乙烯水合制乙醇
乙烯与水化学反应方程式
乙烯与水化学反应方程式
乙烯与水之间发生的化学反应是一个加成反应，生成乙醇的过程。
乙烯（化学式C2H4）与水（化学式H2O）在存在催化剂的条件下发生水合反应，生成乙醇（化学式C2H5OH）。
该反应的化学方程式如下所示：
C2H4 + H2O → C2H5OH.
在这个反应中，乙烯的双键被水分子的氢和氧原子加成，形成了乙醇分子。
这个反应通常需要催化剂的存在，如酸或碱催化剂，以促进反应的进行。
从另一个角度来看，乙烯与水的化学反应也可以用结构式来表示。
乙烯的结构式是CH2=CH2，水的结构式是H-O-H。
当它们发生水合反应时，乙烯的双键被水分子的氢和氧原子加成，形成乙醇的结构式CH3-CH2-OH。
总的来说，乙烯与水的化学反应是一个重要的工业过程，用来生产乙醇等化学品。
这个反应不仅在化工生产中有重要应用，也是
化学领域的一个重要研究课题。
希望这个回答能够全面地解答你的问题。
乙烯直接水合法制乙醇（年产25万吨）
课程设计任务书设计题目：乙烯直接水合法制乙醇（年产25万吨）学院：专业：班级：学生：指导教师：系主任: （签名）一、设计要求：1、根据设计题目，进行生产实际调研或查阅有关技术资料，选定合理的流程方案和设备类型，并进行简要论述。
（字数不小于8000字）2、设计说明书内容：封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案的选择与论证、工艺流程说明、专题论述、参考资料等。
3、图纸要求：工艺流程图1张（图幅2号）；设备平面或立面布置图1张（图幅3号））。
二、进度安排：教学内容学时地点备注查资料、说明书提纲、流程论证、工艺流程图第一周设计室设备布置图、说明书整理、答辩。
第二周设计室三、指定参考文献与资料《过程装备成套技术设计指南》（兼用本课程设计指导书）、《过程装备成套技术》、《化工单元过程及设备课程设计》等。
摘要工业上生产乙醇的方法有粮食发酵法、木材水解法、亚硫酸盐法、乙醛加氢法、一氧化碳和氢气羰基合成法、乙烯间接水合法、乙烯直接水合法等。
由于受到原料来源和成本高的限制，粮食发酵法、木材水解法、亚硫酸盐法等不可能有较大的发展，故这种方法已不适应大规模制备乙醇的要求。
由于石油工业，石油化学工业、天然气开发和加工工业的发展，开辟了乙烯气的巨大来源，使得乙烯水合法的原料得到充分保证。
通过对比，此次设计选择以乙烯的直接水合法制取乙醇。
关键字：乙烯；乙醇；水合法目录一、前言 (1)二、工艺流程论证 (2)2.1 乙醇用途 (2)2.2 乙醇的工业制法 (2)2.2.1木材水解发酵法 (3)2.2.2亚硫酸盐废碱液制取乙醇法 (3)2.2.3 发酵法 (4)2.2.4 乙烯水合法 (5)2.2.4.1 间接水合法 (5)2.2.4.2 直接水合法 (7)2..3 生产方法的确定 (8)三、乙烯直接水合的催化剂的选择 (9)3.1 催化剂的分类 (9)3.2 乙烯直接水合的催化剂的选择 (10)四、乙烯直接水合工艺 (12)4.1 乙烯气的提供 (12)4.2 混合原料气的制备及热交换 (12)4.3 乙烯水合 (13)4.4 直接水合法工艺条件的选择 (15)4.4.1 反应温度 (15)4.4.2 反应压力 (15)4.4.3 n(水)／n(乙烯)比 (16)五、典型机械设备选型与论证 (17)5.1 机器选型的基本原则 (17)5.2 换热器的选择 (18)5.3 压缩机的选择 (19)六、总结 (20)七、参考文献 (21)八、致谢 (22)四川理工学院课程设计一、前言乙醇俗称酒精,系醇类代表,是一种无色透明易挥发和易燃的液体。
乙烯水合生产乙醇的工艺流程简图
乙烯水合生产乙醇的工艺流程简图英文回答：Ethylene hydration is a widely used industrial process for the production of ethanol. This process involves the reaction of ethylene gas with water to form ethanol. The overall reaction can be represented as follows:C2H4 + H2O → C2H5OH.To carry out this reaction, a suitable catalyst is required. Typically, a solid acid catalyst such as phosphoric acid or a zeolite catalyst is used. The catalyst helps to speed up the reaction and increase the yield of ethanol.The process begins with the preparation of the reactants. Ethylene gas is usually obtained from the cracking of hydrocarbon feedstocks such as natural gas or petroleum. Water is readily available and can be sourcedfrom various sources such as municipal water or industrial wastewater.The ethylene gas and water are then fed into a reactor vessel where they come into contact with the catalyst. The reactor vessel is typically operated at elevated temperatures and pressures to promote the reaction. The reaction is exothermic, meaning it releases heat. The heat generated during the reaction helps to maintain the desired temperature.As the ethylene gas and water react, ethanol is formed along with some byproducts. These byproducts may include diethyl ether, acetaldehyde, and ethylene glycol. To maximize the yield of ethanol, the reaction conditions and catalyst selection are optimized to minimize the formation of byproducts.Once the reaction is complete, the mixture of ethanol and byproducts is separated from unreacted ethylene gas and water. This can be done through a series of separation steps such as distillation or extraction. The separatedethanol is then further purified to remove any remaining impurities.The final product is pure ethanol, which can be used for various applications such as fuel, solvents, or as a precursor for the production of other chemicals. The byproducts obtained from the process can also be utilized or further processed to generate additional value.In conclusion, the process of ethylene hydration for ethanol production involves the reaction of ethylene gas with water in the presence of a catalyst. The reaction is carried out in a reactor vessel under specific conditions to maximize the yield of ethanol. The resulting mixture is then separated and purified to obtain pure ethanol. This process is widely used in the industry due to its efficiency and versatility.中文回答：乙烯水合是一种广泛应用于工业生产乙醇的工艺过程。
乙烯气相直接水合反应
乙烯气相直接水合反应
乙烯气相直接水合反应是指将乙烯气体与水反应，得到乙醇的化学反应。
该反应一般在高温高压下进行。
反应方程式为：C2H4 + H2O → C2H5OH
反应条件：
1. 温度：一般在150-300℃之间，较高温度有助于反应进行。
2. 压力：反应压力一般在10-70MPa之间，较高压力有助于反应进行。
3. 催化剂：常用的催化剂有磷钼酸铵（NH4)6Mo7O24）或磷酸，它们可以加速反应速度，提高乙烯的转化率。
反应机理：
乙烯气体与水分子发生加成反应，生成乙醇。
催化剂可以提供活性位点，促进乙烯分子与水分子的接触和反应。
乙烯气相直接水合反应是乙烯合成乙醇的一种重要方法。
它具有简单、高效、环保等特点，广泛应用于工业生产中。
乙烯制乙醇工艺流程设计与能耗分析
乙烯制乙醇工艺流程设计与能耗分析乙醇是一种广泛应用于化工、药品、食品等领域的重要有机化合物。
乙烯制乙醇是目前最常用的工业化生产方法之一。
本文将为您介绍乙烯制乙醇的工艺流程设计以及相关的能耗分析。
一、工艺流程设计乙烯制乙醇的工艺流程可分为乙烯水合法和直接氧化法两种。
下面将分别介绍这两种方法的工艺流程设计。
1. 乙烯水合法乙烯水合法是指通过乙烯与水反应生成乙醇的方法。
该方法主要通过以下几个步骤实现：（1）预处理：将乙烯进行净化，去除其中的杂质；（2）压缩：将乙烯压缩至一定范围内，以便后续反应的进行；（3）吸收：将压缩后的乙烯与水进行接触，促使乙烯分子与水中的氢离子结合，生成乙醇；（4）分离：将生成的乙醇与未反应的乙烯进行分离，得到纯度较高的乙醇产物。
2. 直接氧化法直接氧化法是指将乙烯与氧气直接反应生成乙醇的方法。
该方法主要通过以下几个步骤实现：（1）氧化剂制备：制备含氧的氧化剂，如丙二酸铊等；（2）反应器设备：将乙烯和氧化剂送入反应器中，控制适当的反应温度和压力；（3）反应：乙烯在氧化剂的作用下与氧气直接反应生成乙醇；（4）分离：将生成的乙醇与未反应的气体进行分离，得到纯度较高的乙醇产物。
二、能耗分析乙烯制乙醇的过程中，能耗是一个重要的指标，直接关系到生产成本及环境影响。
下面将对乙烯制乙醇过程中的能耗进行分析。
1. 乙烯水合法的能耗分析乙烯水合法中主要能耗包括乙烯的制备能耗、压缩能耗以及吸收与分离过程中的能耗。
其中，乙烯的制备能耗主要与原料的制备以及净化过程相关；压缩能耗与乙烯的压缩功耗相关；吸收与分离过程中的能耗主要与设备能效以及操作控制等因素有关。
2. 直接氧化法的能耗分析直接氧化法中主要能耗包括氧化剂的制备能耗、反应器设备的能耗以及反应与分离过程中的能耗。
其中，氧化剂的制备能耗主要与原料以及制备过程相关；反应器设备的能耗主要与设备的构造以及运行方式相关；反应与分离过程中的能耗受到设备能效以及操作控制等因素的影响。
乙烯水合生产乙醇的工业过程
乙烯水合生产乙醇的工业过程嘿，咱今儿来聊聊乙烯水合生产乙醇的这个神奇工业过程呀！你想啊，乙烯就像个调皮的小精灵，到处蹦跶，而水呢，就像是它的好朋友。
当它们俩碰到一块儿的时候，一场奇妙的变化就发生啦！这就好像两个小伙伴一起玩耍，突然就变出了新的好玩的东西。
在这个过程中，可不是随随便便就让它们凑一块儿就行的哦。
这得在特定的条件下，有合适的温度啦、压力啦，就像给它们创造了一个特别的舞台。
温度不能太高也不能太低，压力也要刚刚好，不然这俩小伙伴可玩不起来，或者玩得不好呢！然后呀，它们就在这个舞台上开始了它们的表演。
乙烯和水慢慢靠近，手牵手，一点点地发生反应。
这个反应就像是一场魔法，把它们变成了我们想要的乙醇。
乙醇可是个很重要的东西呢，能用来做很多很多的事情，比如可以变成美酒，让人们在欢聚的时候享受那美妙的滋味。
你说这神奇不神奇？就这么看似普通的乙烯和水，经过这么一折腾，就变成了有大用处的乙醇。
这就跟咱生活中很多事情一样，有时候看似不相关的东西，放在一起，在合适的条件下，就能创造出意想不到的价值。
而且啊，这个过程可不是一次就完事儿了的。
得不断地调整，不断地优化，就像我们要不断学习进步一样。
要让这个反应进行得更顺利，更高效，产出更多更好的乙醇。
想想看，如果没有这个乙烯水合生产乙醇的过程，我们的生活会少了多少乐趣和便利呀！没有美酒，那该多无趣呀！所以说呀，这个工业过程可真是太重要啦！这就是乙烯水合生产乙醇的神奇世界，充满了惊喜和奥秘。
我们得好好感谢那些科学家和工程师们，是他们让这一切成为可能。
他们就像魔法师一样，用他们的智慧和努力，创造出了这么美好的东西。
让我们一起为他们点赞吧！。
乙烯水合制乙醇
三、乙烯水合制乙醇乙醇早期由含淀粉类物质(大米、玉米、高粱、薯类)发酵得到。
生产1 t酒精,约需消耗3～4 t粮食。
自1930年在美国最先实现由乙烯间接水合法(又称硫酸水合法)制乙醇的工业生产以来,又开发成功乙烯直接水合法制乙醇工艺。
现在,世界上主要采用直接水合法生产乙醇。
1.生产方法评述(1)硫酸水合法生产工艺分二步进行,第一步是乙烯与硫酸反应生成烷基硫酸酯:ＣＨ２＝ＣＨ２＋Ｈ２ＳＯ４àßＣＨ３ＣＨ２ＳＯ４ＨＣＨ３ＣＨ２ＳＯ４Ｈ＋ＣＨ２＝ＣＨ２àß（ＣＨ３ＣＨ２）２ＳＯ４反应的工艺条件为:硫酸浓度94%～98%,反应温度60～90℃,压力1.7～3.5MPa。
第二步是烷基硫酸酯水解生成乙醇:ＣＨ３ＣＨ２ＳＯ４Ｈ＋Ｈ２ＯèçＣＨ３ＣＨ２ＯＨ＋Ｈ２ＳＯ４（ＣＨ３ＣＨ２）２ＳＯ４＋２Ｈ２Ｏ２ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ＋Ｈ２ＳＯ４水解用通直接蒸气加热实现,同时蒸出醇,但硫酸浓度几乎被稀释至原来的一半,即50%左右。
因此,处理生成的大量稀硫酸就成为该工艺的一大难题,把硫酸浓缩至70%～75%是比较容易的,再提浓时有SO３烟雾产生,而且提纯的浓度愈高,SO３烟雾愈多。
为此需要采用特殊的蒸发器进行真空蒸发,费用大、污染严重。
到目前为止还没有找到既经济又不产生污染的好方法。
此外,硫酸水合法由于副反应多,故原料消耗高,生产成本比直接水合法高20%。
(2)直接水合法有气相法和液相法两种,但已工业化的仅气相法一种。
反应的工艺条件为:反应温度250℃左右,压力7.0MPa,H２Ｏ／Ｃ２Ｈ４(摩尔比)为0.6∶1,以磷酸硅藻土为催化剂。
在此工艺条件下,乙烯的单程转化率在5%左右,选择性94%～95%,该工艺的优点是不存在治理大量废酸问题,环境污染也比硫酸水合法小得多。
缺点是转化率低,绝大多数乙烯需循环使用。
2.气相直接水合法工艺原理(1)化学反应主反应为:ＣＨ２＝ＣＨ２+H２Ｏ→ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ△Ｈ＝－４０ kJ/mol副反应主要有生成二乙醚和乙醛的反应：ＣＨ２＝ＣＨ２＋ＨＣ３ＣＨ２ＯＨ→Ｃ２Ｈ５ＯＣ２Ｈ５ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ====ＣＨ３ＣＨＯ＋Ｈ２此外,还有乙烯齐聚生成C8以下异构烷的反应,乙烯脱氢缩合生成焦的反应等,实验研究表明,转化的乙烯消耗于生成各种产物的分配比例大致为:乙醇 94.5%(w) 乙醛2%(w)二乙醚 2.5%(w) 聚合物和其他醚类 1%(w)乙烯气相直接水合是可逆的、摩尔数减少的放热反应,降低反应温度和提高反应压力,对反应是有利的。
乙醇化学方程式
乙醇化学方程式1. 乙醇的化学式和性质乙醇是一种有机化合物，化学式为C2H5OH。
它是一种无色、可燃的液体，有着特殊的气味。
乙醇在室温下能够溶解在水中，并且具有挥发性。
2. 乙醇的制备方法乙醇的制备方法有很多种，下面介绍其中两种常见的方法：2.1 乙烯水合制乙醇乙烯水合制乙醇是一种工业化的方法，其化学方程式如下：C2H4 + H2O -> C2H5OH在这个反应中，乙烯与水在催化剂的作用下发生水合反应，生成乙醇。
这种方法是目前乙醇工业生产的主要方法之一。
2.2 葡萄糖发酵制乙醇葡萄糖发酵制乙醇是一种生物制备的方法，其化学方程式如下：C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2在这个反应中，葡萄糖经过酵母菌的作用，发生酵解反应，生成乙醇和二氧化碳。
这种方法是酿酒和生物燃料生产中常用的方法。
3. 乙醇的应用乙醇具有广泛的应用领域，下面介绍其中几个常见的应用：3.1 酒精饮品制备乙醇是酒精饮品的主要成分之一，如啤酒、葡萄酒、烈酒等都含有乙醇。
乙醇赋予酒精饮品其特有的风味和醇厚口感。
3.2 化妆品和个人护理产品乙醇在化妆品和个人护理产品中被广泛应用作为溶剂和防腐剂。
它能够溶解油脂和其他化妆品成分，在形成乳液或液体状的产品中起到稳定的作用。
3.3 生物燃料乙醇也被用作生物燃料的原料。
它可以通过生物质发酵制备，成本相对较低，同时也是一种可再生能源，对环境的影响较小。
乙醇生物燃料常用于交通工具的燃料和能源发电。
4. 乙醇的安全性乙醇是一种有毒的化合物，过量的乙醇摄入会对人体产生危害。
长期酗酒会导致肝脏疾病，对中枢神经系统和心血管系统也有一定的损害。
因此，在使用乙醇时需要注意合理用量，并遵守相关的安全操作规范。
以上就是关于乙醇的化学方程式、制备方法、应用和安全性的介绍。
希望对您有所帮助！。
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三、乙烯水合制乙醇
乙醇早期由含淀粉类物质(大米、玉米、高粱、薯类)发酵得到。
生产1 t酒精,约需消耗3～4 t粮食。
自1930年在美国最先实现由乙烯间接水合法(又称硫酸水合法)制乙醇的工业生产以来,又开发成功乙烯直接水合法制乙醇工艺。
现在,世界上主要采用直接水合法生产乙醇。
1.生产方法评述
(1)硫酸水合法生产工艺分二步进行,第一步是乙烯与硫酸反应生成烷基硫酸酯:
ＣＨ２＝ＣＨ２＋Ｈ２ＳＯ４ ＣＨ３ＣＨ２ＳＯ４Ｈ
ＣＨ３ＣＨ２ＳＯ４Ｈ＋ＣＨ２＝ＣＨ２→←（ＣＨ３ＣＨ２）２ＳＯ４
反应的工艺条件为:硫酸浓度94%～98%,反应温度60～90℃,压力1.7～3.5MPa。
第二步是烷基硫酸酯水解生成乙醇:
ＣＨ３ＣＨ２ＳＯ４Ｈ＋Ｈ２Ｏ→←ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ＋Ｈ２ＳＯ４
（ＣＨ３ＣＨ２）２ＳＯ４＋２Ｈ２Ｏ２ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ＋Ｈ２ＳＯ４
水解用通直接蒸气加热实现,同时蒸出醇,但硫酸浓度几乎被稀释至原来的一半,即50%左右。
因此,处理生成的大量稀硫酸就成为该工艺的一大难题,把硫酸浓缩至70%～75%是比较容易的,再提
浓时有SO３烟雾产生,而且提纯的浓度愈高,SO３烟雾愈多。
为此需要采用特殊的蒸发器进行真空蒸发,费用大、污染严重。
到目前为止还没有找到既经济又不产生污染的好方法。
此外,硫酸水合法由于副反应多,故原料消耗高,生产成本比直接水合法高20%。
(2)直接水合法有气相法和液相法两种,但已工业化的仅气相法一种。
反应的工艺条件为:反应温度250℃左右,压力7.0MPa,H２Ｏ／Ｃ２Ｈ４(摩尔比)为0.6∶1,以磷酸硅藻土为催化剂。
在此工艺条件下,乙烯的单程转化率在5%左右,选择性94%～95%,该工艺的优点是不存在
治理大量废酸问题,环境污染也比硫酸水合法小得多。
缺点是转化率低,绝大多数乙烯需循环使用。
2.气相直接水合法工艺原理
(1)化学反应主反应为:
ＣＨ２＝ＣＨ２+H２Ｏ→ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ
△Ｈ＝－４０kJ/mol
副反应主要有生成二乙醚和乙醛的反应：
ＣＨ２＝ＣＨ２＋ＨＣ３ＣＨ２ＯＨ→Ｃ２Ｈ５ＯＣ２Ｈ５
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ====ＣＨ３ＣＨＯ＋
Ｈ２
此外,还有乙烯齐聚生成C8以下异构烷的反应,乙烯脱氢缩合生成焦的反应等,实验研究表明,转化的乙烯消耗于生成各种产物的分配比例大致为:
乙醇94.5%(w) 乙醛
2%(w)
二乙醚 2.5%(w) 聚合物和其他醚类1%(w)
乙烯气相直接水合是可逆的、摩尔数减少的放热反应,降低反应温度和提高反应压力,对反应是有利的。
乙烯水合的平衡常数可由下式求得:
图5-4-03 乙烯气相水合反应的平衡转化率与温度和压力的关系
（Ｈ２Ｏ／Ｃ２Ｈ４＝１∶１）
lgKp= 2100 / T -6.195
平衡转化率与温度和压力的关系示于图5-4-03。
由图5-4-03可见,即使压力升至14.7MPa,在300℃时乙烯的平衡转化率也只有22%左右,而此时已发生猛烈的乙烯聚合反应。
目前工业上应用的催化剂(如磷酸/硅藻土)只能在250～300℃时才能发挥正常活性,为防止乙烯聚合,工业上采用的压力在7.0MPa左右,相应的平衡转化率在10%～20%,考虑到动力学因素,实际的转化率是很低的。
(2)反应机理乙烯在磷酸/硅藻土催化剂上进行气相水合的反应机理可用下列图式表达。
这种在酸膜中进行的烯烃水合反应机理,经历5个步骤:a.乙烯分子和水分子从混合气体的气相中,扩散到被固相载体表面吸附的磷酸液膜上,且逐渐向液膜内部溶解;b.乙烯分子与酸性水所含的水合氢离子(Ｈ3Ｏ＋)中的质子形成π-络合物;c.π-络合物经过电子转移,转换成为正碳离子;d.正碳离子再与水作用,水
分子以一对未共用电子对与正碳离子相结合,形成正氧离子;e.正氧离子再脱落下一个质子转变为乙醇,质子与水分子结合又重新形成水合氢离子。
在这些步骤中,第3步(即由π络合物异构成正碳离子)的速度最慢,是控制步骤。
但酸膜内的扩散阻力,对反应速度也有影响。
由上述机理可知,反应物和产物在酸膜中的扩散速度(它与空速有关),催化剂表面的酸浓度(它与H３Ｏ＋有关),反应物的浓度(或分压)以及反应温度都会对反应速度产生明显影响。
动力学试验表明,反应速度对乙烯分压是一级关系,而水蒸气的分压则有正面和负面影响,正面影响与乙烯相同,负面影响是它使催化剂表面酸浓度(即酸强度)减小,因而减缓反应速度,合适的水蒸气分压要由实验确定。
(3)催化剂用作烯烃水合的催化剂有以下3类:
①无机酸及其盐类无机酸主要是磷酸、硫酸、
盐酸和硼酸等;盐类有Fe,Ti,U,B,Cu,Cd等磷酸
盐,Ni,Fe,Al等的硫酸盐,以及CdCl２,ZnCl２,CuCl
,FeCl３等。
其中在工业上得到最广泛使用的是以多２
孔物质(如硅藻土、硅胶、硅酸铝、膨润土和活性炭等,
最常用的是硅藻土)为载体的磷酸。
②酸性氧化物有氧化铝、氧化钍、氧化钛、氧
化钨、氧化铬,以及用氧化锌活化了的氧化铝。
其中活
性较好的是氧化钨,若用氢气或异丙醇将氧化钨在
550～600℃进行还原,得到钨的“蓝色氧化物”,它具
有比氧化钨更高的催化活性。
③杂多酸类有硅钨酸、硼钨酸、硅硼钨酸、磷钨酸、磷钼钨酸、硅磷酸等,其中有代表性的是硅钨酸(SiO２·１２ＷＯ３·ＸＨ２Ｏ)及其盐类。
此外,强酸性离子交换树脂也可作为烯烃水合催
化剂,并在工业上已成功地用于丙烯水合生产异丙醇。
目前,乙烯水合制乙醇几乎全部采用磷酸-硅藻土催化剂,它是将以酸处理过的硅藻土,用55%～65%磷酸溶液浸渍,再经干燥和高温焙烧制得。
催化剂外表上是干燥的,但在载体孔隙的表面(俗称内表面)却覆盖着一层磷酸液膜,催化水合反应就在这层液膜中进行。
研究表明,酸膜中磷酸的浓度维持在75%～85%(w)对反应有利,这就要控制好制备和操作两个环节。
制备中在浸渍的磷酸浓度一定的前提下要控制浸渍时间;在操
作中要控制水蒸气分压和反应温度,水蒸气会稀释磷
酸浓度,反应温度则会造成磷酸的挥发,反应温度高,磷酸挥发多,被反应气带的磷酸增加。
即使在正常的反应条件下,磷酸也会被反应气带走,故在操作中要连续或间歇地补加磷酸。
3.气相直接水合法工艺条件的选择
(1)反应温度前已叙及,气相水合反应是一个放热和体积缩小(摩尔数减少)的反应,低温对化学平衡有利,但受催化剂需要的反应温度的限制。
对磷酸/硅藻土催化剂而言,反应温度为250～300℃。
此时反应受热力学控制,转化率低。
反应温度过高,不仅转化率更低,还会促进副反应,使齐聚物和焦化物等副产物增多。
(2)反应压力提高反应压力对热力学平衡和加快反应速度都有利。
乙烯转化率和乙醇空时收率(克/升催化剂·时)均随压力增大而增加。
但系统总压不宜
太高,当系统中水蒸气的逸度大于所需的磷酸水溶液的逸度,气相中的水蒸气就会溶于磷酸中,使催化剂表面的磷酸被稀释。
例如,当反应温度为280℃,乙烯与水的用量比为0.6时,为保持酸膜中磷酸浓度不低于75%,系统总压应保持在7.0MPa左右。
(3)n(水)/n(烯)比水/烯比(摩尔比)对乙烯转化率和副产物生成量都有影响。
图5-4-04示出乙烯转化为乙醇的量与水/烯比的关系;图5-4-05示出乙烯转化为乙醚和乙醛的量与水/烯比的关系。
由图5-4-04可以看到,随着水/烯比的提高,乙烯转化为乙
5-4-04 水/乙烯摩尔比对乙烯水合过程的影响反应温度298℃, 乙烯空速1975～2048 h-1
图5-4-05 水/乙烯摩尔比对生成副产物的影响7.0MPa,
反应温度295～300℃,乙烯空速2000 h-1
醇的量是增加的,而且系统压力愈高,增加愈多。
由图5-4-05可以看到,随着水烯比的提高,乙烯转化为乙醚和乙醛的量是减少的。
但水/烯比不宜过高,因会稀释酸膜中磷酸浓度,降低催化剂活性。
更严重时,会现水的凝聚相;水/烯比过高,消耗的蒸气量增多,冷却水用量增大,为蒸浓乙醇溶液消耗的热量增加,这些都会使工厂能耗增加,生产成本提高。
现在,工业上当总压为7.0MPa,反应温度为280～290℃时,水/烯比一般采用0.6～0.7。
(4)循环气中乙烯浓度实验研究表明,循环气中乙烯浓度与乙醇空时收率之间呈线性关系,循环气中乙烯浓度愈高,乙醇空时收率愈大,但乙烯进料中有1%～2%的惰性气体(主要是甲烷和乙烷),它们不参与反应,为保持反应器的生产能力,需将反应循环气少量放空。
循环气中乙烯浓度愈高,放空损失也愈大,使生产成本增加。
因此,循环气中乙烯浓度宜保持在85%～90%。
(5)乙烯空速在一定范围内,提高乙烯空速对反应有利(可减少乙烯进入催化剂酸膜的扩散阻力),但不宜太高,太高会因在酸膜表面停留时间过短,来不及进入酸膜参与反应就离开催化剂,导致反应速度下降。
工业上空速选择在2000 h-1为宜。
4.乙烯气相直接水合法工艺流程。