Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
В качестве катализатора используется фосфорная кислота, нанесенная на широкопористые носители: кизельгур, силикагель, алю-
100 200 JCO <G0 Температура, °С
Рис. 78. Зависимость равновесной степени конверсии этилена в спирт от температуры и давления
JOO0C 2Э5°С
28O0C
§ 20[2900C s- 285°С
1 //?
! в
Ч 80 82 84 8В
мосиликат. Носители, обладающие широкими порами, облегчают протекание диффузии реагентов внутрь зерен пористого катализатора. Так как данный кислотногетерогенный катализ осуществляется свободной кислотой, находящейся в виде жидкой пленки (абсорбирующей пары воды из газовой фазы) на поверхности носителя, то активность катализатора зависит от концентрации кислоты, которая в свою очередь зависит от парциального давления паров воды (рис. 79). Так, при давлении паров воды 27,5•1O8 Н/м2 концентрация кислоты составляет при 280° С 83%, а при 290° С—85%. В результате обширных исследований и промышленных испытаний установлены основные условия взаимодействия газообразного этилена и водяных паров: 1) температура 280—290° С; 2) давление
70•1O5—80•1O5 Н/м2; 3) концентрация этилена в циркулирующем газе 80— 85 об. %; 4) молярное отношение воды к этилену 0,6—0,75 : 1 и 5) концентрация фосфорной кислоты на поверхности катализатора не ниже 83%; 6) объемная скорость 1800—2500 ч"1. Перечисленные условия позволяют получать водное пи ртовой раствор концентрацией спирта 15—16% при конверсии этилена за один проход 4— 5%. Полезное использование этилена составляет 95%. Остальные 5% этилена расходуются на получение диэти-лового эфира (2%), ацетальдегида (1%), димеров и полимеров (2%).
Технологическая схема прямой гидратации этилена (рис. 80) состоит из нескольких непрерывно протекающих операций: 1) приготовления исходной парогазовой смеси, 2) гидратации этилена, 3) нейтрализации паров продуктов, образующихся в результате реакции, 4) рекуперации тепла рециркулирующих потоков и 5) очистки циркулирующего газа. Гидратация этилена проводится в контактном аппарате, который для защиты от коррозии выкладывается красной медью. Этилен, сжатый компрессором, смешивается с водяными парами и вся смесь направляется в теплообменник и затем в печь, откуда парогазовая смесь при 280° С поступает в гидра-татор, который заполнен твердым катализатором на высоту 8,5 м. Время контакта 18—20 с. Необходимую для процесса температуру исходной смеси можно получить смешением этилена с перегретым Паром высокого давления (около 70•1O5 Н/м2). По режиму работы гидрататор приближается к адиабатическому реактору идеального вытеснения.
Образовавшаяся в результате реакции смесь продуктов последовательно отдает тепло в теплообменнике, конденсируется водный раствор спирта в емкости и затем окончательно охлаждается в холодильнике. Полная отмывка газа от паров спирта идет в скруббере.
88 90 Концентрация H3PO4,%
Рис. 79. Зависимость давления паров воды от концентрации фосфорной кислоты при различных температурах
Непрореагнровавшнй этилен после сжатия вновь направляется в гидрататор, а спирт-сырец подвергается ректификации. На 1 т этилового спирта расходуется 0,685 т этилена, 5,6 кг фосфорной кислоты, 2 кг носителя и 16 кг едкого натра. Срок службы катализатора равен примерно 600 ч. Введением распыленной фосфорной
ОтдуВка
Водный, спирт на очистку и ректификацию
Рис. 80. Принципиальная схема установки для прризводства этилового спирта каталитической гидратацией этилена в паровой фазе.
/ — трубчатий теплообменник, 2 — печь; 3 — реактор, 4 — сборник; 5 — холодильник, 6 — промывная колонна с ьасадкои
кислоты в реактор в ходе процесса можно продлить службу катализатора, после чего его нужно заменять, так как на поверхности осаждаются смолистые соединения. Парофазная каталитическая гидратация этилена является более перспективной, чем сернокислотная.
5. ПРОИЗВОДСТВО 1,3-БУТАДИЕНА (ДИВИНИЛА)
Для производства синтетических каучуков применяют соединения с сопряженной системой двойных связей: дивинил (бутади-ен-1,3), изопрен, хлоропрен и с одной двойной связью: изобутилен, стирол, а-метилстирол, нитрил акриловой кислоты и др. Большинство из этих соединений образуется дегидрированием соответствующих углеводородов, содержащихся в промышленных нефтяных газах, попутных газах, газовом бензине, некоторых фракциях переработки нефти, а также синтетически (например, этилбензол и изопропилбензол). Получение дивинила осуществляется контактным разложением этилового спирта, а также дегидрированием 6} тана и бутнленов в от,ну или две стадии. Получение дивинила из спирта по способу, разработанному С. В. Лебедевым, являеіся примером каталитического обратимого эндотермического процесса. Процесс
описывается суммарным уравнением
2C2H5OH г"°з/0ос'гО- CH2=CH-CH=CH2 + 2Н,0 + H2 - 80 кДж
но он проходит через ряд последовательно протекающих стадий
CH3-CH2OH ->- H2 +CH3CHO CH3-CHO+ CH3CHO->CH3-CHOH-CH2-сно->сн3—СН=СН-СНО + Н20
кротоновый альдегия
CH3-CH=CH-СН0 + 2Н -> CH3-CH=CH-CH2OH
кротиловый спирт
CH3-CH=CH-CH2OH -> Н20 + СН2=СН—CH=CH2
