл әдіспен мақсатты өнім аммиакпен және оның реакция өнімдерімен ластанған. Аммиак сульфатының және аммиактың күкірт қышқылымен тұндыру кезінде пайда болатын аммиактың кейбір басқа туындыларының суда жақсы ерігіштігіне байланысты соңғысы спирттің сулы ерітіндісінен толығымен шығарылмайды, мұндай спирттің РН 7,5-8,0. Бұл спиртті жартылай өткізгіш үлдірлерді өңдеуде қолдануға болмайды, өйткені олардың бетінде қақ пайда болады, бұл құрылғылардың бұзылуына әкеледі [13].
Мақсатты өнімнің сапасын арттыру мақсатында № 368216 авторлық куәлік бойынша этил спиртін бөлу тәсілінде сулы спирт ерітіндісін этил спиртінің ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
тақырыбы
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
мамандығы: 0816000 Химиялық технология және өндіріс
Ақтау қаласы, 2023 жыл
МАЗМҰНЫ
1
КІРІСПЕ
9
2
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
13
2.1
Физикалық және химиялық қасиеттері
13
2.2
Этил спиртін жіктеу және пайдалану
18
2.3
Процестің кинетикасы және термодинамикасы
19
2.4
Негізгі параметрлердің процесс жылдамдығына әсері
20
2.5
Өнімді реакциялық қоспадан оқшаулау әдістері
24
2.6
Процестің технологиялық ерекшеліктері
26
2.7
Этил спиртін жіктеу және пайдалану
28
3
ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ
31
3.1
Этил спиртін өндіруге арналған жабдық
31
3.2
Этил спиртін алу өндірісі
34
3.3
Этил спиртінің технологиялық сипаттамасы
40
3.4
Этил спиртін алудың жалпы принциптері
43
3.5
Этил спиртін алудың технологиялық сұлбасы
49
3.6
Басқару жүйесін әзірлеу мен автоматтандырудың негізгі принциптері
53
4
ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
57
4.1
Этанол өндірісінің материалдық теңгерімін есептеу
57
5
ҚАУІПСІЗДІК ТЕХНИКАСЫ ЖӘНЕ ҚОРШАҒАН ОРТАНЫ ҚОРҒАУ
61
5.1
Еңбекті қорғау және қауіпсіздік техникасы
61
5.2
Қоршаған орта экологиясы
65
6
ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ
69
6.1
Химия өнеркәсібіндегі негізгі өндірістік қорлар және айналым қаражаты
69
7
ҚОРЫТЫНДЫ
72
8
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
74
І КІРІСПЕ
Қазіргі уақытта этил спирті өндіріс көлемі бойынша органикалық синтез өнімдері арасында алғашқы орындардың бірін алады. Ол еріткіш ретінде және әртүрлі синтездер үшін бастапқы қосылыс ретінде кеңінен қолданылады. Сондай-ақ, азық-түлік, медициналық және парфюмерия өнеркәсібінде, сондай-ақ ацетальдегид, хлороформ, сірке қышқылы, диэтил эфирін, синтетикалық каучукты, жасанды жібекті, түтінсіз оқ-дәріні және т.б., алу кезінде еріткіш, антифриз, жанғыш сұйық зымыран қозғалтқыштарының құрамдас бөлігі және негізгі органикалық синтездің жартылай өнімі ретінде кеңінен қолданылады. Соңғы уақытта мал шаруашылығы үшін жемшөп ашытқысын өндіруде микробиологиялық өнеркәсіпте этанолды тұтыну күрт өсті.
Әлемдік спирт өндірісі жылына шамамен 4 млн. тоннаны құрайды. Осыған байланысты этил спиртін өндіру ірі тонналы спирт санатына жатады, оны өндіру тәсілін таңдау кезінде ескеру қажет. Соңғысы экологиялық талаптарға сай және экономикалық тұрғыдан негізделген болуы керек. Этилен СН2=СН2, пропилен СН2=СН=СН2, бутилен СН3-СН2-СН=СН2, бутадиен (дивинил) СН2=СН-СН-СН2 өте реактивті қосылыстар бола отырып, органикалық синтез саласында маңызды рөл атқарады. Олефиндер кіретін көптеген реакциялардың ішінде полимерлеу процестері (полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен және т.б.), гидраттау (спирттер), хлорлау (дихлорэтан, аллил хлориді және т.б.), тотығу (этилен оксиді), оксосинтез және басқа да реакциялар тәжірибелік маңызды болып табылады. Олефинді көмірсутектерді гидраттау процестері кең таралған. Осындай әдіспен этил, изопропил және басқа спирттер алынады.
Қазіргі уақытта этил спирті өндіріс көлемі бойынша органикалық синтез өнімдері арасында алғашқы орындардың бірін алады. Ол еріткіш ретінде және әртүрлі синтездер үшін бастапқы қосылыс ретінде кеңінен қолданылады. Азық-түлік, медициналық және парфюмерия өнеркәсібінде, сондай-ақ еріткіш, антифриз, жанғыш сұйық зымыран қозғалтқыштарының құрамдас бөлігі және ацетальдегид, хлороформ, сірке қышқылы, диэтил эфирі, синтетикалық каучук, жасанды жібек, түтінсіз оқ-дәрі және т.б. алу кезінде негізгі органикалық синтездің жартылай өнімі ретінде кеңінен қолданылады
Этанол С2Н5ОН 78,39 ⁰С температурада қайнайтын өзіне тән иісі мен күйдіргіш дәмі бар түссіз жеңіл қозғалатын сұйықтық болып табылады. Этил спирті судан жеңіл.
Барлық оттегі бар қосылыстар сияқты, этил спиртінің химиялық қасиеттері, ең алдымен, функционалды топтармен және белгілі бір дәрежеде радикалдың құрылымымен анықталады. Этанол - әдеттегі бір атомды алифатты спирт. Металдармен этилаттар түзеді, мысалы, С2Н5ОNa; бейорганикалық және органикалық қышқылдармен, галогенангидридтермен-күрделі эфирлер.
Этил спиртін келесі әдістердің бірімен алуға болады: азық-түлік шикізатын (астық, картоп және т.б.) ашыту, сондай - ақ қант өндірісінің қалдықтары-меласса; өсімдік материалдарының гидролизі, сульфит сілтісін өңдеу, этиленді гидратациялау. Этил спиртін этиленді гидратациялау және ауылшаруашылық шикізаты мен оны қайта өңдеу өнімдерін ашыту арқылы алу өте маңызды.
Әрине, екі заттың ерітіндісінің қайнау температурасы-су (760 мм.сн.б. кезінде=100 °C) және этанол (760 мм.cн.б. кезінде tкип=78,3 °C) жеке заттардың қайнау температурасы арасында болуы тиіс.
Қаныққан сулы-спиртті бу температурасының немесе осы екілік қоспаның қайнау (булану) температурасының Y буындағы спирт шоғырлануға тәуелділігі 1-кестеде келтірілген.
Бұл кестеде 96,4 % шоғырлануы бар А нүктесі бар, температура 100 % этанолдың қайнау температурасынан да төмен екенін айта кету керек.
Реактор этиленді гидратациялауға арналған; құрылымдық жағынан, бұл қуыс тік аппаратты білдіреді. Реактор ішкі диаметрі 1260 мм цилиндрлік соғылған корпустан және оған дәнекерленген екі сфералық түбінен тұрады. Аппараттың жалпы биіктігі 10600 мм. Корпус, түбі және люктері болаттан жасалған. Аппараттағы температура 310 °С дейін, қысым 80 кгссм2 дейін рұқсат етіледі. Реактор жылу оқшауланған.
Фосфор қышқылының катализаторы реакторға салынады, ол қышқыл коррозиялық орта жасайды. Коррозиядан қорғау үшін құрылғы оның ішкі бетін толығымен жабатын мыс парақтармен қапталған. Мыс қаптаманы реактордың ішкі қабырғаларына дәнекерлеу арқылы сақиналы белдіктермен іліп қояды. Белдіктер арасындағы кеңістік мұқият саңылаусыздандырылған. Мыс қаптаманы пайдаланылған катализаторды түсіру кезінде тайып кетпейтіндей есеппен бекітеді. Жұмыс ортасының әсерінен қаптама сынғыш болады және оның бұл күйдегі саңылаусыздығы оңай бұзылуы мүмкін. Сондықтан катализатордың әр жүрісінен кейін қаптама мұқият тексеріліп, жарықтар болған кезде ақаулы жерлер ауыстырылады.
Реакторда екі люк бар (жоғарғы жағы катализаторды жүктеуге және бастапқы бу-газ қоспасының кіруіне, ал төменгі жағы катализаторды түсіруге және өнімнің шығуына арналған), термобуға арналған үш штуцер (жалғастық) және сақтандырғыш клапан арқылы апаттық қысымды түсіру үшін жоғарғы бөлігіндегі штуцер (жалғастық).
Катализаторды жүктеу келесі тәртіппен жүзеге асырылады. Реактордың төменгі люгіне бейтараптандыру үштігін орнатады, сонымен қатар, төменгі люк пен үштіктің ернемегі арасында саңылаулары бар мыс парағының конусын жоғарғы жағымен орнатады. Конустағы саңылаулардың саны олардың жиынтық ауданы реактордың шығуындағы құбырдың қимасынан аз болатындай етіп жасалады. Жоғарғы люк арқылы конустың жоғарғы жағына 0,4 м3 Рашиг сақиналары, 0,5-1 м3 қышқыл сіңірілмеген тасымалдаушы және 9-10 м3 катализатор салынады. Катализатор тиеу орнына 1 м3 катализатор сиятын бункерлерде жеткізіледі. Бункер катализатор бөлімінен гидратация бөліміне жүк тиегіштермен жеткізіледі. Әрі қарай, арбадағы бункер монтаждық саңылауға жылжытылады, ол жерден жоғарғы қабатқа пневможүк көтергішпен көтеріледі. Катализаторды төменгі люк арқылы, өз бетімен бункерге түсіреді.
Реакторды пайдалану кезінде оның құрылымдық ерекшеліктерін ескеру қажет. Мысалы, қаптаманың ісінуіне жол бермеу үшін қысымды күрт төмендетуге болмайды. Будың конденсациясын және реактор қабырғаларының коррозиясын болдырмау үшін айналым, газ және бу арасындағы берілген қатынасты сақтау қажет.
Ректификациялық (тазарту) баған су-спирт конденсатын ректификациялауға (тазартуға) арналған. Бұл 50 торлы табақшасы бар цилиндрлік аппарат. Бағанада аппаратты ішкі қарауға және табақшаларды тазалауға арналған 4 люк бар. Әдетте толық бөліктің табақтары ластанады; оларды мезгіл-мезгіл тазартады. Табақ - өлшемі 150х4 мм параллель кертіктері бар металл дискті білдіреді. Табақтың төккіш стақандары жоқ; ол қаңқаның арқалықтарына қарнақ пен бұрандамалармен бекітілген жеке парақтардан тұрады. Табақтар екі көрші табақшаның кертіктері бір-біріне перпендикуляр болатындай етіп орнатылады. Қуат табағы - бұл будың өтуіне арналған үлкен тесіктері бар және сұйықтықты төгуге арналған кішкене тесіктері бар диск; тесіктер бүкіл табаққа біркелкі орналастырылған. Қуат табақшалары шикізатты қабылдау кезінде және флегманы қабылдау кезінде орнатылады. Баған қазандықтан бу шығаруға, буды дефлегматорға шығаруға, флегма мен қуат қабылдауға, текше өнімін шығаруға, текшедегі деңгей реттегішін қосуға арналған штуцермен, қысым мен температура импульстарын таңдауға арналған дөңесшемен жабдықталған.
Этанол синтезінің технологиялық сұлбалары бу, процестің бір сатылы, спирттің жоғары шығымдылығымен ерекшеленеді. Ең жетілдірілген схемаларда синтездеуге арналған су буы этанолды бөліп алғаннан кейін суды қайта өңдеу және су конденсатын қолдану арқылы алынады.
Жаңа және кері этилен компрессорларда 1,2-ден 8 МПа-ға дейін сығылады, су буымен араластырылады, 4 жылу алмастырғышта реактордан шығатын қоспаның жылумен қыздырылады және 3 құбырлы пеште 275 °С-қа дейін қыздырылады, содан кейін 5 реактор - гидрататорға беріледі. Реакторға кірер алдында катализаторды қуаттандыру үшін фосфор қышқылы ағынға енгізіледі, бұл оның қызмет ету мерзімін ұзартады.
Реактор - бұл биіктігі және диаметрі 1,5 м қуыс баған, ол керемет ығысу режимінде жұмыс істейді. Фосфор қышқылынан коррозияның әсерін болдырмау үшін ол қызыл мыс парақтарымен қапталған.
Реакциялық газдарда натрий гидроксидімен бейтараптандырылатын шығарылған фосфор қышқылының буы болады, ал түзілген тұздар 6 тұз бөлгіште шығарылады. Фосфор қышқылының шығарылуы 1 мЗ катализатордан 0,4-0,5 тсағ құрайды.
Бөлінетін реакциялық газдардың жылуы кіретін қоспаны қыздыру үшін 4 жылу алмастырғышта қалпына келтіріледі. 7 тоңазытқышта реакция өнімдерінің конденсациясы жүреді, ал 8 сепараторда сұйық және газ ағындары бөлінеді. Су аз ұшпа компонент ретінде көп мөлшерде жиналады. Сондықтан спиртті қосымша бөлу үшін оны 9 абсорберде сумен жуу жүргізіледі. Құрамында 90-92 % этилен бар реакцияланбаған газ 2 компрессормен қайта өңделеді, ал жүйеде қоспалардың жиналуын болдырмас үшін оның бір бөлігі тасталады. Үрлеу енгізілген этиленнің шамамен 20 % -ын құрайды және этиленді бөлу үшін газ бөлу қондырғысына жіберіледі.
8 сепаратордан кейін су конденсаты және 9 абсорберден алынған сұйықтық дроссельденеді (қысымды босатады), нәтижесінде 10 төмен қысымды сепараторда бөлінетін және отын желісіне жіберілетін ерітілген газдар шығады.
10 сепаратордан алынған сұйық фаза құрамында диэтилді эфир, ацетальдегид және этиленнің төмен молекулалы полимерлерінің қоспалары бар этанолдың 15 % сулы ерітіндісі болып табылады. Бұл ерітінді 11 және 12 ректификациялық (тазарту) бағандарда тазартылады. Біріншісінде ең ұшпа диэтил эфирі мен ацетальдегид, ал екіншісінде - құрамында 95 % этанол мен 5 % су бар азеотропты қоспа түріндегі этил спирті шығарылады. Бағанды жылыту өткір бумен жүзеге асырылады. 12 бағананың текшесінде су қалады, оны 13 ион алмасу қондырғысында тұздан тазартады және технологиялық су бойынша тұйық цикл ұйымдастыра отырып, гидратацияға қайтарады. Бұл таза су шығынын едәуір азайтуға, ағынды суларға ағызуды болдырмауға және этанол шығынын азайтуға мүмкіндік береді.
Экономика. Өндіріс процесін жүзеге асыру үшін жұмыс күшін өндіріс құралдарымен біріктіру қажет. Өндіріс құралдары - бұл экономикалық мазмұндағы екі түрлі бөліктің жиынтығы: еңбек заттары және еңбек құралдары.
Химия өнеркәсібіндегі еңбек заттары - бұл материалдар мен жартылай өнімдер, электр энергиясы, жанармай, пластикалық массалардан немесе резеңке массадан бөлшектерді дайындау үшін қажетті қалыптар және пресс құралы, реактивтер, зертханалық ыдыстар және т.б.
Еңбек құралдары - бұл машиналар, аппараттар, құбырлар және масса өткізгіштер, желдеткіш құрылғылар, көлік құралдары мен құрылғылар, сондай - ақ пресс - қалыптар және ұзақ пайдаланылатын өзге де құралдар (бір жылдан астам).
Этанол өндірісінде атмосфераны ластайтын зиянды заттар шығарылады. Диэтилсульфат, этилсульфат, диэтил эфирі, фосфор эфирлері және басқа ұшпа заттар сияқты.
Сондықтан қалдық газдарды тазарту қажет. Ауа бассейнін зиянды заттармен ластану түріндегі теріс антропогендік әсерден қорғау үшін келесі шаралар қолданылады: технологиялық процестерді экологияландыру; газ шығарындыларын зиянды қоспалардан тазарту; атмосферадағы газ шығарындыларының таралуы; санитарлық-қорғау аймақтарын, сәулет-жоспарлау шешімдерін және т.б. орнату.
Этил спирті азық-түлік, химия өнеркәсібінде, парфюмерия мен медицинада қолданылады, сондықтан алынған спирттің біздің еліміздің МЕМСТ-қа сәйкестігін бақылау қажет. Қазір көптеген елдерде халықтың алкогольді тұтынуы өте қиын жағдай. Біздің азық-түлік өнеркәсібімізге спирттің сапасын, жерасты өндірісін және спирттік ішімдіктерді заңсыз сатуды бақылау қажет. Осылайша, өлім-жітімді азайтуға болады және алкогольді ішу қауіпсіз болады.
2 НЕГІЗГІ БӨЛІМ
2.1 Этанолдың физикалық және химиялық қасиеттері
Эталонның Физикалық қасиеттері: С2Н5ОН этанолы 78,39 ⁰С температурада қайнайтын, өзіне тән иісі мен күйдіргіш дәмі бар түссіз жеңіл қозғалатын сұйықтық болып табылады Этил спирті судан жеңіл. Бұл басқа органикалық заттардың жақсы еріткіші болып табылады. Танымал қатеден аулақ болу керек: көбінесе 95,57 % алкоголь мен абсолюттеу қасиеттері араласады. Олардың қасиеттері бірдей, бірақ шамалары 3-тен 4-ке дейінгі саннан бастап өзгере бастайды [1].
Сурет 1. Этанолдың құрылымы
Кесте 1
Этанолдың қасиеттерінің сипатталуы
Этанолдың қасиеттері
Молекулалық массасы
46,069 а. е. м.
Балқу температурасы
-114,15 °C
Қайнау температурасы
78,15 °C
Шекті нүкте
241 °C ( 6,3 МПа қысым кезінде )
Ерігіштігі
бензолмен, сумен, глицеринмен, диэтил эфирімен, ацетонмен, метанолмен, сірке қышқылымен, хлороформмен араластырылады
Сыну көрсеткіші
1,3611 (сыну көрсеткішінің температуралық коэффициенті 4·10−4, 10-30 °C температура интервалында әділ)
Түзілудің стандартты энтальпиясы ΔH
-234,8 кДжмоль (г) (298 К кезінде)
Түзілудің стандартты энтропиясы ΔS
281,38 Джмоль·K (г) (298 К кезінде)
Стандартты мольдық жылу сыйымдылығы Cp
1,197 Джмоль·K (г) (298 К кезінде)
Балқу энтальпиясы ΔHбалқу
4,81 кДжмоль
Қайнау энтальпиясы ΔHқайнау
839,3 кДжмоль
Кесте 2
Әр түрлі температурадағы этанолдың тығыздығы
Әр түрлі температурадағы этанолдың тығыздығы
Температура, °C
0
10
20
30
40
50
60
ρ, гсм³
0,8062
0,7979
0,7893
0,7810
0,7722
0,7632
0,7541
Кесте 3
20 °C кезінде этанолдың сулы ерітінділерінің тығыздығы
C2H5OH массалық құрамы, %
ρ, гсм³
1
0,99636
2
0,99453
4
0,99103
6
0,98780
8
0,98478
10
0,98187
12
0,97910
14
0,97643
16
0,97387
18
0,97129
20
0,96864
22
0,96592
24
0,96312
26
0,96020
28
0,95710
30
0,95382
35
0,94494
40
0,93518
Кесте 4
20 °C кезінде этанолдың сулы ерітінділерінің сыну көрсеткіші
C2H5OH массалық құрамы, %
nD20
C2H5OH массалық құрамы, %
nD20
10
1,3396
60
1,3633
20
1,3470
70
1,3646
30
1,3535
80
1,3649
40
1,3580
90
1,3642
50
1,3612
100
1,3613
Кесте 5
Этанолдың беттік керілуі
Температура, °C
10
20
30
40
50
σ, Нм
2,405·10−2
2,203·10−2
2,148·10−
2,020·10−2
1,980·10−2
Кесте 6
Атмосферадан төмен қысым кезінде этанолдың қайнау температурасы
Қысым, кПа (мм сн. б.)
Tкип, °C
Қысым, кПа (мм сн. б.)
Tкип, °C
0,133(1)
−31,3
7,999(60)
26,0
0,667(5)
−12,0
13,333(100)
34,9
1,333(10)
−2,3
26,66(200)
48,4
2,666(20)
8,0
53,33(400)
63,5
5,333(40)
19,0
101,32(760)
78,4
95,57 % этанол + 4,43 % су қоспасы азеотропты болып табылады, яғни айырып шығару кезінде бөлінбейді.
Этил спирті мен су қоспасының қату температурасының қоспадағы спирт концентрациясына тәуелділігі келесі кестеде келтірілген [2].
Кесте 7
Этил спирті мен су қоспасының қату температурасының қоспадағы спирт концентрациясына тәуелділігі
Спирт құрамы
мас. %
Тығыздығы
гсм³
Спирт құрамы
айн. %
Қату температурасы
°C
2,50
0,9936
2,52
−1,00
4,80
0,9897
4,85
−2,00
6,80
0,9866
6,89
−3,00
11,3
0,9801
11,53
−5,00
13,8
0,9767
14,13
−6,10
16,4
0,9733
16,85
−7,50
17,5
0,9719
18,01
−8,70
18,8
0,9702
19,38
−9,40
20,3
0,9682
20,97
−10,6
22,1
0,9658
22,88
−12,2
24,2
0,9628
25,13
−14,0
26,7
0,9591
27,84
−16,0
29,9
0,9540
31,34
−18,9
33,8
0,9472
35,68
−23,6
39.0
0,9372
41,61
−28,7
46,3
0,9219
50,22
−33,9
56,1
0,9001
62,33
−41,0
71,9
0,8631
83,30
−51,3
Этил спирті сумен, спиртпен, диэтилді эфирмен, глицеринмен, хлороформмен, ацетальдегидпен, бензинмен және т.б., барлық қатынаста араласады. Ауамен 3-20 % (айн.) концентрация шегінде жарылыс қаупі бар қоспалар түзеді. Азеотропты қоспаларды түзеді: сумен құрамында 95,6 % спирт бар және 78,1 °C қайнаған азеотропты қоспаны береді (мұндай ректификат түрінде этанол әдетте техникада қолданылады); бензолмен (32,4 %; 68,24 °C); гексанмен (21 %; 58,7 °C); этилацетатпен (30,8 %; 71,8 °C).
Этил спирті бозғылт көк жалынмен жанады. Судағы будың ерігіштік коэффициенті 1412 (40 °C кезінде); адам қанында 1370-1580 (37 °C Cкезінде). МЕМСТ 8314-57 сәйкес ағаштан (гидролизбен) алынған спирттегі қоспалардың құрамы күрт шектелген. МЕМСТ 9674-61 синтетикалық этил спиртіне.
Тұтану температурасы 13 °C, өздігінен тұтану температурасы 404 °C, жарылу шегі: температуралық шегі 11 41С, концентрация шегі 3,6 19 % (айн.). Атмосфералық ауадағы ШРК 5 мгм3; Жұмыс аймағының ауасындағы ШРК 1000 мгм3.
Ағзаға әсер етудің жалпы сипаты: алдымен қозуды, содан кейін орталық жүйке жүйесінің сал ауруын тудыратын есірткі. Жеті сағаттық жұмыс күні ішінде өндірістік үй-жайларда (ішке қабылдаусыз) этил спиртінің буымен қатты улану іс жүзінде мүмкін емес [3].
Химиялық қасиеттері. Барлық оттегі бар қосылыстар сияқты, этил спиртінің химиялық қасиеттері, ең алдымен, функционалды топтармен және белгілі бір дәрежеде радикалдың құрылымымен анықталады.
Сурет 2. Этанол молекуласының үш өлшемді бейнесі
Этилаттар (немесе жалпы жағдайда -- алкоголь) және сутегі түзе отырып, сілтілік металдармен әрекеттеседі.
2C2H5OH + 2К = 2С2Н5ОК + Н2.
Күрделі эфир түзе отырып, карбон қышқылдарымен әрекеттеседі:
RCOOH + HOCH2CH3 -- RCOOCH2CH3 + H2O
Диэтилді эфир түзе отырып, күкірт қышқылының қатысуымен (120 °C кезінде) дегидратация реакциясына түседі:
2CH3CH2OH -- CH3CH2OCH2CH3 + H2O
Ауада және оттегіде жылу бөле отырып жанады:
C2H5OH + 3 O2 -- 2 CO2 + 3 H2O
Этилаттар түзе отырып, сілтілік металдардың гидридтерімен және гидроксидтерімен өзара әрекеттеседі:
CH3CH2OH + NaH -- CH3CH2ONa + H2
CH3CH2OH + NaOH -- CH3CH2ONa + H2O
Мырыш хлоридінің қатысуымен гидрогалогендеу реакциясына түседі:
CH3CH2OH + HCl -- CH3CH2Cl + H2O
Этил спиртінің гидроксил тобына тән қасиет сутегі атомының қозғалғыштығы болып табылады, бұл гидроксил тобының электронды құрылымымен түсіндіріледі. Этил спиртінің кейбір алмастыру реакцияларына, мысалы, сілтілік металдарға қабілеттілігі осыдан. Екінші жағынан, көміртектің оттегімен байланысының мәні мен сипаты бар. Көміртекпен салыстырғанда оттегінің жоғары электрөткізгіштігіне байланысты көміртегі-оттегі байланысы да белгілі бір дәрежеде көміртек атомында жартылай оң зарядпен және оттегіде теріс зарядпен полярланады. Алайда, бұл поляризация иондарға ыдырауға әкелмейді, спирттер электролиттер емес, бірақ индикаторлардың түсін өзгертпейтін бейтарап қосылыстар, бірақ оларда диполдың белгілі бір электрлік сәті бар [4].
Спирттер - екідайлы қосылыстар болып табылады, яғни олар қышқылдардың да, негіздердің де қасиеттерін көрсете алады.
Этанол - әдеттегі бір атомды алифатты спирт. Металдармен бірге этилаттар, мысалы, С2Н5ОNa; Бейорганикалық және органикалық қышқылдармен, галогенангидридтермен - күрделі эфирлер түзеді. Эпоксидтермен әсер сақинаның ашылуына және гидроксиэфирлердің түзілуіне әкеледі:
С2Н5ОН + эпоксид = С2Н5ОСНRСН2ОН
Этил спиртін гидраттау этиленге немесе диэтил эфиріне әкеледі; альдегидтермен және кетондармен RRCO әсер - RRC(ОС2Н5)2 ацеталдарына; NaClO - хлоралға; 380 - 400 °C кезінде күрделі катализатор үстінен этанол буының өтуі кезінде 1,3-бутадиен түзіледі; этил спиртінің ацетиленмен өзара әрекеттесуі кезінде - С2Н5ОСН=СН2 винилэтилді эфир; NН3 өзара әрекеттесуі кезінде - моно -, ди - және триэтиламиндерге әкеледі.
Үшінші аминдердің қатысуымен РОСl3 немесе SO2Cl2 әсері фосфор немесе күкірт қышқылы эфирлерінің түзілуіне әкеледі [5].
2.2 Процестің физика-химиялық негіздері
Олефиндерге су қосу әрқашан Марковников ережесі бойынша жүреді. Сондықтан бастапқы алкогольді тек этиленнен алуға болады; басқа олефиндерден екінші немесе үшінші спирттер алынады [2,5].
Этиленді тікелей гидратациялау этил спиртінің түзілуімен катализатордың қатысуымен суды этиленге тікелей (аралық өнімдерді құрмай) қосудың қайтымды экзотермиялық процесі деп аталады:
СН2=СН2 + Н2 С2H5OH + 10,55 ккал
Процестің катализаторы ретінде шарикті тасымалдаыштағы ортофосфор қышқылы - силикагель қызмет етеді. Реакция төрт сатыда жүреді деп болжануда:
1) қышқыл үлдірде этиленнің физикалық еруі;
2) карбон ионының түзілуі:
С2Н4 + H+ C2H5+
3) алкоксон ионының түзілуімен карбон ионының сумен әрекеттесуі:
C2H5+ + Н2О C2H5О+Н2
4) алкоксон ионының спирт пен протонға ыдырауы:
C2H5О+Н2 C2H5ОН+ Н+
Катализатордың жүрісі циклі кезіндегі белсенділігі реактор арқылы өтетін өнімдер ағынымен ортофосфор қышқылының кетуіне байланысты біртіндеп төмендейді. Жабдықты қышқылмен жемірілуден аулақ болу үшін оны бейтараптандырады; осы мақсатта сілтіленген су-спирт конденсаты реактордан кейін бу-газ ағынына себеді [6].
Реактор арқылы бір өту кезінде этиленнің өзгеру дәрежесі 3,5-4,8 % құрайды. Реакцияланбаған этилен реакторға қайтарылады (қайта айналады), су мен спирттің буы жылу алмастырғыштар мен тоңазытқыштар жүйесінде сұйық түрге айналады, ал бұл ретте айналымдағы газ салқындатылады. Су-спирт конденсатын сепараторлардағы айналымдағы газдан бөледі және тазартуға жібереді. Этиленнің реакцияға түскен барлық мөлшерінің тек 95-98, 5 % -- ы спиртке, ал қалғаны диэтил эфиріне, ацетальдегидке, полимерлерге айналады. Этиленнің спиртке айналу дәрежесін арттыру мақсатында айналымдағы газдағы этиленнің жоғары концентрациясын ұстап тұрады (массаның 90 % және одан да көп). Бұл ретте газ бөлу қондырғысынан түсетін жаңа этилен фракциясындағы этиленнің концентрациясы 99 % - ға (массаға) тең болуы қажет.
Су-спирт конденсатын тазарту кезінде одан 93-94 % спирт алынады. Бөлінген қойылтылған спирттен ацетиленнің аз мөлшерін алып тастайды.
2.3 Процестің кинетикасы және термодинамикасы
Негізгі реакцияның тепе-теңдігін қарастырайық: гидратация - молекулааралық дегидратация [7].
Н2С=СН2 + Н2О Н2СОН - СН3
Ол жылу шығарумен бірге жүреді, демек, температура төмендеген кезде оның тепе-теңдігі оңға ауысады. Дегидратацияға, керісінше, қыздыру ықпал етеді. Олефиндерді гидратациялау үшін тепе-теңдік пайдалы, өйткені 150-300 оС кезінде процестің катализаторлары жеткілікті белсенді болған кезде DGO үлкен оң мәнге ие болады және тепе-теңдік дегидратацияға ауысады. Сонымен қатар, әртүрлі құрылымдағы олефиндер үшін қарастырылған реакциялардың термодинамикасындағы айырмашылықтар шамалы. Реакциялардың стехиометриясы көрсеткендей, олардың тепе-теңдігіне қысымды өзгерту арқылы әсер етуге болады. Заттардың моль санының артуымен жүретін молекулааралық дегидратацияға төмен немесе қалыпты қысым ықпал етеді. Керісінше, олефиндердің ылғалдануы (этиленді қоса алғанда) олефиннің конверсиясының тепе-теңдік дәрежесін арттыратын жоғары қысымды қолдайды. Сонымен, соңғысы 250-300 оС және атмосфералық қысым кезінде тек 0,1-0,2 % құрайды, бұл тәжірибелік мақсаттар үшін мүлдем қолайсыз, бірақ 7-8 Мпа және сол температурада ол 12-20 % дейін артады. Этиленнің гидратациялау кезіндегі конверсиясының тепе-теңдік дәрежесінің қысым мен температураға тәуелділігі 7-суретте көрсетілген, ал ұқсас қисықтар басқа олефиндерге де тән. Гидратация бір мезгілде температураның төмендеуіне және қысымның жоғарылауына ықпал ететіні анық.
Енді спирттердің молекулааралық дегидратациясы жүйесіндегі тепе - теңдікті қарастырайық - жай эфирлердің гидролизі:
2ROH ROR + Н2О
Этанол жағдайында оның тепе-теңдігі температура төмендеген кезде оң жаққа ауысатындығын көрсететін теңдеумен сипатталады:
LgKp=-1,40+1200T
Демек, 200-400 °C -та ішкі және молекулааралық дегидратация бір-бірімен бәсекелеседі. Осы реакциялардың бағытын реттеудің термодинамикалық әдісі қысымның өзгеруі болып табылады: бұл эфирдің түзілуіне әсер етпейді, бірақ олефинді алуға оның төмендеуі қолайлы.
Кейбір жағдайларда судың рөлі күрделірек. Сонымен, кеуекті тасымалдаушыға салынған фосфор қышқылы оның бетінде газ фазасынан суды сіңіретін сұйық үлдірді түзеді. Әрбір берілген температурада және газ фазасындағы су буының ішінара қысымында фазалық тепе-теңдік орнатылады, және үлдірдегі фосфор қышқылы белгілі бір концентрацияға және оған сәйкес каталитикалық белсенділікке ие. Соңғысы температураның төмендеуімен және судың ішінара қысымының жоғарылауымен төмендейді, бұл әр жағдай үшін осы параметрлерді таңдауды белгілі бір шеңбермен шектейді [8].
2.4 Негізгі параметрлердің процесс жылдамдығына әсері
Температура. Этиленнің тікелей гидратация реакциясын төмен температурада жүргізген жөн. Алайда, іс жүзінде температураны таңдау реакция жылдамдығымен және қолданылатын катализаторлардың белсенділігімен шектеледі. Температураның жоғарылауымен, басқалары тең болған кезде, этиленнің спиртке айналуының тепе-теңдік дәрежесі төмендейді. Алайда, төмен температурада фосфор қышқылы катализаторының белсенділігі өте төмен. Осылайша, 280-290 °C кезінде этиленнің конверсия дәрежесі тек 4-5 % - ға жетеді, ал одан да төмен температурада ол одан да аз болады. Іс жүзінде фосфор қышқылы катализаторының қатысуымен бу фазасында тікелей гидратация процесін 260-300 °C аралығында жүргізеді [3,8].
Температураның 290 °C дейін жоғарылауымен этиленнің гидратация жылдамдығы артады. Температураның одан әрі 320 °С-қа дейін көтерілуі этиленнің этил спиртіне конверсия дәрежесінің аздап төмендеуімен қатар жүреді; сонымен қатар, жанама өнімдердің шығуы күрт артады. Спирт (Gcп) реакторының ағымдағы өнімділігінің аппараттың жоғарғы бөлігіндегі температураға (Т, К) тәуелділігі эмпирикалық теңдеумен сипатталады:
Gcп= a + bT + bT2
мұнда а, b, с - катализатордың белсенділігіне және процестің технологиялық параметрлеріне байланысты коэффициенттер. Уақыттың әр сәтіне спирттің ең төменгі өзіндік құны кезінде аппараттың ең жоғары ағымдағы және жиынтық өнімділігін қамтамасыз ететін оңтайлы температура сәйкес келеді. Температураның оңтайлы температурадан 5 °C ауытқуы реактор өнімділігінің 5 % төмендеуіне әкеледі; бұл ретте бу, электр энергиясы және катализатордың шығыны сәйкесінше 1 тонна спиртке артады. Реактордың жоғарғы жағының оңтайлы температурасы (Т,К) әдеби деректерге сәйкес мынадай формула бойынша анықталады:
мұнда Рн2о -- реактордағы су буының парциалдық қысымы, кгссм2;
tэф - реакцияның тиімді уақыты, с. Бұл теңдеуді құрылғының жоғарғы температурасын реттеу үшін қолдану реактордың әр сәті үшін tэф анықтау қиындықтарымен қиындайды.
Су-спирт қоспасының қайнау температурасы. Әрине, екі заттың - су (760 мм.рт.ст. кезінде tкип=100 °C) мен этанолдың (760 мм.сн.б. кезінде tкип=78,3 °C) ерітіндісінің қайнау температурасы жеке заттардың қайнау температурасы арасында болуы керек. Қаныққан сулы-спиртті бу температурасының немесе осы екілік қоспаның қайнау (булану) температурасының Y буындағы спирт концентрациясына тәуелділігі (кесте 1) келтірілген. Бұл кестеде 96,4 % концентрациясымен А нүктесі бар, ондағы температура 100 % этанолдың қайнау температурасынан да төмен екеніне назар аудару керек [4].
Сурет 3. Қаныққан су-спирт буының температурасы немесе су-спирт қоспасының қайнау температурасы (760 мм сн.б. қысым кезінде)
Қысымның әсері. Қысымның жоғарылауы гидратация реакциясына қолайлы болады, алайда оңтайлы қысым 6,7-8 Мпа құрайды. Бұл қысым этиленді фосфор қышқылымен сіңіру процесіне байланысты. Су буларының оңтайлы парциалды қысымы 2,7-3 Мпа құрайды; және ол су буы мен этиленнің моль қатынасын анықтайды. Этиленнің оңтайлы парциалдық қысымы 3,5-3,7 Мпа құрайды. Жалпы қысым судың, этиленнің және қоспалардың парциалдық қысымынан тұрады. Айналымдағы газдағы этиленнің концентрациясы 80-85 % болған кезде жүйенің жалпы қысымы 7-8 Мпа-ға тең болады.
Бастапқы заттардың (реагенттердің) концентрациясы. Тұрақты айналым кезінде айналымдағы газдағы этилен концентрациясының жоғарылауы реактордың өнімділігін арттыруға және бу, электр және катализатор шығынын 1 тонна спиртке азайтуға көмектеседі. Сонымен қатар газдағы этиленнің неғұрлым жоғары концентрациясын ұстап тұру үшін инертті қоспаларды жоюға арналған жүйеден шығарылатын газдың үлесін ұлғайту қажет, ал бұл спирттің өзіндік құнына теріс әсер етеді. Айналымдағы газдағы этиленнің оңтайлы концентрациясы 90-92 % құрайды (айн.). Этилен концентрациясының 93 % - дан жоғары жоғарылауы (айн.) орынсыз, өйткені ол спирттің өзіндік құнын едәуір арттырады [9].
Су мен этиленнің моль қатынасының әсері. Термодинамикалық мәліметтерге сәйкес, Н2О қатынасының жоғарылауымен: С2Н4 c 0,5 :1 дейін 1 : 1 олефиннің конверсия дәрежесі едәуір артады. Алайда эксперименттік мәліметтер термодинамикалықтан өзгеше: Н2О : С2Н4 қатынасының 0,7-0,75 дейін артуымен этиленнің конверсия дәрежесі шын мәнінде артады, бірақ оның одан әрі артуымен ол төмендейды. Сондай-ақ, гидратация катализаторының белсенділігі Н2О:С2Н4 қатынасына байланысты екендігі анықталды. Кеуекті тасымалдаушыдағы сұйық үлдірдегі фосфор қышқылының оңтайлы концентрациясы 83-85 % құрайды. Бұл мән су буының парциалдық қысымына байланысты, ол жүйенің жалпы қысымымен және су: тилен моль қатынасымен анықталады. Н3РО4 оңтайлы концентрациясы Н2О:С2Н4=0,75:1 қатынасында байқалады. Осы арақатынастың одан әрі өсуімен үлдірдегі су мөлшері артады, қышқыл концентрациясы төмендейді және этиленнің конверсия дәрежесі төмендейді. Сондықтан өнеркәсіптік жағдайда Н2О:С2Н4=(0,6-0,7):1 моль қатынасы қабылданады.
Катализаторлар. Өнеркәсіптік катализаторлар технологияға қойылатын бірқатар талаптарды қанағаттандыруы керек. Катализаторлар осы реакцияға белсенді болуы керек, мүмкін байланыс улардың әсеріне төзімді, салыстырмалы түрде арзан, жоғары механикалық беріктікке, ыстыққа төзімділікке және белгілі бір жылу өткізгіштікке ие болуы керек. Сондықтан тәжірибеде қолданылатын катализаторлар сирек жеке заттар болып табылады және әдетте байланыс массалары деп аталатын күрделі механикалық қоспалар болып табылады. Байланыс массасының құрамына негізінен үш компонент кіреді: катализатордың өзі, белсендіргіш және тасымалдаушылар.
Тасымалдаушылар деп катализатор қолданылатын ыстыққа төзімді инертті кеуекті заттар аталады. Тасымалдаушыларды пайдалану технологиялық және экономикалық мақсаттарды көздейді. Біріншіден, бұл ретте бай дамыған ішкі белсенді беті бар кеуекті байланыс массасы жасалады, оның механикалық беріктігі мен ыстыққа төзімділігі артады, екіншіден, қымбат катализатор (платина, никель, ванадий бес тотығы және т.б.) үнемделеді. Кейбір жағдайларда тасымалдаушылардың өзі белсендіргіш бола алады. Катализаторлардың типтік тасымалдаушыларына силикагель, алюмсиликаттар, асбест (талшықтас), пемза (кеуектас), кизельгур, көмір, каолин, кейбір тұздар жатады [10].
Кез-келген каталитикалық процесс байланыс массасының бетінде жүретіндіктен, мұндай процестің жылдамдығы мен тереңдігі көбінесе катализатор бетінің мәнімен анықталады. Байланыс массаларының негізгі сипаттамаларының бірі-белгілі бір бетінің мөлшері Ѕм.б. , яғни катализатордың салмақ бірлігінің немесе көлемінің беті. Көптеген өнеркәсіптік катализаторлар үшін Sм.б. бірнеше ондағаннан бірнеше жүз м2г құрайды. Осындай жоғары беткі қабатты қамтамасыз ету үшін байланыс массалары жоғары кеуектілігі бар материалдар болуы керек. Байланыс массасының дәніне енетін ұсақ тесіктер ішкі бетті жасайды, бұл, әдетте, оның сыртқы бетінен бірнеше жүз есе үлкен.
Этанолды этиленді тікелей гидратациялау арқылы өндіруде қатты тасымалдағыштағы фосфор қышқылының катализаторы кеңінен қолданылды.
Тікелей гидратацияның катализаторлары ылғалдың әсерінен жойылмауы керек, сондықтан кизельгурдағы фосфор қышқылы сияқты катализатор қолданылмайды - оның қаңқасы жоқ және ол оңай бұзылады. Фосфор қышқылы үшін тасымалдаушы ретінде силикагель немесе алюмсиликат қолданылады. Көбінесе белгілі бір бетті азайту және тығыздаудың жағымсыз реакцияларын басу үшін су буымен өңделген шарикті кең кеуекті силикагель қолданылады.
Тасымалдаушы 65 % фосфор қышқылымен сіңдіріліп, 100 °C температурада кептіріледі. Дайын катализатор құрамында 35-40 %, Н3РО4 85 % концентрациясы бар.
Реакция жағдайында тасымалдаушыға тұндырылған фосфор қышқылы тесіктің бетіне сіңірілген су қабығында ериді және реакция іс жүзінде фосфор қышқылының сұйық үлдірінде жүреді. Қышқыл катализ, осылайша катализатордың сұйық үлдіріндегі гомогенді катализге дейін азаяды.
Фосфор қышқылының катализаторының маңызды кемшіліктері оның коррозиялық агрессивтілігі және қышқылды тасымалдаушы бетінен біртіндеп алып тастау болып табылады. Бұл кемшіліктерді бейтарап катализаторлар - вольфрам және кремний - вольфрам көмегімен толығымен жоюға болады.
250-300 оС және 30 Мпа кезінде және 300 оС және 14 МПа кезінде сұйық фазада бейтарап катализаторда этиленді гидратациялау процестері әзірленді. Мұндай жағдайларда процесс жоғары қысымды бағанада жүзеге асырылады, онда силикагельге вольфрам тотығы катализаторы тәрелкелерге орналастырылады (15-20 % WO3). Этилен мен су колоннаның жоғарғы жағына беріледі, ал төменнен 10 % спиртті шығарады. Бұл процесте судың булануы мен су буының қызып кетуіне көп мөлшерде жылу жұмсаудың қажеті жоқ [11].
Бор қышқылының қосындысымен SiO2·12WO3·7Н2О типті кең кеуекті силикагелінде 40-60 % вольфрам триоксиді бар басқа да белсенді вольфрам катализаторлары әзірленді. Осы типтегі катализаторлар силикагельді аммоний вольфраматының ерітіндісімен сіңдіріп, содан кейін 400 °C температурада қыздыру арқылы дайындалады. Олар кейінгі қалпына келтіруді қажет етпейді. Катализатордың құрамына 5-10 % бор қышқылын қосу оның белсенділігін едәуір арттырады. Силикагельде 60 % WO3 және 5 % В2О3 бар ең белсенді катализатор 200-240 оС және 1,5-2,5 МПа аралығында, яғни жұмсақ жағдайларда - 5,5 % конверсия кезінде қолданылады.
Вольфрам катализаторлары фосфат қышқылына қарағанда белсенді және жеңіл жағдайда жұмыс істей алады. Алайда, олар әлдеқайда қымбат, өйткені вольфрам тапшы материал, сондықтан мұндай катализаторлар кең өнеркәсіптік қолдануды таппады.
2.5 Өнімді реакциялық қоспадан оқшаулау әдістері
Осы жұмыста сипатталған этиленді тікелей гидратациялаудың технологиялық сұлбасы бойынша спирт-су конденсатын этиленнен бөлу сепараторларда жүргізіледі, одан кейін спирт-су ерітіндісі және спирт-су конденсатының барлық ағындары ерітілген этиленнен босатылғаннан кейін тазартылуға түседі. Сепараторлардан шығатын газдың құрамында спирт қоспалары бар. Осы қоспалардан бөлу үшін газ су скрубберіне жіберіледі, содан кейін айналым этилен компрессорына жіберіледі. Тазарту стандартты сұлба бойынша жұмыс істейтін азеотропты тазарту бағанында жүзеге асырылады. Онда артық судан азеотроп спирт-су шығарылады. Ректификат спирті құрамында артық су бар, ондағы спирт концентрациясы 90-92 % құрайды. Бағанның астынан фузельді су шығарылады [9,11].
Енді этил спиртін шығару әдістері бойынша бірқатар өнертабыстарды қарастырайық. 307997 куәлік авторы (В.Н.Карасев және В.Я.Старцев). Өнертабыс этиленді фосфор қышқылды катализаторда тікелей гидратациялау арқылы алынған шикі спиртті қайта өңдеу тәсілдеріне жатады.
Этиленді тікелей гидратациялау тәсілімен синтетикалық этил спиртін алу процесінде фосфор қышқылды катализаторда құрамында полимерлер бар шикі спирттің 5-25 % ерітіндісі түзіледі, олар шикі спиртті одан әрі қайта өңдеу кезінде (тазарту қондырғыларда) тазарту бағаналардың табақтарына таралады және оның сапасын нашарлататын тауарлық өніммен - спиртпен (тазартылған спиртпен) және химиялық ағындарды ластай отырып фузельді сулармен шығарылады.
Шикі спиртті өңдеудің қолданыстағы тәсілінде бағананың толық бөлігінің сұйық фазасының бүкіл ағынын флоренция ыдысына бағыттау арқылы тазарту бағаналарынан полимерлерді шығару көзделеді. Флоренция ыдысынан (тұндырылғаннан кейін) полимерлер жинаққа жіберіледі, ал сулы-спиртті конденсаты бағананың толық бөлігіне төменгі табаққа қайтарылады.
Шикі спирттегі полимерлердің концентрациясы орташа есеппен 0,1 салмақты,% құрайды, ал дистилляциялық колонналардың толық бөлігіндегі сұйық фазаның мөлшері үлкен болғандықтан, бұл әдіс полимерлерді оқшаулауға мүмкіндік бермейді және соңғылары колоннадан ішінара фузельді судың құрамында биологиялық тазарту қондырғысы арқылы табиғи су қоймаларына тасталып, ішінара өнімге түсіп, оның сапасын нашарлататын химиялық ластанған ағынды сулар түрінде көп мөлшерде шығарылады. Фузельді судың құрамындағы полимерлер биологиялық әдіспен өте қиын тазартылады.
Спирттің сапасын жақсарту және сарқынды суларды тазартуды оңайлату мақсатында этиленді тікелей гидратациялау арқылы алынған этил спиртін бөлу кезінде тазарту бағаналардан құрамында 40-80 айн. % спирт бар сұйықтық фазасын алып, оны кейіннен 10-20 айн. % спирт құрамына дейін сұйылтып, тұндырғышқа жіберу ұсынылады.
Суда еритін органикалық өнімдер болып табылатын полимерлер этил спиртінде жақсы ериді және тазарту процесінде бағанада жиналып, максималды концентрацияға жетеді (17-35 айн. %) спирт концентрациясы 40-80 айн. % болатын бағананың бөлігінде.
Сұйылту кезінде бөлінген полимерлер флоренция ыдысындағы су-спирт қабатынан бөлініп, жинаққа шығарылады, ал су-спирт қабаты қайтадан бағанаға қуаттану табағына жіберіледі.
Бұл әдіс оттегіні химиялық сіңіру бойынша ағындардың сапасын 60-65 % - ға және онда МЕМСТ 11547-65 бойынша анықталатын қоспалардың құрамы бойынша спирттің сапасын 25 салмаққа, % жақсартуға мүмкіндік береді.
Өнертабыс мәні: Бағананың толық бөлігінің сұйықтық фазасын тұндырғышқа бір мезгілде бұра отырып, полимер фракциясын бөліп, су-спирт фракциясын нысаналы өнімнің сапасын жақсарту және сарқынды суларды тазартуды оңайлату мақсатында тазарту бағанасынан құрамында 40-80 айн. % бар сұйық фазаны оны 10-20 айн. % спирт құрамына дейін сұйылтып, тұндырғышқа жіберуімен ерекшеленетін тазартуға қайтара отырып, шикі спиртті тазарту арқылы этиленді тікелей гидратациялау арқылы алынған этил спиртін бөлу тәсілі [12].
368216 авторлық куәлік. (Авторлары: Г.З.Блюм, В.Л.Волков, С.С.Иевлева және т.б.). Этил спиртін бөлу әдісі. Тазалығы жоғары дәрежедегі спиртті алу мақсатында кремний қостотығын өндіру кезінде қалдықтар ретінде алынатын сулы-спиртті ерітінділерді құрамында 1 л спирт бар ерітіндіге 0,8-1 % мөлшерінде гидроксиламин тұздарымен, содан кейін кемінде 3 сал. % мөлшерінде хлорлы кальциймен немесе кейіннен тазарта отырып, құрамында спирт бар ерітіндінің 1 л-не кемінде 10 г мөлшерінде күкірт қышқылымен араластырылған ерітінділермен өңдеу ұсынылады. 1 флегма санымен бір реттік тазарту кезінде 96 % спирт алынады, спиртті екінші реттік тазарту кезінде (4-5 флегма саны) тазалығы бойынша жоғары тазартылған гидролиздік спирттен, сондай-ақ тамақ шикізатынан өндірілетін тағамдық спирттен кем болмайтын этил спирті алынады.
Фторопласт бағанасында тазарту жүргізу кезінде электрониканың талаптарын қанағаттандыратын ерекше тазалықтағы спирт алынады. 608796 авторлық куәлік. Этил спиртін бөлу әдісі (Авторлары: Е.А.Рябенко, Г.З.Блюм, Г.Г.Виноградов және т.б.). Өнертабыс спирттерді, атап айтқанда, мысалы, электр өнеркәсібінде қолданылатын ерекше таза этил спиртін өндірудің жетілдірілген әдісіне жатады.
368216 негізгі авторлық куәлігі бойынша этиль спиртін гидроксиламин тұздарымен рет-ретімен өңдеу арқылы кремний қостотығын өндіру кезінде қалдықтар ретінде алынатын сулы-спиртті ерітінділерден бөлу тәсілі белгілі.
Алайда, бұл әдіспен мақсатты өнім аммиакпен және оның реакция өнімдерімен ластанған. Аммиак сульфатының және аммиактың күкірт қышқылымен тұндыру кезінде пайда болатын аммиактың кейбір басқа туындыларының суда жақсы ерігіштігіне байланысты соңғысы спирттің сулы ерітіндісінен толығымен шығарылмайды, мұндай спирттің РН 7,5-8,0. Бұл спиртті жартылай өткізгіш үлдірлерді өңдеуде қолдануға болмайды, өйткені олардың бетінде қақ пайда болады, бұл құрылғылардың бұзылуына әкеледі [13].
Мақсатты өнімнің сапасын арттыру мақсатында № 368216 авторлық куәлік бойынша этил спиртін бөлу тәсілінде сулы спирт ерітіндісін этил спиртінің ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz
Реферат
Курстық жұмыс
Диплом
Материал
Диссертация
Практика
Презентация
Сабақ жоспары
Мақал-мәтелдер
1‑10 бет
11‑20 бет
21‑30 бет
31‑60 бет
61+ бет
Негізгі
Бет саны
Қосымша
Іздеу
Ештеңе табылмады :(
Соңғы қаралған жұмыстар
Қаралған жұмыстар табылмады
Тапсырыс
Антиплагиат
Қаралған жұмыстар
kz