Спирт разлагается

Войдём в первый по ходу процесса цех  — контактный, или печной, как говорят на заводе. Начальным отделением, примыкающим к контактному цеху, является шихтовальное отделение. Железные ступени небольшой лестницы ведут вниз. Цех приёмки и отпуска спирта, где происходит и составление шихты, расположен ниже уровня земли для удобства слива самотёком спирта из железнодорожных цистерн, подходящих к самому цеху днём и ночью.

Нас охватывает ароматичный запах, напоминающий сложный запах старого винного погреба. Кругом стальные мерники со спиртом и шихтой. Негромко жужжат центробежные насосы. Всюду отменная чистота и порядок. Людей немного, все заняты своим делом: записывают уровни в мерниках, регулируют работу насосов, определяют прибором удельный вес приготовленной шихты.

Спиртовая шихта должна быть строго постоянного состава. За этим следят «умные» контрольно-измерительные приборы, называемые регуляторами соотношений. Они автоматически поддерживают заданный технологами состав шихты. Насосы подают шихту в следующее отделение цеха — спиртоиспарительные.

Здесь тепло. Мы видим много больших аппаратов и сплетение трубопроводов. Аппараты называются спирто-испарителями. Они имеют внутри большое количество стальных трубок, в которые подаётся жидкий спирт, точнее, спиртовая шихта. В межтрубное пространство аппарата входит перегретый водяной пар с давлением 4—5 ат.  Происходит процесс теплопередачи: тепло пара расходуется на испарение спирта.

Температура испарения чистого этилового спирта при нормальном давлении (760 мм рт. ст.) равна 78°,3.

Из курса физики мы знаем, что температура кипящей жидкости остаётся постоянной во всё время кипения, несмотря на непрерывный подвод тепла. Это происходит потому, что для превращения жидкости в пар нужно затратить определённое количество тепла, которое называется скрытой теплотой испарения. Скрытая теплота испарения спиртовой шихты равна 235 ккал/кг; следовательно, для испарения каждой тонны шихты ей необходимо передать 235 тыс. ккал, на что требуется затратить 0,438 m пара при условии его полной конденсации.

Устройство спиртоиспарителей вполне отвечает задачам, которые на них возлагаются. Они имеют большую поверхность нагрева, так как устроены в виде трубчатки. Это самая лучшая конструкция для теплообменных аппаратов, являющихся обязательной принадлежностью каждого химического завода. Чтобы убедиться в этом, сделаем небольшой подсчёт: возьмём стальную трубку длиной 1 м и диаметром 2" (два дюйма). Вообразим, что трубка разрезана с одной стороны по всей длине и выпрямлена. Получившаяся железная лента будет иметь длину 1 м и ширину, равную 3,14 диаметра трубки. Так как диаметр взятой трубки равен 2", или 50 мм, то ширина ленты будет равна 3,14·0,05 = 0,157 м. Площадь ленты составит 0,157- 1 =0,157 м². Сто трубок диаметром 2" и длиной 10 м каждая дадут уже поверхность в 157 м², в производственных же теплообменных аппаратах число трубок часто насчитывается сотнями.

Если внимательно посмотреть на спиртоиспарители, то мы почти нигде не увидим их металлической поверхности: они, как говорят производственники, обмурованы, т. е. покрыты толстым слоем теплоизоляции. Так теплотехники борются с потерей тепла в окружающую среду, повышая тем самым коэффициент полезного действия (к.п.д.) аппарата по теплу. Теплоизоляцию мы увидим, побывав на любом заводе,— везде идёт борьба за экономию тепла.

Работа спиртоиспарительного отделения полностью автоматизирована. Подача шихты, температура и давление в спиртоиспарителях, температура выходящих из них спиртовых паров — всё это поддерживается точно по технологическому режиму с помощью приборов. В отделении за столиком сидит лишь один аппаратчик, он записывает показания приборов.

Пары шихты по трубам направляются в основное отделение цеха — контактное. Войдём и мы туда.

Огромный производственный цех... Правильными рядами стоят большие агрегаты — контактные печи. Это — основные аппараты цеха. В них совершается разложение спирта, и именно здесь рождается бутадиен, из которого затем получают синтетический каучук. Подойдём к. одной из печей и внимательно изучим её устройство.

Контактный аппарат, или, на производственном языке, печь для получения бутадиена из спирта (рис. 15), — это большое цилиндрическое сооружение из огнеупорного кирпича. Через несколько форсунок с шумом вдувается смесь мазута и воздуха. Пары мазута сгорают в круглой топочной камере и накаляют внутреннюю часть печи — муфель. Смотря с нижней площадки для обслуживания через специальное отверстие («гляделку», «глазок»), мы видим, как бушует пламя внутри печи. В муфеле по кругу расположено 16 реторт — высоких стальных труб, наполненных мелко раздробленным катализатором Лебедева. В них снизу поступают пары спирта, которые перед этим перегреваются в змеевиковых перегревателях, расположенных под каждой ретортой.

Как непохожи эти огромные и сложные аппараты на первую маленькую лабораторную контактную печь С. В. Лебедева, изображённую на рисунке 5! Однако принцип действия их один и тот же.

Рис. 11. Печи для получения бутадиена из спирта на заводах синтетического каучука.

Контактное разложение паров спирта происходит при температуре в несколько сот градусов. Это сложный химический процесс, идущий без доступа воздуха, под действием катализатора.

Упрощённо реакцию разложения можно представить следующим уравнением:

Таким образом, мы можем себе представить процесс образования бутадиена как результат отнятия от двух молекул спирта двух молекул воды и одной молекулы водорода. Катализатор Лебедева и состоит поэтому из двух основных частей: водоотнимающей (дегидратирующей) и водородоотнимающей (дегидрогенизирующей). Подсчитаем, какой наибольший выход бутадиена на спирт может быть при этой теоретической реакции. Молекулярный вес спирта 46, а бутадиена 54; следовательно, по уравнению из 92 весовых частей спирта образуется 54 весовые части бутадиена. Отсюда выход последнего по теории и равен
54/92·100 = 58,69%.

Остальной прореагировавший спирт идёт на образование воды (39,21%) и водорода (2,10%). Реакция разложения спирта эндотермична — на 1 кг абсолютного (100-процентного) спирта необходимо затратить извне около 200 ккал тепла.

На выход бутадиена влияют много условий: качество катализатора (его «активность»), температура контактирования, состав шихты, давление, время контакта паров спирта с катализатором и др. Всё это должны в совершенстве знать инженеры и аппаратчики, обслуживающие печь и непрестанно наблюдающие за её работой. Людям помогают измерительные и регулирующие приборы. В результате контактные печи дают высокий выход бутадиена. Когда катализатор «утомляется», т. е. окончательно отрабатывается и начинает давать низкий выход бутадиена из спирта, его высыпают из реторт и заменяют свежим.

Контактные печи излучают много тепла. В цехе тепло; работает мощная вентиляция, освежающая воздух; гудит дымосос, удаляющий дымовые газы из печей. К услугам работающих киоски с газированной водой.

Контактные газы, содержащие бутадиен, по выходе из реторт собираются в. коллекторах контактного газа, имеющихся в верхней части каждой печи, а затем поступают в общий коллектор. В цехе мы видим наверху эту огромную трубу. Последуем по её направлению и покинем интересный и красивый контактный цех с его теплом и мерным гулом.