фосфорна кислота та її солі. Найчастіше використовується фосфорна кислота концентрацією 85-87% на таких носіях, як алюмосилікати, силікагелі, пемза та ін .; значна частина кислоти (до 35%) знаходиться у вільному стані. Активність цього каталізатора є невисокою. Тільки при температурі 280-3000С її можна вважати більш-менш прийнятною для промислових умов. При більш високій температурі значною мірою розвиваються побічні процеси: полімеризація етилену, посилене утворення ефіру і т.д.
Іншим відправним чинником в газофазний процесі виступає вельми низька порівняно з етиленом летючість води, яка має вирішальне значення для визначення тиску процесу. Останнє, за інших рівних умов, залежить від парціального тиску парів води, тобто теж від температури.
Таким чином, температура стає найважливішим параметром, що визначає не тільки швидкість, але і загальний тиск процесу. Так, у відповідності зі стехиометрическим рівнянням реакції, для еквімолярної суміші етилену і парів води, парціальний тиск останніх має становити приблизно половину від загального тиску. Однак з метою запобігання конденсації водяної пари в самому реакторі, що призводить до розбавлення фосфорної кислоти і паралізує дію каталізатора, парціальний тиск парів води, а, значить, і загальний тиск, має бути трохи нижче. І дійсно, в промисловості застосовують загальний тиск близько 8,0МПа.
Є й інші шляхи, що запобігають появі водяного конденсату. По-перше, це підвищення температури. Проте, в силу екзотермічності процесу, цей шлях принципово непридатний, тому призводить до зниження конверсії етилену і інтенсифікації побічних процесів. По-друге, це зниження парціального тиску парів водяної пари за рахунок підвищення парціального тиску етилену. Однак, цей шлях теж непридатний. Він також призводить до зниження виходу етанолу, тому оптимальним співвідношенням між реагують компонентами є еквімолярної. Мольної співвідношення, що використовується в промисловості, етилен - пари води дорівнює 1: 0,6-0,8.
Вибране співвідношення компонентів диктує вибір загального тиску:
Робщ=РС2Н4 + РН2О + Рінерт.
Відомо, що тиск парів води над 85% -ної фосфорною кислотою при температурі 2800С складає 2,7МПа. Беручи до уваги мольное співвідношення між компонентами, видно, що тиск парів етилену становить близько 4,7МПа. У такому випадку концентрація інертних домішок повинна бути порядку 15% (Рінерт=РС2Н4 * 0,15/0,85). Тиск більше 8МПа небажано тому відбувається конденсація водяної пари.
В даний час п?? оцессе гідратації етилену реалізується в промисловості при наступних умовах: t=280-3000С; Р=8,0МПа; мольної співвідношення пари води: етилен=0,6: 0,8; каталізатор - фосфорна кислота і фосфати на алюмосиликате або силікагелі при вмісті Н3РО4 до 35% у вільному стані, об'ємна швидкість циркулюючого газу 1800-2000ч - 1, що відповідає тривалості контакту 18-20С і продуктивності 180-200кг етанолу з 1м3 каталізатора в 1 ч.
За цих умов етилен витрачається приблизно наступним чином: 95% - на освіту етанолу; 2-3% - етилового ефіру; 1-2% - ацетальдегіду; 1-2% - полімерів та ін. Продуктів.
У наведених умовах гідратації максимальний вихід (рівноважний) за один прохід може скласти тільки 10%; практично він досягає лише 5%, що призводить до необхідності багаторазової циркуляції реакційної газової суміші через шар каталізатора.
Збільшення об'ємної швидкості є методом інтенсифікації рециркуляционного процесу, тому процес синтезу етанолу ведуть з великими об'ємними швидкостями.
Мала конверсія етилену і низька продуктивність каталізатора зумовили необхідність роботи нема з розбавленим, а з концентрованим 98-99% етиленом. Навіть при такому концентрованому етилені, тобто при вмісті в ньому до 2% інертних домішок, вони накопичуються в рециркулируют газі, що призводить до зниження вмісту етилену. Нижня межа концентрації етилену прийнятий сьогодні 85%, що відповідає змісту інертних домішок до 15%. Тому необхідний відведення останніх з частиною рециркулирующим газу (отдувка), яка становить 13% від подачі свіжого 98% -ного етилену.
З рециркулирующим реакційної газової суміші необхідний безперервне відведення одержуваного етанолу. Практично видалення етанолу проводиться звичайним методом конденсації, при цьому вода як менш летючий компонент конденсується з більшою повнотою. Це призводить до величезних витрат тепла (враховуючи великотоннажні виробництва етанолу) на отримання водяної пари, з якого тільки 5% витрачається на конденсацію етанолу, а решта 95% - на конденсацію води. Тому виникає гостра необхідність в утилізації тепла непрореагировавшего водяної пари шляхом ефективного теплообміну між потоками виходить з реактора і вхідного в нього газових сумішей, а...
