4. Виробництво етанолу.

Етанол за обсягом виробництва посідає перше місце серед продуктів органічного синтезу. Використовується при виробництві синтетичного каучуку, ацетальдегіду, оцтової кислоти, штучного шовку, лікарських засобів.

Основним способом отримання є гідратація етилену. Здійснюється двома методами:

• за допомогою сірчаної кислоти (сірчанокислотна гідратація) в рідкій фазі,

• взаємодією етилену з водяною парою на твердому каталізаторі (пряма гідратація).

Сірчанокислотний спосіб (О.М.Бутлеров) складається з таких стадій:

1. абсорбція етилену сірчаною кислотою з утворенням сірчанокислих ефірів;

2. гідроліз ефірів з утворенням спирту;

3. виділення спирту та його ректифікація;

4. концентрування сірчаної кислоти.

Взаємодія між етиленом і сірчаною кислотою складається з двох етапів:

1) фізичне розчинення етилену в сірчаній кислоті;

2) взаємодія компонентів з утворенням алкілсульфатів:

СН₂=СН₂ + НОSO₂OH  CH₃CH₂OSO₂OH (C₂H₅OSO₃H)

CH₃CH₂OSO₂OH + C₂H₄  (C₂H₅O)₂SO₂

При помірній температурі реакція практично необоротна, але при нагріванні рівновага зміщується вліво. Оптимальними є температури 340-350ºК.

Гідроліз етил- і діетилсульфату здійснюється за рівняннями:

C₂H₅OSO₃H + Н₂О  C₂H₅OН + Н₂SO₄

(C₂H₅O)₂SO₂ + 2Н₂О  2C₂H₅OН + Н₂SO₄

Крім основної реакції, йде утворення діетилового ефіру, ацетальдегіду, а також полімеризація етилену. Температура гідролізу 370-380ºК, час – 30 хв.

Для отримання 1 т спирту на абсорбцію витрачається близько 2 т концентрованої сірчаної кислоти, а потім доводиться випарювати близько 2 т розведеної кислоти, що створює певні труднощі у виробництві. За сірчанокислотним методом з 1 т етилену отримують 1,2 т спирту і близько 100 кг етилового ефіру. Перетворення етилену на спирт сягає 90%.

Більш економічним методом є пряма каталітична гідратація етилену перегрітою водяною парою. Процес базується на реакції:

СН₂=СН_{2 (г)} + Н₂О _(г)  C₂H₅OН_(г) Н = - 46 кДж

Оптимальні умови: температура 550-590ºС, тиск 7-8 МПа. Внаслідок невисокого ступеню конверсії за 1 цикл (4-5%) процес ведуть за циркуляційною схемою. Каталізатором є фосфорна кислота, нанесена на пористі носії (силікагель, алюмосилікагель). Каталіз здійснюється у плівці кислоти, яка знаходиться на поверхні пористого носія в рідкому стані. Оптимальне мольне співвідношення Н₂О:С₂Н₄=0,6:1.

Рециркулюючий газ змішується зі свіжим етиленом, проходить два теплообмінники і підігрівач, змішується у заданому співвідношенні з парою високого тиску і подається в реактор гідратації, який являє собою циліндричну колону з зернистим каталізатором, футеровану міддю або вугільними брикетами. Підігрівання газу в теплообмінниках провадиться за рахунок теплового потоку, який виходить з гідратора, а в підігрівачі – глухою парою. Ректифікаційна суміш, що виходить з реактора з температурою 580К, містить Н₃РО₄, тому її нейтралізують і охолоджують до 510К шляхом вприскування в неї підлуженого водно-спиртового конденсату, охолоджують до 420К в теплообміннику, котлах-утилізаторах, і направляють в сепаратор. Газ з сепаратора через перший теплообмінник і холодильник поступає в сепаратор, потім в скрубер, де з нього при 310К водою відмивають несконденсований спирт. Водно-спиртовий конденсат з сепараторів передається у відділок ректифікації.

Для збереження активності каталізатору у вихідну суміш додають невелику кількість фосфорної кислоти.