Спирт етиловий: склад, добування, технології, використання

СН3.

1 2 3 4 1.

СН3 — СН — СН2 -СН3 Н3С — С — СН3.

ОН.

ОН.

Бутанол -2 2 метилпропанол 2.

Число структурних ізомерів у голомологічному рядові спиртів швидко зростає. Наприклад, на основі бутану існує 4 ізомери, пентану — 8, а декана — уже 567 [5].

Етиловий спирт (етанол, винний спирт) C2H5OH є важливим представником одноатомних спиртів, безбарвна рухлива рідина, пекуча на смак з характерним запахом, точка кипіння 78,39оС, замерзає при -110,5оС, змішується в будь-яких співвідношеннях з водою, спиртами, ефірами, гліцерином, бензином та іншими органічними розчинниками, горить безбарвним полум’ям.

Для добування «абсолютного» спирту (100% С2Н5ОН) ректифікат додатково обробляють з збезводнюючими речовинами (безводним сульфатом міді, добре прожареним вапном) або переганяють з бензолом. Етиловий спирт широко застосовують у різних галузях народного господарства як розчинник, для виробництва синтетичного каучуку, ацетальдегіду, хлороформу, діетилового ефіру, чистого етилену, етилацетату, діетиламіну, оцтової кислоти, в лакофарбовій фармацевтичній і кінофотопромисловості, у виробництві вибухових речовин та в побуті. Етиловий спирт використовують як паливо для реактивних двигунів як антифриз. Велика частина етилового спирту витрачається на виготовлення спиртових напоїв. Етиловий спирт — наркотик, збуджує організм. Часте вживання етилового спирту може викликати важкі хронічні захворювання нервової системи, травного тракту, серцево-судинної системи, печінки і взагалі всього організму.

1.2 Характеристика технологічного процесу до автоматизації.

Сировина (картопля або зерно) завантажується в бак-збірник після чого проходить очистку від важких включень і бруду. Далі очищена сировина накопичується в проміжковому бункері, звідки потрапляє на дробілку. розмелена сировина надходить у змішувач, де при додаванні води вона перетворюється на масу, яка далі підігрівається і поступає у варильну колону. Колона складається з двох ступенів в кожен з яких поступає пара з частками цукру із сепаратора пари. Таким чином зварена маса подається в бак, звідки відкачується на дріжджові генератори, де при додаванні дріжджів — суспензія надходить в бражну колону. З колони брага йде на підігрівкуде випаровується спирт, що відходить на ректифікаційну колону, а рідина на сивушну колону. Далі обидва види продукції (спирт і сивушне мастило) надходять в конденсатор де проходять різного роду очистку відповідно різним сортам продукції. Останнім етапом є відправка і зберігання продукції в холодильниках.

Етиловий спирт добувають різними способами:

1) бродіння харчової сировини (зерна, картоплі тощо) цукру та відходів цукрового виробництва — меляси. Бродіння (ферментація) — процес розкладання органічних речовин на простіші сполуки під дією мікроорганізмів. Найважливішими типами бродіння є спиртове (виробництво вина, пива, етилового спирту…), молоко кисле (виробництво кефіру, квасу).

2) гідролізом рослинних матеріалів. Гідроліз — реакція обмінного розкладання між водою і різними речовинами: солями, вуглеводами, білками.

3) переробкою сульфітного лугу (відходів целюлозного і паперового виробництва). Целюлоза — полісахариди, високомолекулярний вуглевод, який є головною складовою частиною оболонки рослинних клітин, продуктом гідролізу целюлози є гідролізний етиловий спирт.

4) гідратацією етилену (промисловий спосіб). Гідратація приєднаня молекул води до молекул або іонів.

1.3 Характеристика і аналіз існуючих схем управління технологічним процесом Етиловий спирт (етанол) С2Н5ОН — безкольорова рідина, що легко випаровується. Спирт, що містить 4−5% води, називають ректифікатом, а що містить тільки частки відсотка води — абсолютним спиртом. Такий спирт одержують хімічною обробкою в присутності водовіднімаючих засобів (наприклад, свіжопрокаленого СаО).

Етиловий спирт — багатотоннажний продукт хімічної промисловості. Одержують його різними способами. Один з них — спиртове шумування речовин, що містять цукристі речовини, у присутності ферментів (наприклад, зимази — ферменту дріжджів):

C6H12O6 зимаза C2H6OH + 2CO2.

Такий спирт називають харчовим або винним спиртом.

Етиловий спирт можна одержувати з целюлози, що попередньо гідролізують. Глюкозу, що утвориться при цьому, піддають надалі спиртовому шумуванню. Отриманий спирт називають гідролізним.

Як відомо, для одержання етилового спирту існують і синтетичні способи, такі, як сіркокислі або пряма гідратація етілена:

H2C==CH2 + H2 кат. H3C-CH2OH.

Собівартість спирту, отриманого таким способом, набагато дешевше, ніж приготовленого з харчових продуктів.

Етиловий спирт широко використовують у різних областях промисловості і насамперед у хімічній. З нього одержують синтетичний каучук, оцтову кислоту, барвники, есенції, фотоплівку, порох, пластмаси. Спирт є гарним розчинником і антисептиком. Тому він знаходить застосування в медицині, парфумерії. У великих кількостях етиловий спирт йде для одержання спирто-горілчаних виробів.

Етиловий спирт — сильний наркотик. Потрапляючи в організм, він швидко всмоктується в кров і приводить організм у збуджений стан, при якому людині важко контролювати своє поводження. Уживання спирту часто є основною причиною важких шляхово-транспортних аварій, нещасних випадків на виробництві і побутових злочинах. Спирт викликає важкі захворювання нервової і серцево-судинної систем, а також шлунково-кишкового тракту. Спирт небезпечний у будь-якій концентрації (горілка, настойки, вино, пиво і т.д.).

Етиловий спирт, застосовуваний для технічних цілей, спеціально забруднюють дурно пахучими речовинами. Такий спирт називають денатуратом (для цього спирт підфарбовують, щоб відрізнити його від чистого спирту).

Хімічні властивості спирту.

Як у всіх кисневмісних з'єднань, хімічні властивості етилового спирту визначаються, у першу чергу, функціональними групами і, певною мірою, будівлею радикала.

Характерною рисою гідроксильної групи етилового спирту є рухливість атома водню, що пояснюється електронною будівлею гідроксильної групи. Звідси здатність етилового спирту до деяких реакцій заміщення, наприклад, лужними металами. З іншого боку, має значення і характер зв’язку вуглецю з киснем. Унаслідок великої електровід'ємності кисню в порівнянні з вуглецем, зв’язок вуглець-кисень також до деякої міри поляризовано з частковим позитивним зарядом в атома вуглецю і негативним — у кисню. Однак, ця поляризація не приводить до дисоціації на іони, спирти не є електролітами, а являють собою нейтральні з'єднання, що не змінюють фарбування індикаторів, але вони мають визначений електричний момент диполя [3,4].

Спирти є амфотерними з'єднаннями, тобто можуть виявляти як властивості кислот, так і властивості основ.

Особливості технології етилового спирту До початку тридцятих років ХХ століття його одержували винятково.

зародження харчової водневмісткої сировини, і при обробки зерна (жито, ячмінь, кукурудза, овес, просо). У 30-і по 50-і роки було розроблено кілька способів синтезу етилового спирту з хімічної сировини наприклад: лідрування аценальдециду і інші. Осі сучасних способів — односейадисна (пряма) гідраітація. Етілена (CU2=CU2+H2OC2H5OH), здійснюється на фосфорно-кислотному каталізаторі при 280−3000С і 7,2−8,3 Мн/м (72−83 кг/см). Так, у США в 1976 р. було вироблено близько 800 тис. тонн этонола, у т.ч. 550 тис. тонн прямій гідротацієй (інше збродження харчової сировини). В інших країнах (Україна, Франція і ін.) етиловий спирт одержують також двохетапною (сірко кислотною гідратацією етилена при: 75−800С і 2,48 Мн/м/24,8 нес/м) этилен взаємодіє з концентрованою сірчаною кислотою з утворенням суміші моно і діентилеульфатів [С2Н5OSO2ОН і (С2Н5О)2SO2], що потім гідролізують при 1000С і 0,3−0,4 Мн/м дають етиловий спирт і Н2SO4.

У ряді країн етиловий спирт (ЕС) одержують також збродженням продуктів гідролізу рослинних матеріалів. Очищення технічних ЕС проводять різними способами. Харчовий спирт-сирець, звичайно звільняють від домішок (сивушні олії й ін.) рекитифікацією.

Слінтентичний ЕС очищають від етилового ефіру, ацетальдегіду й ін. рекитифікацією у присутності лугу і гідруванням у паровій фазі на нікелевих каталізаторів при 1050С і 0,52 Мн/м (5,2 кгс/см) Спирт — ректифікат являє собою азеотропну суміш ЕС з водою (95,57% спирту t кипіння 78,150С). Для багатьох цілей потрібно обезводнений, Т.Н. абсолютний, ЕС. Останній у промисловості готують, воду у виді стрункої азеотропної суміші вода-спірит-бензол (спеціальна добавка), а в лабораторних умов-хімічному зв’язуванням води різними реагентами, окисом.

кальцію, металевим кальцієм або магнієм ЕС, призначений для технічних і.

побутових цілей, іноді денантурірують.

У природі спирти зустрічаються рідко, частіше — у виді похідних (складні ефіри й ін.), з яких вони можуть бути отримані. Для одержання спиртів важливу роль грає органічний синтез. Приведемо деякі способи синтезу спиртів.

1. Гідратація (приєднання води до алкенам). Реакція проводиться в присутності каталізаторів. При використанні як каталізатор сірчаної кислоти (сіркокисла гідратація) реакція йде в двох стадій:

H2C==CH2 + HO-SO2-OH C-CH2-OSO2-OH.

етил сірчана кислота.

H3C-CH2-OSO2-OH + H2O C-CH2-OH + H2SO4.

етиловий спирт Якщо реакцію гідратації проводити при високій температурі (300 — 350°С) і тиску в присутності каталізатора (суміші фосфорної до вольфрамового кислот), то реакція йде в одну стадію. Це метод прямої гідратації. При одержанні етилового спирту цей метод витиснув сіркокислу гідратацію. Гідратація алкенів має важливе промислове значення. Цей спосіб дозволяє одержувати спирти з доступної і дешевої сировини — газів крекінгу. Так, з 1 т етилену можна одержати 1,4 т спирти. Вперше в нашій країні етиловий спирт почали одержувати гідратацією етилену з 1952 р. (м. Сумгаіт).

2. Гідроліз моногалогенопохідних. Реакцію проводять, нагріваючи галогеналкіли з водою або водним розчином лугів:

C2H6Cl + H2O H6OH + HC.

3. Одержання метанолу із синтезу-газу. Процес йде при 220−300°С і порівняно невисокому тиску з використанням каталізатора з оксидів міді і цинку:

кат.

CO + 2H2 3OH.

Із синтезу-газу можна одержувати й інші спирти.

4. Відновлення альдегідів і кетонів. При відновленні альдегідів утворяться первинні, а при відновленні кетонів — вторинні:

O.

// 2H.

H3C — C H3C — CH2OH.

H.

оцтовий етиловий альдегід спирт.

2H.

H3C — CO — CH3 C — CH — CH3.

|.

OH.

ацетон ізоппропіловий спирт.

5. Спиртове шумування (розщеплення) моносахарідів C6H12O6 під впливом ферментів:

зимаза.

C6H12O6 C2H6OH + 2CO2.

Для одержання етилового спирту здавна користуються різними цукристими речовинами, наприклад, виноградним цукром, або глюкозою, що шляхом «шумування», викликуваного дією ферментів (энзимів), вироблюваних дріжджовими грибками, перетворюється в етиловий спирт.

С6Н12О6 С2Н5ОН + 2СО2.

Глюкоза у вільному виді утримується, наприклад, у виноградному соку, при шумуванні якого виходить виноградне вино зі змістом спирту від 8−16%.

Вихідним продуктом для одержання спирту може служити полісахариди крохмалю, що утримується, наприклад, у бульбах картоплі, зернах жита, пшениці, кукурудзи. Для перетворення в цукристі речовини (глюкозу) крохмаль попередньо піддають гідролізові. Для цього борошно або здрібнену картоплю заварюють гарячою водою і по охолодженні додають солод — пророслі, а потім підсушені і розтерті з водою зерна ячменя. У солоді утримується діастаз (складна суміш ферментів), що діє на процес оцукрювання крохмалю каталітично. По закінчуванні оцукрювання до отриманої рідини додають дріжджі, під дією ферменту яких утвориться спирт. Його відганяють, а потім очищають повторною перегонкою.

В даний час оцукрюванню піддають також інший полісахариди — целюлозу (клітковину), що утворить головну масу деревини. Для цього целюлозу піддають гідролізові в присутності кислот (наприклад, деревні обпилювання при 150 -1700С обробляють 0,1 — 5% сірчаною кислотою під тиском 0,7 — 1,5 МПа). Отриманий у такий спосіб продукт також містить глюкозу і зброджується на спирт за допомогою дріжджів. З 5500 т сухих обпилювань (відходи лісопильного заводу середньої продуктивності за рік) можна одержати 790 т спирту (вважаючи на 100%-ний). Це дає можливість заощадити близько 3000 т зерна або 10 000 т картоплі [1].