Synthèse d`éthanol par hydratation de l`éthylène

Synthèse d’éthanol par hydratation de l’éthylène
Fichier : etoh
Le Procédé
L’éthanol est produit industriellement par addition d’eau sur l’éthylène, en phase gaz :
C2H4 + H2O ⇔ CH3CH2OH
La réaction est catalysée par de l’acide phosphorique adsorbé sur un support solide. Elle a lieu sous
pression, (6 à 8 MPa), et à température assez élevée (260 à 300°C) à cause de contraintes cinétiques.
Nous admettrons que l’équilibre thermodynamique est atteint dans ces conditions, pour un temps de
séjour dans le réacteur de l’ordre de la minute.
Comme sous produit de la réaction, on trouve surtout le diéthyl-éther, qui peut être formé par
déshydratation de l’alcool :
2 C2H5OH ⇔ C2H5-O-C2H5 + H2O
Toutes ces réactions étant à l’équilibre, on utilise le modèle RGIBBS d’Aspen pour décrire le
réacteur : il suffit de spécifier la température, la pression et la liste des effluents possibles du réacteur.
Le modèle minimise alors l’enthalpie libre du mélange sous contrainte de bilans sur les atomes
constitutifs des molécules.
L’éthylène utilisé est pur à 99,9% (on considère que l’impureté est de l’éthane).
Le fichier d’entrée fourni permet la simulation du seul réacteur.
Travail à effectuer
On souhaite produire de l’éthanol en mélange azéotropique avec l’eau (environ 85%d'éthanol
en fraction molaire). Compléter le schéma de procédé (préparation de la charge, séparation des
produits du réacteur, recyclage des réactifs). Les utilités disponibles sont du gaz (pour un four),
de l’électricité, de l’eau froide et de la vapeur 12 bar. La teneur en impureté (éthane) de
l’éthylène recyclé doit être inférieure à 5% (en fraction molaire).
Que peut-on faire de l’éther produit ?
Etudier l’influence des conditions de réaction (pression, température, rapport molaire
éthylène/eau à l’entrée du réacteur) sur les coûts du procédé.
Données économiques
Utilités
eau froide : 1,7E – 5€/kg
gaz (combustible) : 3,4E – 9€/J
électricité : 1E – 8€/J
vapeur 12 bar : 0,01€/kg
Matières
matière première (éthylène, 20 bars) : 0,02€/kg
produit (éthanol) : 0,2€/kg