Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена - Дымент О.H.
Скачать (прямая ссылка):
100
ISO
6;
АО
20
а
I-D
2~/
' /з
SB
96 SU \32
^SO 6
86
0,2 O1U Концентрация
0,6 0,8 'ы, мопьн. дола
1,0
8U
6
4-2
г и є 8 to
Степень нонВерсии воды, 0Jo
Рис. 27. Зависимость селективности процесса гидратации окиси этилена от концентрации воды в исходной смеси (с) и от степени ее конверсии (б) в реакторах различного типа:
а) 1—тарельчатый; 2—вытеснения; з—персмешинапия; б) !—перемешивания; 2—промышленный; 3~вытеснения; 4—периодического действия.
С помощью разработанной кинетической модели проведено моделирование материального и теплового балансов реактора гидратации. В реакторе идеального перемешивания при кислотном катализе уравнение материального баланса имеет следующее выражение:
- (г/-ті'-") Xi-TiMiY
Y,(d:n!dx)-.
где V— объем реактора; р — плотность; v' и v" — скорость подачи водных растворов окиси этилена и серной кислоты; X1, х], х\ — доли г-того компонента на выходе пз реактора и в водных растворах окиси этилена и серной кислоты; т — время реакции; г, — скорость реакции і-того компонента; М,: — молекулярная масса г-того компонента.
Математическое моделирование процесса гидратации в реакторах различного типа (идеального перемешивания, идеального вытеснения и в реакторе типа ректификационной колонны, в которой на каждой тарелке должно проходить быстрое разделение непрореагировавшеи g* 83
окиси этилена и раствора гликолей) показало, что наибольшая селективность процесса достигается в реакторе идеального вытеснения [95]. При большом избытке воды (мольное соотношение окись этилена : вода = 1 : 9 и выше) разница в селективности в реакторах идеального вытеснения и идеального перемешивания уменьшается (рис. 27, а). Однако увеличение избытка воды является невыгодным, так как приводит к повышению энергетических расходов и снижению производительности оборудования. Селективность процесса в реакторах различного типа в сравнении с имеющимися промышленным приведена на рис. 27, б. Математическая модель установки получения этиленгликоля, включая стадии приготовления исходной шихты, гидратации и ректификации, полученная методом динамического программирования, приведена в работе [96].
Тепловой эффект реакции окиси этилена с водой составляет 96,3 кДж/моль (23 ккал/моль) [86]. Эта величина определена по стандартным теплотам образования окиси этилена, воды и этиленгликоля. Для окиси этилена (газ) она равна 51,04 кДж/моль (12,19 ккал/моль), а для этиленгликоля, в зависимости от концентрации водного раствора, она составляет [97, р. 122]:
Число молей
воды иа Теплота образования
1 моль (жидкого), кДж/ыоль
гликоля (ккал/моль)
0 —454,6 (—108,58) 0,5 —455,4 (—108,76)
1 —455,9 (-108,88) 5 -458,4 (-109,50)
Число МОЛСІІ
воды на Теплота образования
1 моль (жидкого), кДж/моль
гликоля (ккал/моль)
10 -459,6 (-109,77)
15 -460,0 (-109,88)
25 -460,4 (-109,97)
50 -460,7 (-110,04)
Технологическая схема производства этиленгликоля некаталитической гидратацией окиси этилепа
Получение этиленгликоля в промышленных условиях включает следующие стадии: приготовление исходного водного раствора окиси этилена в воде, гидратация окиси этилена, упаривание водного раствора этиленгликоля и ректификация раствора гликолей с выделением товарных продуктов (моноэтиленгликоля и побочно получаемых ди- и триэтиленгликоля). Технологическая схема производства этиленгликоля мощностью около 3 т/ч (Германия, Anorgana) показана на рис. 28 [93, р. 28].
Окись этилена, предварительно охлажденная до температуры около —10 °С, из сборника 1 насосом 2 подается в смеситель 3. Верхняя его часть представляет собой насадочную колонну, заполненную кольцами Рашига (15 X 15 мм), и служит для абсорбции паров окиси этилена, которые могут выделиться при неполном поглощении ее водой в нижней части смесителя,
В верхнюю часть смесителя из сборника 5 насосом подается водяной конденсат с температурой около 20 0C, полученный после
_ "Ч
H Вакуум- H ВакууМ- н Вакуум-насоси
—— WgCgC^-Jj4-" насосу *]jw^~c
Этиленгликоль
Диэтилен- Тетра- Триэтиленгликоль этилен- гликоль гликоль
Рис. 28. Технологическая схема производства этиленгликоля:
1, 5, 9, 12, 13, 19, 20,21,22 — сборники; 2,1 — насосы; 3 — смесит*, ль, в —тснлообменчт.!-*-, 7 — г трата гор; 4 — расширитель; 10, 23 — подогреватели; 11, 17 — выпарные аппараты; 14, 15, 16, 18 — колонны.
выпаривания и ректификации слабого раствора гликоля. Соотношение окиси этплена и воды поддерживается равным 1 : 6 (по объему).
Шихта из смесителя 3, содержащая ^ 13% окпсп этилетта, с помощью насоса 4 подается при-давлении до 2,45 МПа (25 кгс/см2) через теплообменник 6 в гидрататор 7. В теплообменнике 6 шихта подогревается реакционной жидкостью, выходящей из гидрататора, до 160—180 °С, при этом сама реакционная жидкость охлаждается до 90 °С. Температуру шихты, поступающей в гидрататор, можно менять за счет пропускания части ее помимо теплообменника.
