Описание технологической схемы процесса производства этилового спирта

Описание технологической схемы процесса производства этилового спирта. Технологическая схема синтеза производства этилового спирта Технологические схемы синтеза этанола различаются способами получения водяного пара и системами утилизации тепла.

В наиболее совершенных схемах водяной пар для синтеза получают путем рецикла воды после отделения этанола и использованием водяного конденсата.

Свежий и оборотный этилен сжимают в компрессорах 1,2 до 8МПа, смешиваются с водяным паром, подогреваются в теплообменнике 4 теплом отходящей от реактора смеси и перегреваются в трубчатой печи 3 до 275 °С, после чего подаются в реактор – гидрататор 5. Перед входом в реактор в поток вбрызгивается фосфорная кислота для подпитки катализатора, что продлевает срок его службы.

Реактор представляет собой полую колонну высотой Юм и диаметром 1,5м, работающую в режиме идеального вытеснения.

Для исключения влияния коррозии от фосфорной кислоты изнутри он выложен листами красной меди. Реакционные газы содержат пары унесенной фосфорной кислоты, которая нейтрализуется гидроксидом натрия, а образующиеся соли выделяются в солеотделителе 6. Унос фосфорной кислоты составляет 0,4 - 0,5 т/час с 1 мЗ катализатора.

Теплота отходящих реакционных газов регенерируется в теплообменнике 4 для нагрева входящей смеси. В холодильнике 7 происходит конденсация продуктов реакции, а в сепараторе 8 разделяются жидкие и газовые потоки.

Вода, как менее летучий компонент, конденсируется с большей полнотой. Поэтому для дополнительного выделения спирта производится его отмывка водой в абсорбере 9. Непрореагировавший газэ содержащий 90 -92% этилена, рециркулируют компрессором 2, а часть его сбрасывают, чтобы избежать накопления примесей в системе. Отдувка составляет примерно 20% от введенного этилена и направляется на установку газоразделения для выделения этилена. Водный конденсат после сепаратора 8 и жидкость из абсорбера 9 дросселируют (сбрасывают давление), в результате чего выделяются растворенные газы, отделяемые в сепараторе низкого давления 10 и направляемые в топливную линию.

Жидкая фаза из сепаратора 10 представляет собой 15% - ный водный раствор этанола, содержащий примеси диэтилового эфира, ацетальдегида и низкомолекулярных полимеров этилена. Этот раствор подвергают ректификации в ректификационных колоннах 11 и 12. В первой отгоняют наиболее летучий диэтиловый эфир и ацетальдегид, а во второй - этиловый спирт в виде азеотропной смеси, содержащей 95% этанола и 5% воды. Обогрев колонны осуществляется острым паром.

В кубе колонны 12 остается вода, которую очищают от соли в ионообменной установке 13 и возвращают на гидратацию, организуя замкнутый цикл по технологической воде. Это позволяет значительно снизить расход свежей воды, исключить сброс отработанной воды в стоки и сократить потери этанола. Структурная и операторная схемы: 1.Структурная схема: 1 – компрессор свежего этилена; 2 – компрессор газовой смеси: 3 – теплообменник газ – конденсирующий пар; 4 - теплообменник газ – газ; 5 – паровой инжектор; 6 – реактор; 7 – солеотделитель; 8 – котел – утилизатор; 9 – конденсатор – холодильник; 10 – сепаратор высокого давления; 11 – сепаратор низкого давления; 12 – сборник этанола – сырца; 13 – ректификационная колонна. 2.Операторная схема: 3. Блок-схема: 1 – смеситель; 2 – реактор; 3 – сепаратор; 4 – отдувка. 6.Расчет материального баланса ХТС Исходные данные 1. Концентрация С2Н4 в этиленовой фракции. 011С2Н4 0,98 2. Содержание С2Н5ОН в ректификате 403С2Н5ОН 0,95 3. Норма расхода пара. QH2O 0,6 4. Конверсия этилена Х 0,06 5. Селективность C2Н5ОН 0,95 6. Степень превращения конвертированного этилена в: диэтиловый эфир; Ацетальдегид (С2Н5)2О С2Н4О 0,03 0,02 7. Содержание инертов в циркуляционном газе 31инерт 0,15 8. Количество С2Н5ОН (базис расчета) П 9000 Балансовая математическая модель. 1) N12C2H4 = П*011C2H4 + N31*(1-31 инерт) 2) (N012Н2О+N41Н2О)/ N12C2H4 = QH2O 3) N12C2H4*(1-Х) = N31*(1-31инерт) + N30*(1-31инерт) 4) Х*МС2Н5ОН *N12C2Н5ОН*С2Н5ОН =G401*401C2Н5ОН 5) 0,5* N12C2H4*Х*(С2Н5)2О *М(С2Н5)2О =G402(С2Н5)2О 6) N12C2H4*Х*С2Н4О *МС2Н4О =G403 7) N012 H2O =G401*С2Н5ОН / МС2Н5ОН + G401 (1 - С2Н5ОН )/MH2O + G402 / М(С2Н5)2О + G403 / МС2H4O 8) П(1- 011С2Н4 )/MC2H6 + G403 / МС2H4O =N30*31инерт Соответствие переменных потокам: № Наименование потока Условное обозначение Хi 1. Рецикл этилен – этановой фракции N31 Х1 2. Поток этилена N12C2H4 Х2 3. Поток воды N012 Х3 4. Рецикл воды N41 Х4 5. Отдувка N30 Х5 6. Масса ректификата G401 Х6 7. Масса эфира (С2Н5)2О G402 Х7 8. Масса ацетальдегида С2Н4О G403 Х8 Упорядочение переменных: 1) Х2 = 9000*0,98/28+Х1 (1-0,15) 2) (Х3+Х4 )/Х2=0,6 3) Х2(1-0,06)=Х1(1-0,15)+Х5(1-0,15) 4) 0,06*46*Х2*0,95=Х6*0,95 5) 0,5*0,06*0,03*74*Х2=Х7 6) 0,06*0,02*44*Х2=Х8 7) Х3=Х6*0,95/46+Х6(1-0,95)/18+Х7/74+Х8/44 8) 9000(1-0,98)/30+Х8/44=Х5*0,15 ИЛИ: 1) Х2=315+0,85Х1 2) Х3+Х4-0,6Х2=0 3) 0,64Х2=0,85Х1+0,85Х5 4) 2,74Х2=0,95Х6 5) 0,07Х2=Х7 6) 0,05Х2=Х8 7) Х3=0,023Х6+0,014Х7+0,023Х8 8) 6+0,023Х8=0,15Х5 Матрица: Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Х7 Х8 Своб. чл. -0,85 0 -0,85 0 0 0 0 0 1 -0,6 0,64 2,74 0,07 0,05 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 -0,85 0 0 0 0 -0,15 0 0 0 -0,95 0 0 -0,023 0 0 0 0 0 -1 0 -0,014 0 0 0 0 0 0 -1 -0,023 0,23 315 0 0 0 0 0 0 6 Решив её получим Х1= 595,12 Х5= 22,93 Х2= 820,85 Х6= 2367,52 Х3= 56,20 Х7= 57,46 Х4= 436,31 Х8= 41,04 Определение масс потоков: 1. Масса воды:G012 = N012* МН2О =56,20*18=1011,6(кг) 2. Масса эталона в ректификате: GректС2Н5ОН=G401*402=2367,52 *0,95=2249,14(кг) 3. Масса воды в ректификате: GректН2О=G401 *Gрект С2Н5ОН=2367,52-2249,14=118,38(кг) 4. Вода рецикла: GрецН2О= N41* МН2О=436,31*18=17853,58(кг) 5. Рецикл этиленэтановой фракции: (кмоль) 6. Количество этана + этилена:N31-NC2H4O=595,12-0,93=594,19(км оль) 7. Масса этилена в рециклеNC2H4=594,19*0,98=582,30(кмоль) GC2H4=582,30*28=16304,4(кг) 8. Масса этана в рецикле NC2H6=595,12*0,02=11,90(кмоль) GC2H6=11,90*30=357(кг) 9. Масса водорода в рецикле GH2=0,93*2=1,86(кг) Для отдувки: NН2=0,93 кмоль Поток (этилен + этан): N30-NH2=22,93-0,93=22(кмоль) Массы этилена, этана и водорода NC2H4=22*0,98=21,56(кмоль) GC2H4=28*21,56=603,68(кг) NC2H6=0,02*22=0,44(кмоль) GC2H6=30*0,44=13,2(кг) GH2= NH2* МН2=0,93*2=1,86(кг) Материальный баланс ХТС производства этанола приход расход наименование кг % масс. Наименование кг % масс. 1. этиленовая фракция: этилен этан 2. вода 3. рециркулирующий газ: этилен этан водород вода 9000 8820 180 1011,6 16304,4 357 1,86 17853,6 20,2 19,8 0,04 2,3 36,6 0,8 0,004 40,1 1. ректификат. этанол вода 2. ацетальдегид 3. отдув. газы: этилен этан водород 4. рециркулирующий газ: этилен этан водород вода 5. эфир 6. невязка 2367,5 2249,1 118,38 41,04 603,68 13,2 1,86 16304,4 357 1,86 17853,6 57,46 92 7,3 7,1 1,3 0,09 6,8 0,03 0,004 36,6 0,8 0,004 40,1 0,13 0,21 Всего 44528,5 100 ВВсего 44528,5 100 7.