Вопрос №

Процессы гидратации в органическом синтезе. Производство этанола прямой гидратацией этилена. Химизм процесса. Катализаторы.

Этанол C₂H₅OH является одним из крупномасштабных продуктов основного орг. синтеза. Он используется в пр-ве альдегида, в качестве раст-ля в лакокрасочной, фармацевтической пром-ти, в производстве взрывчатых в-в, сырья для пр-ва каучука, компонентов ракетного топлива и других орг. продуктов.

Основным способом синтеза этилового спирта явл. гидратация этилена. Метод прямой каталитической гидратации этилена перегретым водяным паром является наиболее экономичным.

Процесс основан на обратимой реакции, протекающей с увеличением обьема и выделением теплоты:

CH₂=CH₂(г)+H₂O=C₂H₅OH(г)+кДж.

Константа равновесия этой реакции уменьшается с ростом температуры Т и повышается пропорционально давлению Р:

lg К_р = 2093/T – 6.304 +(103/T-62.5*10³/T²) *р.

Согласно последнему уравнению равновесие может быть сдвинуто в сторону образования спирта применением высокого давления и понижением температуры. Однако применение высокого давления повышает затраты, а низкие температуры снижают скорость реакции.

В качестве катализатора используют фосфорную кислоту, нанесенную на пористые носители (силикагель, алюмосиликат). Катализ осуществляется в пленке кислоты, находящейся в жидком состоянии на поверхности носителя.

При высоком давлении усиливается адсорбция водяных паров фосфорной к-ты, концентрация её снижается, и это тоже один из факторов, отриц, влияния повышенного давления.

Оптимальными условиями проведения процесса явл.: Т-550-590К; Р-7-8Мпа; соотношение H₂O:C₂H₄ = 0,6:1; объёмная скорость парогазовой смеси 1800-2500 ч^-1; время контакта-18-20с. Выход этанола-95%,диэтилового эфира-2-3%,ацетальдегида-1-2%, полимеров-1-2%.Процесс осуществляется по циркуляционной схеме, при которой реакционную массу многократно пропускают ч/з слой катализатора. Концентрация этилена-98-99%. Нижний предел-85%.Из цирк-ей реакц-ой массы требуется непрерывный отвод полученного этанола. Он осущ-ся методом конденсации, при этом вода, как правило менее летучий комп. конденсируется с большей полнотой. Вода нежелательный комп.,т.к. пропадает активность kt. Поэтому актуальным явл. возможно полная утилизация тепла непрореагировавшего в. п посредством т/обмена м/у потоками, выход. из реактора и вход. в него газ. смесями. Необходимо вести непрерывную подпитку H₃PO₄ для компенсации её потерь при уносе с газообразными продуктами. Kt могут служить разб. (10-30%) р-ры H₂SO₄ и H₃PO₄ в условиях высоких Т и Р. Но в этих условиях данные к-ты обладают очень большой агрессивностью в отношении корр.

Смотри:

Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза, Лебедев Н.Н., Москва, Химия, 1981, стр. 182-187, 191-193