Уравнение реакции гидрирования этилена в структурном виде

Acetyl

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

H +

Li +

K +

Na +

NH₄ +

Ba 2+

Ca 2+

Mg 2+

Sr 2+

Al 3+

Cr 3+

Fe 2+

Fe 3+

Ni 2+

Co 2+

Mn 2+

Zn 2+

Ag +

Hg 2+

Pb 2+

Sn 2+

Cu 2+

OH —

—

F —

—

Cl —

Br —

I —

S 2-

—

HS —

SO₃ 2-

—

HSO₃ —

SO₄ 2-

—

HSO₄ —

—

NO₃ —

—

NO₂ —

PO₄ 3-

—

CO₃ 2-

CH₃COO —

—

SiO₃ 2-

Растворимые (>1%)

Нерастворимые (

Спасибо! Ваша заявка отправлена, преподаватель свяжется с вами в ближайшее время.

Вы можете также связаться с преподавателем напрямую:

8(906)72 3-11-5 2

Скопируйте эту ссылку, чтобы разместить результат запроса » » на другом сайте.

Изображение вещества/реакции можно сохранить или скопировать, кликнув по нему правой кнопкой мыши.

Если вы считаете, что результат запроса » » содержит ошибку, нажмите на кнопку «Отправить».

Этим вы поможете сделать сайт лучше.

К сожалению, регистрация на сайте пока недоступна.

На сайте есть сноски двух типов:

Подсказки — помогают вспомнить определения терминов или поясняют информацию, которая может быть сложна для начинающего.

Дополнительная информация — такие сноски содержат примечания или уточнения, выходящие за рамки базовой школьной химии, нужны для углубленного изучения.

Здесь вы можете выбрать параметры отображения органических соединений.

Этан: способы получения и свойства

Этан C₂H₆ – это предельный углеводород, содержащий два атома углерода в углеродной цепи. Бесцветный газ без вкуса и запаха, нерастворим в воде и не смешивается с ней.

Гомологический ряд этана

Все алканы — вещества, схожие по физическим и химическим свойствам, и отличающиеся на одну или несколько групп –СН₂– друг от друга. Такие вещества называются гомологами, а ряд веществ, являющихся гомологами, называют гомологическим рядом.

Самый первый представитель гомологического ряда алканов – метан CH₄. , или Н–СH₂–H.

Продолжить гомологический ряд можно, последовательно добавляя группу –СН₂– в углеводородную цепь алкана.

Название алкана	Формула алкана
Метан	CH₄
Этан	C₂H₆
Пропан	C₃H₈
Бутан	C₄H₁₀
Пентан	C₅H₁₂
Гексан	C₆H₁₄
Гептан	C₇H₁₆
Октан	C₈H₁₈
Нонан	C₉H₂₀
Декан	C₁₀H₂₂

Общая формула гомологического ряда алканов C_nH_2n+2.

Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C₅–C₁₇ – жидкости, начиная с C₁₈ – твердые вещества.

Строение этана

В молекулах алканов встречаются химические связи C–H и С–С.

Связь C–H ковалентная слабополярная, связь С–С – ковалентная неполярная. Это одинарные σ-связи. Атомы углерода в алканах образуют по четыре σ-связи. Следовательно, гибридизация атомов углерода в молекулах алканов – sp 3 :

При образовании связи С–С происходит перекрывание sp 3 -гибридных орбиталей атомов углерода:

При образовании связи С–H происходит перекрывание sp 3 -гибридной орбитали атома углерода и s-орбитали атома водорода:

Четыре sp 3 -гибридные орбитали атома углерода взаимно отталкиваются, и располагаются в пространстве так, чтобы угол между орбиталями был максимально возможным.

Поэтому четыре гибридные орбитали углерода в алканах направлены в пространстве под углом 109 о 28′ друг к другу:

Это соответствует тетраэдрическому строению молекулы.

Например, в молекуле этана C₂H₆ атомы водорода располагаются в пространстве в вершинах двух тетраэдров, центрами которых являются атомы углерода

Изомерия этана

Для этана не характерно наличие изомеров – ни структурных (изомерия углеродного скелета, положения заместителей), ни пространственных.

Химические свойства этана

Этан – предельный углеводород, поэтому он не может вступать в реакции присоединения.

Для метана характерны реакции:

Разрыв слабо-полярных связей С – Н протекает только по гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов.

Поэтому для этана характерны радикальные реакции.

Этан устойчив к действию сильных окислителей (KMnO₄, K₂Cr₂O₇ и др.), не реагирует с концентрированными кислотами, щелочами, бромной водой.

1. Реакции замещения

В молекулах алканов связи С–Н более доступны для атаки другими частицами, чем менее прочные связи С–С.

1.1. Галогенирование

Этан реагирует с хлором и бромом на свету или при нагревании.

При хлорировании этана сначала образуется хлорэтан:

Хлорэтан может взаимодействовать с хлором и дальше с образованием дихлорэтана, трихлорэтана, тетрахлорметана и т.д.

1.2. Нитрование этана

Этан взаимодействует с разбавленной азотной кислотой по радикальному механизму, при нагревании и под давлением. Атом водорода в этане замещается на нитрогруппу NO₂.

Например. При нитровании этана образуется преимущественно нитроэтан:

2. Дегидрирование этана

Дегидрирование – это реакция отщепления атомов водорода.

В качестве катализаторов дегидрирования используют никель Ni, платину Pt, палладий Pd, оксиды хрома (III), железа (III), цинка и др.

При дегидрировании алканов, содержащих от 2 до 4 атомов углерода в молекуле, разрываются связи С–Н у соседних атомов углерода и образуются двойные и тройные связи.

Например, п ри дегидрировании этана образуются этилен или ацетилен:

3. Окисление этана

Этан – слабополярное соединение, поэтому при обычных условиях он не окисляется даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.).

3.1. Полное окисление – горение

Этан горит с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения этана сопровождается выделением большого количества теплоты.

Уравнение сгорания алканов в общем виде:

При горении этана в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

Получение этана

1. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)

Это один из лабораторных способов получения этана из хлорметана или бромметана. При этом происходит удвоение углеродного скелета.

Например , хлорметан реагирует с натрием с образованием этана:

2. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма)

Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении.

R–COONa + NaOH → R–H + Na₂CO₃

Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe) соли органической кислоты.

При взаимодействии пропионата натрия с гидроксидом натрия при сплавлении образуется этан и карбонат натрия:

CH₃–CH₂ –COONa + NaOH → CH₃–CH₂ –H + Na₂CO₃

3. Гидрирование алкенов и алкинов

Этан можно получить из этилена или ацетилена:

При гидрировании этилена образуется этан:

При полном гидрировании ацетилена также образуется этан:

4. Синтез Фишера-Тропша

Из синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды:

Это промышленный процесс получения алканов.

Синтезом Фишера-Тропша можно получить этан:

5. Получение этана в промышленности

В промышленности этан получают из нефти, каменного угля, природного и попутного газа . При переработке нефти используют ректификацию, крекинг и другие способы.

Уравнение реакции гидрирования этилена в структурном виде

химический этанол этилен

Данный процесс может быть реализован в двух вариантах: парофазном и жидкофазном. В промышленности преимущественно используют парофазный каталитический процесс, осуществляемый по циклической схеме. Этот способ — прямая каталитическая гидратация этилена перегретым паром — является более экономичным, в отличии от сернокислотной гидратации (отсутствие расхода серной кислоты или установок по ее регенерации, более высокий выход спирта (? 95%), меньшая коррозия аппаратуры).

Химическая схема процесса.

Процесс прямой гидратации основан на обратимой реакции, протекающей с уменьшением объема и выделением теплоты (экзотермическая реакция). Данный процесс считается сложным, так как наряду с основной реакцией:

С2Н4(г) + Н2О(г) ? С2Н5ОН(г) + Q; ?Н = — 41,87 кДж/моль; (1)

протекают и побочные реакции, приводящие к образованию диэтилового эфира (2), уксусного альдегида (3) и других соединений (4):

2С2Н4 + Н2О ? (С2Н5)2О + Q; (2)

С2Н5ОН ? СН3СОН + Н2 — Q; (3)

mС2Н4 ? (С2Н4)m , где m ? 2; (4);

что вызывает не только загрязнение этилового спирта, но и потери сырья и целевого продукта, а также приводит к уменьшению срока службы катализатора. Полезное использование этилена составляет 94-96%.

Величина теплового эффекта практически не меняется с изменением температуры реакции: (Значения констант равновесия приведены на графике 1.) Константу основной реакции (1) можно вычислить по уравнению:

lgКр = (2100/Т) — 6,195;

Как следует из уравнения реакции, термодинамических данных и, учитывая, что реакция протекает также и с уменьшением числа молей, увеличение давления благоприятно скажется на равновесном выходе этилового спирта (см. таблицу 1).

Чтобы сместить равновесие в сторону гидратации этилена, необходимо понижение температуры и повышение давления, однако при температуре ниже 280С скорость гидратации очень мала, что делает совершенно неприемлемым реализацию процесса в промышленности, а применение давления свыше 8МПа повышают себестоимость спирта, что экономически не рентабельно. Также, одним из исходных реагентов является перегретый пар, то в указанных условиях вряд ли удастся избежать конденсации водяного пара, так как при условиях получения высокого выхода этанола одновременно являются благоприятными и для процесса конденсации паров воды. Последнее приводит к снижению активности катализатора вследствие поглощения паров воды фосфорной кислотой с ее последующим разбавлением.

График 1: константы равновесия реакции гидратации этилена

Таблица 1: значение равновесного выхода () этилового спирта при стехиометрическом соотношении этилена и водяного пара.

Т Равновесный выход С2Н5ОН при давлении (Мпа)

Для обеспечения высокой скорости и селективности процесса обычно используют катализатор. В качестве последнего применяют фосфорную кислоту, нанесенную на широкопористый носитель (силикагель или таблетированный синтетический алюмосиликат). Катализатор активен при 280 — 300 0С и обладает высокой селективностью — полезная конверсия этилена достигает 95%. Механизм процесса прямой гидратации этилена на данном катализаторе описывается следующими стадиями:

1. Стадия физического растворения этилена в пленке фосфорной кислоты на твердом носителе;
2. Стадия образования этилкарбокатиона

3. Стадия взаимодействия этилкарбокатиона с водой

4. Стадия образования спирта и протона

Активность катализатора определяется концентрацией фосфорной кислоты на поверхности носителя, которая должна составлять 83 — 85% (см. «Катализатор и температура процесса»).

Физико-химическое обоснование выбора основных технологических параметров процесса.

При выборе условий проведения любого химико-технологического процесса, в основе которого лежит обратимая каталитическая реакция, возможно взаимодействие исходного сырья (или целевого продукта) по нескольким направлениям, необходимо учитывать их влияние на равновесие, кинетику, активность и селективность катализатора.

А) Катализатор и температура процесса.

Для обеспечения высокой скорости и селективности процесса обычно используют катализатор. В качестве последнего применяют фосфорную кислоту, нанесенную на широкопористый носитель (селикагель, таблетированный синтетический алюмосиликат, кизельгур), для облегчения протекания диффузии реагентов внутрь зерен пористого катализатора. Катализатор активен при 280 — 300С и обладает высокой селективностью — полезная конверсия этилена достигает 95%.

Решающим фактором, определяющим активность катализатора, является концентрация фосфорной кислоты на поверхности носителя, так как катализ осуществляется свободной кислотой, находящейся в виде жидкой пленки (абсорбирующей пары воды из газовой фазы) в порах носителя. Концентрация должна составлять 83 — 85% (рис. 2). При этом до 35% ее присутствует в свободном состоянии, в связи с чем она частично уносится газовым потоком из реактора.

Активность выбранного катализатора (83 — 85%-ная фосфорная кислота) имеет решающее значение при установлении температурного режима работы реактора. При низких температурах (менее 280С) мала активность катализатора (небольшая скорость процесса), выше 300С развиваются нежелательные процессы (падает селективность): полимеризация этилена, повышение скорости образования эфира и д.р. (Олигомеризация имеет более высокую энергию активации по сравнению с гидратацией. Следует отметить, что при приближении к равновесию скорость гидратации и селективность падают, что делает невыгодным проведение реакции до степеней конверсии, близким к равновесным.)

Срок службы катализатора 400 — 500 часов. Замена его требует около 50 часов. Для увеличения срока службы катализатора необходима его подпитка фосфорной кислотой, а также очистка циркулирующего газа от побочных продуктов реакции: альдегидов, высших спиртов, полимерных соединений. Однако и в этом случае катализатор со временем требуется заменять, так как на его поверхности появляются смолистые отложения, а носитель становится чрезмерно хрупким. Свежий катализатор готовят пропиткой носителя 60 -65% — ой фосфорной кислотой с последующей сушкой при 100 0С. Он содержит 35% свободной фосфорной кислоты.

Б) Давление и соотношение исходных компонентов.

Сместить равновесие в сторону продукта реакции можно, используя избыток одного из реагентов, как правило самого дешевого, в данном случае водяного пара. Увеличение же содержания воды в системе приведет к значительному разбавлению получающегося спирта и возрастанию нагрузки на систему разделения. Основная реакция гидратация этилена — экзотермическая, протекает с уменьшением объёма и, следовательно, понижение температуры и повышение давления будет способствовать увеличению равновесного выхода этилового спирта (график 2). Таким образом, работа при атмосферном (или близком к нему) давлении исключается из-за низкого равновесного выхода этанола. В тоже время, применение высокого давления (при выбранном температурном режиме) ограничено содержанием водяного пара в реакционной смеси, т.к. процесс проводят при температуре ниже критической (точка росы 374 0С) и возможна конденсация водяных паров в реакторе. Последнее приводит к снижению активности катализатора вследствие поглощения паров воды фосфорной кислотой с её последующим разбавлением. Поэтому решающее значение в выборе давления определяет низкая летучесть воды по сравнению с этиленом.

График 2: давление насыщенного пара воды (атм.) при различных температурах.

Допустимое общее давление в системе, при котором исключена возможность конденсации паров воды, можно рассчитать пользуясь данными графика 2.

Так, при стехиометрическом соотношении в реакционной смеси этилена и паров воды парциальное давление последних составляет примерно половину от общего давления. Например, при 280 0С давление насыщенного водяного пара 63,4 атм. и, следовательно, предельно возможное общее давление будет атм. Для предотвращения конденсации водяного пара парциальное давление последнего, а значит и общее давление должно быть ниже. Это может быть достигнуто путем подбора мольного отношения водяной пар : этилен и концентрации инертных примесей. Кроме того, необходимо учитывать парциальное давление паров воды над фосфорной кислотой, которое в зависимости от её концентрации и температуры меняется (рисунок 3).

При происходит адсорбция паров воды фосфорной кислотой, а при — десорбция.

Максимально допустимое общее давление () в системе может быть рассчитано следующим образом (при ; над 84% — ной и 280 0С равно 2,8МПа (рисунок 3); отношение и содержание инертов в циркулирующем этилене — 15%):

Парциальное давление паров воды над фосфорной кислотой () при температуре (0С): 1 — 280 0С; 2 — 290 0С; 3 — 300 0С.

В промышленных условиях наилучшие результаты, при использовании кислотного катализатора (83 — 85% ), получают при температуре 280 — 290 0С, отношении и давлении В этих условиях равновесный выход этилового спирта (по ) составляет порядка — 10%.

Малая конверсия этилена за один проход через реактор вызывает необходимость возврата непрореагировавшего этилена. Во избежании быстрого накопления в рециркулирующем этилене инертных примесей (этана) необходимо использование высококонцентрированной этиленовой фракции (содержание этилена 98%). Однако даже при такой концентрации приходится, для поддержания постоянного количества инертов в циркулирующем газе, выводить из цикла значительный объём разбавленного этилена и возвращать в цех разделения углеводородов для концентрирования.

Концентрацию инертов в циркулирующей смеси поддерживают около 10%. Дальнейшее повышение последних значительно снижает скорость основной реакции. Количество отдуваемой смеси может быть определено из уравнения материального баланса инертов:

где и — объёмы исходной и отдуваемой смеси;

и — концентрации инертов в исходной и отдуваемой смеси.

При циркуляционном процессе для его интенсификации и уменьшения количества побочных продуктов повышают объёмную скорость подачи сырья. При процессе прямой гидратации этилена это 1800 — 2000 час-1, что соответствует времени контактирования 18 — 20 сек. При более активном катализаторе возможны и более высокие скорости. В данном случае, дальнейшее увеличение объёмной скорости приводит к возрастанию уноса фосфорной кислоты с носителя и уменьшению количества выделяющегося тепла, что не позволит проводить процесс в автотермическом режиме. Выход этанола за один проход в этих условиях составляет 5%.

Особенности этанола как промежуточного продукта органического синтеза. Основные способы получения синтетического этилового спирта. Ключевые условия взаимодействия газообразного этилена и водяных паров. Обоснование конструкции реактора и катализатора.

Рубрика	Химия
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	05.05.2014
Размер файла	17,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Этанол принадлежит к числу многотоннажных и широко применяемых продуктов органического синтеза. Он является хорошим, хотя и огнеопасным растворителем; в больших количествах используется в пищевой и медицинской промышленности, парфюмерии; служит горючим в жидкостных ракетных двигателях, антифризом и т.д. Как промежуточный продукт органического синтеза этанол имеет важное значение для получения сложных эфиров, хлороформа, хлораля, диэтилового эфира, ацетальдегида. Из него получают синтетический каучук, уксусную кислоту, красители, эссенции, фотопленку, порох, пластмассы.

До недавнего времени производство этанола основывалось на пищевом сырье — сбраживание крахмала из некоторых зерновых культур и картофеля с помощью ферментов, вырабатываемых дрожжевыми грибками. Этот способ сохранился и до сих пор, но он связан с большими затратами пищевого сырья и не может удовлетворить промышленность. Другой метод, также основанный на переработке растительного сырья, заключается в гидролизе древесины (гидролизный спирт). Древесина содержит до 50 % целлюлозы, и при ее гидролизе водой в присутствии серной кислоты образуется глюкоза, которую подвергают затем спиртовому брожению.

Синтетический этиловый спирт требует для своего производства гораздо меньше трудовых затрат, он аналогичен по составу и качеству спирту, получаемому из пищевых продуктов, и широко применяется в различных отраслях промышленности.

Синтетический этанол получают гидратацией этилена.

1. Методы получения

В России процесс производства синтетического этанола посредством гидратации этилена осуществляется двумя способами: сернокислотной и прямой гидратацией. Первый способ внедрен в промышленном масштабе с 1952 г., второй получил широкое распространение в последние десятилетия.

При получении синтетического этилового спирта первым способом концентрированная серная кислота реагирует с этиленом, образуя моно- и диалкилсульфат:

С2Н4 + H2SO4 ———> C2H5SO2OH моноалкилсульфат

2С2Н4 + H2SO4 ———> (C2H5O)2SO2 диалкилсульфат

В дальнейшем эти эфиры при взаимодействии с водой превращаются этиловый спирт, выделяя серную кислоту:

C2H5SO2OH + H2O ———> C2H5OH + H2SO4

(C2H5O)2SO2 + 2H2O ———> 2C2H5OH + H2SO4

Второй способ — метод получения синтетического этанола путем прямой гидратации этилена.

Прямой гидратацией этилена называется обратимый экзотермический процесс непосредственного (без образования промежуточных продуктов) присоединения воды к этилену в присутствии катализатора с образованием этилового спирта:

CH2=CH2 + H2O ———> C2H5OH + 10,5 ккал.

Способность этилена присоединять элементы воды была известна ещё в конце ХVIII века. А.М. Бутлеров в 60-тых годах прошлого столетия применил реакцию гидратации при помощи серной кислоты к различным этиленовым углеводородам.

На ход реакции большое влияние оказывает концентрация этилена в исходном газе. При уменьшении концентрации соляной кислоты, t реакции, парционального давления этилена и интенсивности перемешивания реагирующих веществ. С повышением концентрации кислоты скорость поглощения этилена увеличивается (93 %-ная кислота поглощает в 10раз медленнее, чем 97,5 %-ная), так как увеличивается скорость образования диэтилсульфата. В таком же направлении действует и повышение температуры до определённого предела.

Недостатками сернокислотного метода является большой расход серной кислоты (на 1 кг спирта берётся 1,8-2 кг серной кислоты в пересчёте на моногидрат) и сильная коррозия многих частей аппаратуры.

Непосредственное присоединение воды к этилену давно являлось заманчивым делом, но на пути к осуществлению этой реакции стоял целый ряд затруднений. Реакция является обратимой и идёт с выделением теплоты.

В результате исследований и промышленных испытаний установлены следующие основные условия взаимодействия газообразного этилена и водяных паров:

Давление при гидратации 65-75 атм;

Концентрация этилена в циркулирующем газе 85 % (объёмных);

Молярное отношение воды к этилену 0,7:1;

Концентрация применяющейся здесь фосфорной кислоты в плёнке катализатора не ниже 83 %;

За 1 час проходит 1800 м3 газа через кубометр катализатора.

Для сдвига равновесия в сторону гидратации этилена необходимо понижение температуры и повышение давления. Процесс прямой гидратации этилена состоит из несколько непрерывно протекающих стадий:

1. Компрессия исходного этилена до давления, необходимого для гидратации, и возвращение не прореагировавшего этилена;

2. Приготовление исходной парогазовой смеси;

3. Гидратация этилена;

4. Нейтрализация фосфорной кислоты, уносимой из зоны реакции;

5. Охлаждение парогазовой смеси и конденсация паров спирта и воды;

6. Очистка циркулирующего газа.

Парофазная каталитическая гидратация этилена является более перспективным методом, и наша промышленность сейчас ориентируется на этот более прогрессивный метод.

Катализатором процесса служит ортофосфорная кислота на шариковом носителе — силикагеле.

Наряду с указанными реакциями при гидратации этилена (как сернокислотной, так и прямой) протекают многочисленные побочные реакции, приводящие к образованию значительного количества примесных соединений.

2. Выбор конструкции реактора (достоинства и недостатки)

Реактор (гидрататор) представляет собой пустотелый цельно-кованный цилиндрический стальной аппарат внутренним диаметром 1260—2200 мм и толщиной стенки 70 мм, футерованный слоем меди толщиной 12—15 мм. В качестве усовершенствования реактор может быть изготовлен из биметалла сталь — медь. Высота слоя катализатора 7 м. Кроме того, для снижения уноса кислоты в нижнюю часть реактора загружают слой чистого носителя (без кислоты) высотой 1 м. Линейная скорость газа 0,2 м/с; потеря напора 0,3—0,4 МПа в начале цикла работы и до 0,6 МПа в конце.

3. Физико-химические основы процесса и веществ

Химическая схема, механизм реакции, выбор катализатора.

Этиловый спирт (этанол) С2Н5ОН — бесцветней жидкость, легко испаряющаяся. Спирт, содержащий 4—5 % воды, называют ректификатом, а содержащий только доли процента воды — абсолютным спиртом. Такой спирт получают химической обработкой в присутствии водоотнимающих средств (например, свежепрокаленного СаО).Этиловый спирт — многотоннажный продукт химической промышленности. Получают его различными способами. Один из них — спиртовое брожение веществ, содержащих сахаристые вещества, в присутствии ферментов (например, зимазы — фермента дрожжей): зимаза:

C6H12O6 —зимаза C2H6OH + 2CO2.

Такой спирт называют пищевым или винным спиртом.

Этиловый спирт можно получать из целлюлозы, которую предварительно гидролизуют. Образующуюся при этом глюкозу подвергают в дальнейшем спиртовому брожению. Полученный спирт называют гидролизным.

Как известно, для получения этилового спирта существуют и синтетические способы, такие, как сернокислотная или прямая гидратация этилена:

Себестоимость спирта, полученного таким способом, намного дешевле, чем приготовленного из пищевых продуктов. Как у всех кислородосодержащих соединений, химические свойства этилового спирта определяются, в первую очередь, функциональными группами и, в известной степени, строением радикала.

Характерной особенностью гидроксильной группы этилового спирта является подвижность атома водорода, что объясняется электронным строением гидроксильной группы. Отсюда способность этилового спирта к некоторым реакциям замещения, например, щелочными металлами. С другой стороны, имеет значение и характер связи углерода с кислородом. Вследствие большой электроотрицательности кислорода по сравнению с углеродом, связь углерод-кислород также в некоторой степени поляризована с частичным положительным зарядом у атома углерода и отрицательным — у кислорода. Однако, эта поляризация не приводит к диссоциации на ионы, спирты не являются электролитами, а представляют собой нейтральные соединения, не изменяющие окраску индикаторов, но они имеют определенный электрический момент диполя.

Реакцию прямой гидратации этилена желательно проводить при невысоких температурах. Однако практически выбор температуры лимитируется скоростью реакции и активностью применяемых катализаторов: с повышением температуры, при прочих равных условиях, равновесная степень превращения этилена в спирт снижается. Однако при низких температурах активность фосфорнокислотного катализатора очень мала. Так, степень конверсии этилена при 280—290°С достигает лишь 4—5 %, а при более низких температурах она еще меньше. На практике процесс прямой гидратации в паровой фазе в присутствии фосфорнокислотного катализатора ведут в интервале 260—300°С. Влияние мольного соотношения воды и этилена.

Согласно термодинамическим данным, с увеличением отношения Н2О:C2H4 с 0,5:1 до 1:1 значительно повышается степень конверсии олефина. Однако экспериментальные данные отличаются от термодинамических: с увеличением отношения Н2О:С2Н4 до 0,7—0,75 степень конверсии этилена действительно возрастает, но при дальнейшем его увеличении она снижается.

Установлено также, что от соотношения Н20: С2Н4 зависит и активность катализатора гидратации. Оптимальная концентрация фосфорной кислоты в жидкостной пленке на пористом носителе составляет 83—85 %. Эта величина зависит от парциального давления водяного пара, которое определяется общим давлением в системе и мольным отношением вода: этилен. Оптимальная концентрация Н3РО4 наблюдается при соотношении Н20:С2Н4 = 0,75:1. С дальнейшим ростом этого соотношения возрастает количество воды в пленке, уменьшается концентрация кислоты и снижается степень конверсии этилена. Поэтому в промышленных условиях принято мольное соотношение Н20:С2Н4 — (0,6—0,7):1.

Повышение давления благоприятствует реакции гидратации, причем оптимальное давление составляет 6,7—8 МПа. Это давление связано с процессом абсорбции этилена фосфорной кислотой. Оптимальное парциальное давлений водяных паров равно 2,7—3 МПа; оно и определяет мольное соотношение водяных паров и этилена. Оптимальное парциальное давление этилена составляет 3,5—3,7 МПа. Общее давление складывается из парциальных давлений воды, этилена и примесей. При концентрации этилена в циркулирующем газе 80—85 % общее давление системы получается равным 7—8 МПа.

Влияние времени контакта. С увеличением времени контакта степень конверсии этилена возрастает, а производительность единицы реакционного объема снижается. Оптимальное время контакта 17—19 с, что соответствует объемной скорости 1800—2000 ч-1.

В оптимальных условиях степень конверсии этилена не превышает 4,2—4,5 %, а селективность превращения этилена в спирт достигает 95 %.

Основной особенностью процесса прямой гидратации этилена является малая степень конверсии этилена за один проход — не выше 4,5 %. Этим обусловлена необходимость рециркуляции значительных его количеств.

Ввиду высокой кратности циркуляции этилена в системе возможно накопление инертных примесей, поэтому содержание их в исходном этилене не должно превышать 2—5 %. Эти примеси представляют собой метан и этан. В результате циркуляции непревращенного этилена концентрация примесей в циркулирующем этилене возрастает, а концентрация этилена снижается. Заданную концентрацию этилена в циркуляционном газе поддерживают путем отдувки части циркулирующего газа в систему газофракционирования.

Поскольку в циркулирующем этилене инертных примесей, больше, чем в свежем, при отдувке можно вывести из системы все поступающие туда инертные примеси.

В производстве этанола прямой гидратацией этилена наиболее широкое применение получил фосфорнокислотный катализатор на твердом носителе.

Катализаторы прямой гидратации не должны разрушаться под действием влаги, поэтому такой катализатор, как фосфорная кислота на кизельгуре, неприменим — он не имеет скелета и легко разрушается. В качестве носителя для фосфорной кислоты применяют силикагель, алюмосиликат, цеолиты, инфузорную землю, монтморрилонит. Чаще всего используют шариковый широкопористый силикагель, обработанный водяным паром с целью снижения удельной поверхности и подавления побочных реакций уплотнения.

Носитель пропитывают 65 %-ной фосфорной кислотой и сушат при 100°С. Готовый катализатор содержит 35—40 % НзРО4.

В условиях реакции фосфорная кислота, осажденная на носителе, растворена в пленке воды, адсорбированной на поверхности пор, и реакция фактически протекает в жидкой пленке фосфорной кислоты. Кислотный катализ, таким образом, сводится к гомогенному катализу в жидкостной пленке катализатора.

Существенными недостатками фосфорнокислотного катализатора являются его коррозионная агрессивность и постепенный унос кислоты с поверхности носителя. Эти недостатки могут быть полностью устранены при использовании нейтральных катализаторов — вольфрамовых и кремневольфрамовых.

Разработаны процессы гидратации этилена на нейтральном катализаторе в жидкой фазе при 250—300°С и 30 МПа и при 300°С и 14 МПа. В этих случаях процесс ведут в колонне высокого давления, где на тарелках помещен катализатор — оксиды вольфрама на силикагеле (15—20 % WO3). Этилен и воду подают в верхнюю часть колонны, а снизу отводят 10 %-ный спирт. В этом процессе не требуется расходовать большое количество тепла на испарение воды и перегрев водяного пара.

В Советском Союзе были разработаны другие активные вольфрамовые катализаторы, содержащие 40—60 % триоксида вольфрама на широкопористом силикагеле типа Si02*12W03*7H2O с добавкой борной кислоты. Катализаторы этого типа готовят, пропитывая силикагель раствором вольфрамата аммония и прокаливая затем при 400°С. Они не нуждаются в последующем восстановлении. Добавление в состав катализатора 5—10 % борной кислоты сущетвенно повышает его активность. Наиболее активный катализатор, содержащий 60 % W03 и 5 % В203 на силикагеле, применяется в . интервале 200—240°С и 1,5—2,5 МП а, т. е. в более мягких условиях — при конверсии 5,5 %.

Вольфрамовые катализаторы более активны, чем фосфорнокислотные, и могут работать в более мягких условиях. Однако они значительно дороже, ибо вольфрам — дефицитный материал, поэтому пока такие катализаторы не нашли широкого промышленного применения.

Сравнительная оценка себестоимости синтетического этанола, полученного сернокислотной и прямой гидратацией этилена, показывает, что в случае сернокислотной гидратации основной статьей расхода является сырье и вспомогательные материалы, что связано с применением серной кислоты и с меньшей селективностью процесса, протекающего с образованием значительных количеств побочных продуктов. Себестоимость спирта, полученного сернокислотной гидратацией, на 20% выше, чем при прямой гидратации.

этанол синтетический газообразный катализатор

1. Валакин В.П. «Получение синтетического этилового спирта» Москва, «Химия» 1976 г.

2. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. — М. «Химия», 1988.

3. Эмирджанов Р.Т., Лемберанский Р.А. Основы технологических расчетов в нефтепереработке и нефтехимии. М. «Химия», 1988.

4. Адельсон С.В. Технология нефтехимического синтеза. М. «Химия», 1985.

5. Справочник нефтехимика. Л. «Химия», 1978.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Этанол как многотоннажный продукт органического синтеза, огнеопасный растворитель. Общая характеристика основных методов и способов получения синтетического этанола. Знакомство с технологическими особенностями процесса производства этилового спирта.

реферат [901,0 K], добавлен 02.04.2019

Экологизация химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Подготовка сырья для процесса гидратации. Основные методы получения спиртов. Производство спиртов сернокислотной гидратацией олефинов. Производство спиртов прямой гидратацией олефинов.

курсовая работа [2,0 M], добавлен 23.03.2007

Окись этилена — один из наиболее крупнотоннажных продуктов органического синтеза. Физические и химические свойства вещества. Строение молекулы. Производство оксида этилена: синтез через этиленхлоргидрин, окисление этилена. Применение оксида этилена.

курсовая работа [5,8 M], добавлен 24.06.2008

Получение этилового спирта сбраживанием пищевого сырья. Гидролиз древесины и последующее брожение. Получение этилового спирта из сульфитных щёлоков. Сернокислотный способ гидратации этилена. Физико-химические основы процесса. Отделение гидратации этилена.

дипломная работа [1,2 M], добавлен 16.11.2010

Технологические особенности и этапы, сырьевая и материальная база для изготовления этилового спирта в химической промышленности, его главные физические и химические свойства, направления практического использования. Гидратация этилена и ее схема.

курсовая работа [739,7 K], добавлен 16.10.2011

Описание физико-химических свойств окиси этилена – одного из самых реакционноспособных органических соединений, который относится к циклическим простым эфирам. Процесс синтеза оксида этилена. Выбор катализатора. Технологическая схема реакционного узла.

контрольная работа [19,7 K], добавлен 13.12.2011

Исходное сырье для производства этилового спирта и способы его получения. Физико-химическое обоснование основных процессов производства этилового спирта. Описание технологической схемы процесса производства, расчет основных технологических показателей.

курсовая работа [543,6 K], добавлен 04.01.2009

Представление об одноатомных насыщенных спиртах на примере этанола. Химические свойства, теплотворная способность; производство и применение спирта. Уравнения химической реакции этанола с металлами. Продукты замещения атома водорода гидроксильной группы.

разработка урока [28,8 K], добавлен 19.03.2015

Обзор вариантов промышленного получения этиленгликоля из окиси этилена. Описание технологической схемы и сырья, используемого в производстве многотонажного синтеза этиленгликоля (окись этилена, вода), побочных продуктов (этиленгликоль, диэтиленгликоль).

курсовая работа [38,0 K], добавлен 06.04.2010

Окись этилена как крупнейший по масштабу производства продукт нефтехимического синтеза. Термодинамический анализ вероятности протекания процесса, сведения о механизме и кинетике протекающих реакций. Анализ промышленных технологий синтеза оксида этилена.

контрольная работа [510,5 K], добавлен 07.06.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.