C2H4=(C2H5O) 2SO2.
Поглинання (абсорбція) етилену сірчаною кислотою - процес оборотний, екзотермічний (DH=- 50232 кДж/моль), протікає зі зменшенням обсягу.
Швидкість абсорбції етилену описується рівнянням:
dG/dt=K * F * P * f (с),
де G - кількість поглинається етилену, t - час, К - коефіцієнт, що залежить від інтенсивності дифузії, і, отже, від інтенсивності контакту реагентів (барботаж, перемішування і т.д.), F - поверхня контакту реагентів, Р - парціальний тиск етилену, f (c) - множник, що залежить від концентрації сірчаної кислоти.
Так, абсорбція етилену 93% -ної кислотою протікає в 10 разів повільніше, ніж при концентрації 97,5%. Однак, застосування для абсорбції етилену олеуму недоцільно, тому при цьому знижується вихід етанолу через утворення побічних продуктів - сульфосполук і підвищеного утворення полімерів.
За інших рівних умов швидкість абсорбції етилену збільшується із зростанням температури і парціального тиску, однак, при температурі вище 900С починається інтенсивне утворення полімерів. Збільшення парціального тиску етилену вище 2 МПа стає теж малоефективним.
Фактором, який пришвидшує процес абсорбції, є наявність у вихідній сірчаної кислоті етілсульфат, які, володіючи властивостями емульгаторів, збільшують поверхню контакту внаслідок піноутворення, і тим самим сприяють швидшому і повного розчинення етилену.
В даний час у промислових установках прийняті наступні умови абсорбції етилену: концентрація сірчаної кислоти 97-98%, температура 80-850С, парціальний тиск етилену на вході в абсорбер 1-1,5МПа, зміст пропілену та вищих олефінів у вихідній етилен-метанова фракції lt; 0,1%. У ході другої стадії йде гідроліз етил - і діетилсульфат по рівняннях:
C2H5OSO3H + H2O? C2H5OH + H2SO4,
(C2H5O) 2SO2 + 2H2O? 2 C2H5OH + H2SO4
Ця стадія також оборотна, для забезпечення її протікання потрібен надлишок води, і, по можливості, швидке видалення спирту із зони реакції, тому крім основної реакції йде утворення діетилового ефіру:
(C2H5O) 2SO2 + C2H5OH? C2H5OC2H5 + C2H5OSO3H,
(C2H5O) 2SO2 + H2O? C2H5OC2H5 + H2SO4.
Головною перевагою сірчанокислої гідратації проти прямий гідратацією є можливість застосування неконцентрированном етилену, тому його концентрування пов'язано з великими капітальними та експлуатаційними витратами.
Однак, метод сірчанокислої гідратації має ряд недоліків. Серед них можна відзначити наступні:
застосування складних і громіздких конструкцій;
малоефективне видалення полімерів одноразовим екстрагуванням. При прийнятому методі екстрагування в екстракт переходить 70-75% полімерів, значить, до 30% полімерів залишається в розведеною кислоті;
концентрування відпрацьованої сірчаної кислоти. Ця частина технологічного процесу є найслабшою ланкою у всьому методі сірчанокислої гідратації. По-перше, концентрувати кислоту вдається лише до 88-90%, а, по-друге, такий процес концентрування через високої температури топкових газів призводить до відчутних втрат сірчаної кислоти від розкислення, що супроводжується викидом шкідливого SO2 в атмосферу;
невикористані можливості економії енергетичних засобів.
. 3 Парофазная гідратація етилену
Найбільш розробленим стосовно наявних промисловим установкам в даний час є процес газофазной гідратації:
CH2=CH2 (г.) + H2O (г.)=C2H5OH (г.) + 41868Дж/моль.
Механізм:
CH2=CH2 + Н + «СН3-СН2 +,
СН3-СН2 + + Н2О «СН3-СН2-ОН2 +,
СН3-СН2-ОН2 + «СН3-СН2-ОН + Н +.
Але поряд з основною реакцією йдуть паралельні і послідовні побічні реакції:
C2H4 + H2O=C2H5OC2H5, (C2H4)=(-CH2-CH2-) n.
Таким чином, процес складний, оборотний, Незміщеність (таблиця 1), екзотермічний, протікає зі зменшенням обсягу.
Таблиця 1. Рівноважний вихід етанолу.
Ставлення кількостей речовин: МH2O/MC2H4Равновесний вихід за один прохід при тиску 8МПа при температурі: 2800С2900С0,615,48,530,818,310,15
Слід звернути увагу на два фізико-хімічних фактора, які визначають основні технологічні параметри процесу. Насамперед, це активність каталізатора, яка має вирішальне значення для визначення температури процесу. Каталізаторами прямої гідратації можуть служити...
