Курсовая с практикой на тему Производство этилового спирта

Содержание:

Введение 3
1. Технология производства этилового спирта 6
1.1. Состав и химические характеристики этилового спирта 6
1.2. Современные методы получения этилового спирта 8
2. Расчет материального баланса процесса получения этилового спирта гидратацией этилена 19
Заключение 33
Список использованной литературы 35

Введение:

Производство спирта – одна из древнейших технологий в пищевой и другой индустрии. В наши дни, спирт – практически один из самых необходимых начальных компонентов в пищевой, химической промышленности, а также при изготовлении парфюмерии и фармацевтической продукции. Именно поэтому утверждение, что спирт – это исключительно алкоголь и применим лишь для изготовления водочной продукции – ошибочное утверждение.
Этиловый спирт активно используется во многих народнохозяйственных сферах: пищевой, химико-фармацевтической, парфюмерной, микробиологической, где он представляет собой первооснову многих видов продукции. Требования к качеству спирта значительно разнятся, что обусловлено спецификой его использования, а также характеристиками и режимами технологических операций в процессе производства.
Наиболее популярны два метода его получения: микробиологический и химический. Первый предусматривает процедуру сбраживания сахаров дрожжами-сахаромицетами. Эта технология широко используется в случае мини производства спирта. По второму методу его получают из этилена путем каталитической гидратации – данная технология тесно связана с применением биологических ферментов-катализаторов. В результате химического синтеза осуществляется производство технического спирта, а при биологическом – пищевого и врачебного.
Изготовление спиртосодержащей продукции производится при наличии у предприятия соответственных лицензий на производство спирта. Строгий контроль за спиртопроизводством сопровождается ужесточением узкоспециального законодательства, ростом затрат на лицензированное разрешение, регламентированием норм по цельной переработке отходов.
Некоторое время назад был разработан новый способ получения этанола — прямая гидратация этилена, сделав его тем самым более экономичным. Более того, прямая гидратация позволяет получить более высокий выход продукта и отличается высокой экологичностью.
Целью данной работы является изучение методов производства этилового спирта и специфики расчета материального баланса при использовании метода прямой гидратации этилена.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
• Изучить современные методы получения этилового спирта,
• Рассмотреть преимущества метода прямой гидратации этилена,
• Произвести расчет материального баланса процесса получения этилового спирта гидратацией этилена.
Объектом исследования в данной работе является процесс производства этилового спирта.
Предмет исследования – особенности расчета материального баланса процесса производства этилового спирта методом прямой гидратации этилена.
В качестве теоретической базы исследования были использованы труды ведущих российских химиков. Так, в книге Сафонова В.В. «Производство этилового спирта прямой гидратацией этилена» на примере процесса производства этилового спирта раскрываются ключевые принципы разработки химико-технологического процесса и его организации в структурированную химико-технологическую систему.
Учебное пособие «Методы получения органических соединений» Хайруллина Р.А. содержит детальное описание производства этилового спирта из пищевых компонентов.
Практическое пособие Глушанковой И.С. «Физико-химические основы технологических процессов» содержит описание истории развития технологии получения этилового спирта, всех используемых в прошлом методов гидратации и актуальных на сегодняшний день методов.
Научный труд Ибрагимова Т.С. «Совершенствование машинно-аппаратурной схемы производства этилового спирта» содержит разработки автора, связанные с планированием конструкции аппарата и технологических режимов, дающих возможность последовательным образом проводить в нем несколько технологических стадий процесса производства этанола из зерно-крахмалистого сырья, их экспериментальные апробации и выдачи практических рекомендаций.
Исследование Исмаиловой Х.Д. и Сафаровой Г.Э. «Характеристика и получение этилового спирта в производстве» научно-обоснованно подтверждает факт того, что метод прямой гидратации этилена имеет множество преимуществ сравнении с устаревшим и небезопасным сернокислотным методом.
Научная статья Алиева А.М., Османовой И.И. «Управление процессом прямой гидратации этилена с учетом динамики его протекания» своей целью ставит детальный расчет процесса прямой гидратации этилена, протекающего в нестационарных условиях, вызванных уносом фосфорной кислоты с поверхности носителя и ведущих к снижению производительности этилового спирта.
Диссертация Терентьева В.С. «Совершенствование производства синтетического этилового спирта методом прямой гидратации этилена» на примере отдельного предприятия изучает возможные мероприятия по увеличению производительности производства синтетического этилового спирта.
В структуру данной работы входит: введение, основная часть, состоящая их двух глав, заключение и список использованной литературы.

Заключение:

Исходя из рассмотренного в работе материала, можно сделать вывод о том, что производство этилового спирта состоит из обязательных технологичных операций, которые условно можно объединить в три этапа: предварительный (мойка, очищение сырья, подготовка солодового экстракта и культур микроорганизмов); основной (разварка сырьевой массы, сахарификация – переход крахмала в сахар, сбраживание, дистилляция браги и сбор спирта-сырца); заключительный – ректификационная очистка.
При производстве синтетического этилового спирта сырьем служит этилен, который получается при пиролизе газового сырья или нефтяных дистилляторов. Для получения этилового спирта этилен подвергается сернокислотной или прямой гидратации на твердых фосфорнокислых катализаторах. Трудовые затраты при производстве этилового спирта из пищевых продуктов или древесных опилок очень велики, поэтому значительно выгоднее исходить из дешевого углеводородного сырья и получать спирт гидратацией этилена.
Прямой гидратацией этилена является обратимый экзотермический процесс непосредственного (без образования промежуточных продуктов) присоединения воды к этилену в присутствии катализатора с образованием этилового спирта.
Степень превращения этилена за один проход через реактор в данном случае составляет 3,5–4,8 %. Непрореагировавший этилен возвращается в реактор (рециркулирует), пары воды и спирта конденсируются в системе теплообменников и холодильников, а циркулирующий газ при этом охлаждается. Водно-спиртовый конденсат отделяют от циркулирующего газа в сепараторах и направляют на ректификацию.
Из всего количества этилена, вступившего в реакцию, только 95–98,5 % трансформируется в спирт, а остальное — в диэтиловый эфир, ацетальдегид, а также в полимеры. В рамках повышения степени превращения этилена в спирт поддерживают высокую концентрацию этилена в циркулирующем газе (90 % масс, и более). При этом требуется соблюсти условия, при которых концентрация этилена в свежей этиленовой фракции, поступающей с газоразделительной установки, была равна 99 % (масс).
Прямая гидратация этилена имеет ряд преимуществ перед сернокислотным методом: исключение расхода серной кислоты и минимальные потребности в других реагентах, кроме этилена и водяного пара. Кроме того, процесс прямой гидратации этилена протекает в одну стадию, что обуславливает более высокий выход спирта.
Использование предложенной во второй главе модели позволяет поддерживать производительность этилового спирта на необходимом (стационарном) уровне с наименьшими затратами на расход фосфорной кислоты.

Фрагмент текста работы:

1. Технология производства этилового спирта
1.1. Состав и химические характеристики этилового спирта

Главное сырье для производства спирта – растительная масса с высоким содержанием крахмала, сахара и клетчатки. В соответствии с этим сырье делят на 3 основных класса: крахмалсодержащее (зерновые культуры, картофель); сахаросодержащее (свекловица, меласса, виноград, фрукты) и клетковиносодержащее (ксилема, солома, отходы сульфит-целюлозной отрасли). Самым популярным и экономичным видом является картофель. Входящий в его состав крахмал обладает быстрой развариваемостью, клейстеризацией и осахариванием. На спиртовую переработку идет любое зерно, в том числе и негодное для пищевого и кормового направления.
Этиловый спирт как компонент химических реакций смешивается с водой во всех соотношениях, при этом он хорошо растворяет многие органические вещества. Безводный (абсолютный) спирт кипит при 78,37 С. Получаемый в промышленности спирт-ректификат представляет собой смесь 95,5% этанола и 4,4% воды, которая кипит при 78,37 С (смеси определенного состава, кипящие при постоянной температуре, называют азеотропными смесями).
Таблица 1. Физические свойства этилового спирта .
Плотность, г/см3 0,7893
Температура плавления, oС -114,3
Температура кипения, oС 78,4
Молярная масса, г/моль 46,069

Для этанола возможны реакции, протекающие с участием:
• атома водорода гидроксильной группы;
• гидроксильной группы;
• атома водорода гидроксильной группы и связи Cα-H;
• гидроксильной группы и связи Cβ-H.
Таким образом, все химические превращения, характерные для этилового спирта сопровождаются расщеплением связей :
1) O-H
• взаимодействие с активными металлами
2C2H5OH + 2Na → 2C2H5ONa + H2↑.
• взаимодействие с органическими и кислородсодержашими неорганическими кислотами
C2H5OH + CH3COOH ↔C2H5-O-C(O)-CH3 + H2O (H2SO4 (conc), t0);
C2H5OH + HONO2↔C2H5ONO2 + H2O (H2SO4 (conc), t0).
2) C-OH;
• взаимодействие с галогеноводородами
C2H5OH + HCl→ C2H5Cl + H2O (ZnCl2, t0).
• взаимодействие с тригалогенидамифосфора
3C2H5OH + PBr3→ 3C2H5Br + H3PO3.
• взаимодействие с аммиаком
C2H5OH + NH3→ C2H5NH2 + H2O (Al2O3, t0 = 300).
3) O-H и Cα-H;
• дегидрирование
CH3-CH2-OH → CH3-C(O)H + H2↑ (kat = Cu, t0).
• окисление
CH3-CH2-OH + 2[O] → CH3-COOH + H2O (kat, t0).
4) C-OH и Cβ-H
внутримолекулярная дегидратация