Рахумова С.Ж., к.т.н. Попов В.П., к.т.н. Быков А.В., к.б.н. Манеева Э.Ш.

ГОУ «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург

Оптимизация технологического процесса производства синтетического этилового спирта

Этиловый спирт очень востребован во всех отраслях промышленности. Для пищевых целей используется спирт, полученный переработкой растительного сырья. Во всех остальных отраслях используется гидролизный и синтетический спирт [1].

Этиловый спирт – бесцветная легкоподвижная жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом; t. пл. - 114,15 °С, t. кип. 78,39 °С [2].

Синтетический спирт применяется для получения синтетического каучука, целлулоида, искусственного шелка, лекарственных соединений, душистых веществ, ДДТ, бездымного пороха, в качестве растворителя и как исходное соединение для дальнейших разнообразных синтезов [2].

Статья посвящена именно производству синтетического спирта. Было выявлено, что основными параметрами, влияющие на процесс является: температура и давление.

Реакцию прямой гидратации этилена желательно проводить при невысоких температурах. Выбор температуры зависит от скорости реакции и активности 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 – 330 °С [1], [3].

Повышение давления благоприятствует реакции гидратации, причем оптимальное давление составляет 6,7 - 9 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 6 – 9 МПа [1], [3].

При проведении экспериментов каждый опыт четырех повторностях проводился в получении адекватных результатов.

Для оптимизации технологии был использован полный фактор эксперимента. В качестве параметров эффекта были использованы выход спирта и удельный затрат энергии.

Таблица 1 - Полный фактор эксперимента

№ опыта	t, ºC	P, MПа	В	Э
1	330	9	91±4	50±3
2	330	6	86±2	70±4
3	260	9	84±2	15±2
4	260	6	80±4	0
5	295	7,5	95±3	25±2

Выход при этом для различных опытов составил от 80 до 95 %, а УЗЭ от 0 до 70 кВт/т. (Таблица 1). Из полученных опытных данных были исключены грубые промахи, а затем в получены линейные уравнения регрессии, которые адекватно описывают экспериментальные результаты и могут использоваться в материальном балансе:

B = 85,25+3,25·x₁+2,25·х₂

Э = 33,75+20·x₁- 8,75· x₁·х₂.

Построены плоскости отклика для выхода и УЗЭ. Рисунки 1,2.

Рисунок 1 – Зависимость выхода этилового спирта от температуры и давления реагентной смеси

Рисунок 2 – Зависимость удельных затрат энергии от температуры и давления реагентной смеси

По плоскостям отклика построены их горизонтальные проекции, представленные на рисунках 3,4.

Рисунок 3 – Зависимость выхода этилового спирта от температуры и давления реагентной смеси

Рисунок 4 – Зависимость удельных затрат энергии от температуры и давления реагентной смеси

Из плоскости отклика и ее горизонтальной проекции для выхода видно, что наилучшим является давление от 0,7 до 1 в условных единицах, что составляет от 8,5 – 9 МПа. А температура от 0,7 до 1 в условных единицах, что составляет 320-330 ºС. Это позволяет получить выход выше 89 %.

Из плоскости отклика и ее горизонтальной проекции для УЗЭ видно, что наилучшим является давление от -1 до -0,4 в условных единицах, что составляет от 6 до 7 МПа, а температура от -1 до -0,8 в условных единицах, что составляет 260 – 267 ºС. Это позволяет получить удельный затрат энергии менее 15 кВт\т.

Литература:

1. Мухленов, И.П. Теоретические основы химической технологии / И.П. Мухленов, А.Я. Авербух, Е.С. Тумаркина и др. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк. , 1984. - 256 с.

2. Этиловый спирт. [Электронный ресурс] ООО "Центр - Продукт". 2010 г. URL: http://tcentr-produkt.ru/ (дата обращения: 20.10.2016).

3. Адельсон, С.В., Технология нефтехимического синтеза / С.В. Адельсон, Т.П. Вишнякова, Я.М. Паушкин - Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. - М.: Химия, 1985. - 608 с.