Сообщение получение этилового спирта

Обновлено: 04.07.2024

Сущность и применение этилового спирта, его физические и химические свойства. Сернокислотная гидратация этилена, термодинамика и кинетика процесса. Характеристика этапов получения безводного спирта этанол, условно постоянная информация для расчета.

Рубрика	Химия
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	08.01.2018
Размер файла	473,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт тонких химических технологий

Кафедра общей химической технологии

Курсовая работа

студент группы ХЕБО-13-14

1. Исходное сырье
2. Характеристика целевого продукта
2.1 Физические свойства
2.2 Химические свойства
3. Сернокислотная гидратация этилена
4. Прямая гидратация этилена
4.1 Термодинамика процесса
4.2 Кинетика процесса
4.3 Физико-химическое обоснование выбора основных технологических параметров процесса
5. Технологическая схема процесса
6. Структурная блок-схема
7. Балансовая математическая модель
8. Материальный баланс ХТС
Список литературы

Введение

В мировой химической промышленности производство этилового спирта занимает одно из первых мест. Так, в 2009 году в мире было произведено почти 59 миллионов тонн. Такие объемы производства позволяют отнести производство этанола к разряду крупнотоннажных.

Этиловый спирт широко применяется в различных отраслях промышленности. Его используют в медицине в качестве растворителя для лекарственных средств, для обеззараживания, как пеногаситель в системах подачи кислорода, для лечения отравления метиловым спиртом. Этанол широко применяется в пищевой промышленности для производства различных видов спиртных напитков, в парфюмерии в качестве основного компонента для духов, одеколонов.

В последнее время в мире широко развивается производство биотоплива на основе этилового спирта. Так же этанол используют как компонент ракетного топлива. Этиловый спирт широко применяется в химической промышленности в качестве полупродукта в основном органическом синтезе.

1. Исходное сырье

В промышленности для получения этилового спирта в качестве исходного сырья используют растительные продукты, в составе которых есть крахмал или сахар, и этилен. Отдается предпочтение методу прямой гидратации этилена.

Основными источниками этилена являются промышленные газы нефтеперерабатывающего производства, которые образуются при переработке нефтяного сырья, газы, получаемые дегидрированием газообразных парафинов, коксовый газ.

Из газовых смесей этилен необходимо сконцентрировать и выделить. Для этого применяют сорбцию, хемосорбцию и конденсационную ректификацию. В промышленности наиболее распространен последний способ, так как позволяет из сложной смеси водорода, предельных и непредельных углеводородов, получать этиленовую фракцию с концентрацией 96-99% этилена.

2. Характеристика целевого продукта

2.1 Физические свойства

Этиловый спирт представляет собой бесцветную прозрачную легкоподвижную жидкость с характерным запахом. Значения физических свойств:

Этиловый спирт смешивается во всех соотношениях с водой, спиртами, диэтиловым эфиром, глицерином, хлороформом, ацетальдегидом, бензином и др. С воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах концентраций 3-20% (об.). Образует азеотропные смеси: с водой дает азеотропную смесь, содержащую 95,6% спирта и кипящую при 78,1С (в виде такого ректификата этанол обычно употребляют в технике); с бензолом (32,4%; 68,24С); с гексаном (21%; 58,7С); с этилацетатом (30,8%; 71,8С).

2.2 Химические свойства

Этанол - одноатомный алифатический спирт. Горит светлым голубоватым пламенем, образуя диоксид углерода и воду.

Является слабой ОН-кислотой, по кислотности мало отличаясь от воды. Взаимодействует со щелочными металлами, образуя при этом этоксиды:

Реагирует с кислотами. Будучи первичным спиртом, реагирует без осложнения с неорганическими кислотами, образуя сложные эфиры:

С галогенводородами вступает в обратимые реакции нуклеофильного замещения, реагирует с тионилхлоридом:

При нагреве до 170-200 С дегидратируется в присутствии серной кислоты:

Реагирует с , образуя моно-, ди- и триэтиламины:

3. Сернокислотная гидратация этилена

Сернокислотная гидратация этилена впервые была предложена А.М. Бутлеровым. Данный способ получения этанола состоит из четырех стадий:

1. абсорбция этилена серной кислотой с образованием сернокислотных эфиров

2. гидролиз эфиров с образованием этилового спирта

3. выделение этилового спирта и его ректификация

4. концентрирование серной кислоты

Взаимодействие серной кислоты с этиленом происходит в 2 стадии. На первой стадии идет растворение этилена в кислоте. Температура процесса составляет порядка 70 - 90 , концентрация серной кислоты 96 - 98%. На второй стадии идет образование алкилсульфатов, которые в дальнейшем подвергаются гидролизу.

Кроме данных основных реакций, также протекают побочные:

Помимо образования диэтилового эфира также идет реакция полимеризации этилена.

Для предотвращения побочных реакций образования диэтилового эфира необходимо отводить получающийся спирт в процессе гидролиза. Этиловый спирт получается разбавленным, его необходимо фракционировать в ректификационных колоннах.

Главным преимуществом сернокислотной гидратации по сравнению с прямой является возможность использования неконцентрированного этилена, чье концентрирование связано с большими затратами.

Среди недостатков данного метода можно выделить сложную конструкцию тарельчатого абсорбера. Абсорбер изготавливают из различных конструкционных материалов, обладающих разными физическими свойствами. Охлаждающие элементы являются труднодоступными для осмотра, что осложняет эксплуатацию аппарата.

4. Прямая гидратация этилена

Данный процесс может быть реализован в двух вариантах: парофазном и жидкофазном. В промышленности преимущественно используют парофазный каталитический процесс, который осуществляется по циклической схеме. Этот способ получения этилового спирта является более экономичным, в отличии от сернокислотной гидратации.

Процесс прямой гидратации этилена является сложным, так как помимо основной реакции протекают побочные с образованием диэтилового эфира, уксусного альдегида и полимеров:

4.1 Термодинамика процесса

Из уравнения реакции, термодинамических данных и, учитывая, что реакция протекает также и с уменьшением числа молей, увеличение давления благоприятно скажется на равновесном выходе этилового спирта. Для смещения равновесия в сторону гидратации этилена необходимо понижение температуры и повышение давления. Но при температуре ниже 280С скорость гидратации очень мала, а повышение давления свыше 8МПа повышают себестоимость спирта, что экономически нерентабельно. Также одним из исходных реагентов является перегретый пар, следовательно при таких условиях не удастся избежать конденсации водяного пара. Конденсация воды приводит к снижению активности катализатора вследствие поглощения ее паров фосфорной кислотой с ее последующим разбавлением.

4.2 Кинетика процесса

Для обеспечения высокой скорости и селективности процесса используют катализатор. В качестве него применяют фосфорную кислоту, нанесенную на пористый носитель (силикагель или таблетированный синтетический алюмосиликат). Катализатор активен при 280 - 300С и обладает высокой селективностью. Полезная конверсия этилена при использовании фосфорной кислоты достигает 95%.

Механизм процесса прямой гидратации этилена на данном катализаторе описывается следующими стадиями:

1. Стадия физического растворения этилена в пленке фосфорной кислоты на твердом носителе;

2. Стадия образования этилкарбокатиона

3. Стадия взаимодействия этилкарбокатиона с водой

4. Стадия образования спирта и протона

4.3 Физико-химическое обоснование выбора основных технологических параметров процесса

Активность катализатора определяется концентрацией фосфорной кислоты на поверхности носителя. В промышленности берется 83 - 85% кислота.

Катализатор определяет температурный режим процесса. При температуре ниже 280С скорость процесса небольшая, так как активность фосфорной кислоты мала. При температурах выше 300С снижается селективность. Срок службы катализатора 400 - 500 часов. Замена его требует около 50 часов. Для увеличения срока службы катализатора необходима его подпитка фосфорной кислотой, а также очистка циркулирующего газа от побочных продуктов реакции: альдегидов, высших спиртов, полимерных соединений. На его поверхности со временем появляются смолистые отложения, а носитель становится чрезмерно хрупким. Свежий катализатор готовят пропиткой носителя 60 - 65% фосфорной кислотой с последующей сушкой при 100С. Он содержит 35% свободной фосфорной кислоты.

Основная реакция гидратация этилена - экзотермическая, протекает с уменьшением объёма и, следовательно, понижение температуры и повышение давления будет способствовать увеличению равновесного выхода этилового спирта. Работа при атмосферном давлении исключается из-за низкого равновесного выхода этанола. В тоже время, применение высокого давления (при выбранном температурном режиме) ограничено содержанием водяного пара в реакционной смеси, т.к. процесс проводят при температуре ниже критической (точка росы 374С) и возможна конденсация водяных паров в реакторе. Последнее приводит к снижению активности катализатора вследствие поглощения паров воды фосфорной кислотой с её последующим разбавлением. Поэтому решающее значение в выборе давления определяет низкая летучесть воды по сравнению с этиленом.

В промышленных условиях наилучшие результаты, при использовании кислотного катализатора (83 - 85% ), получают при температуре 280 - 290С, отношении и давлении 8 Мпа. В этих условиях равновесный выход этилового спирта по этену составляет порядка 10%.

Так как процесс циркуляционный, для его интенсификации и уменьшения количества побочных продуктов повышают объёмную скорость подачи сырья. При процессе прямой гидратации этилена это 1800 - 2000 , что соответствует времени контактирования 18 - 20 сек.

При этих условиях процесс - сложный, обратимый несмещенный, гетерогенный каталитический. Перечисленные условия позволяют получать водно-спиртовой раствор концентрацией спирта 15 - 16% при конверсии этилена за один проход 4 - 6%. Полезное использование этилена составляет 95%. Остальные 5% расходуются на получение диэтилового эфира (2%), ацетальдегида (1%), димеров и полимеров (2%).

На основе химической концепции метода можно представить функциональную (принципиальную) схему ХТС:

этиловый спирт сернокислотная гидратация

Рассмотренные физико-химические характеристики процесса вызывают необходимость при разработке технологической схемы учитывать следующие положения:

1. т.к. ХТП обратимый несмещенный (в таких процессах часто используется рецикл), то для него целесообразна организация технологической схемы по принципу многократной циркуляции непрореагировавшего сырья (т.к. это снижает себестоимость продукта);

2. исходное сырьё должно содержать минимальное количество примесей, в том числе и инертных;

5. наиболее полная регенерация тепла.

5. Технологическая схема процесса

Свежий и оборотный этилен сжимают в компрессорах 1,2 до 0,8 Мпа, смешиваются с водяным паром, подогреваются в теплообменнике 4 теплом отходящей от реактора смеси и перегреваются в трубчатой печи 3 до 275С, после чего подаются в реактор-гидрататор 5. Перед входом в реактор в поток вбрызгивается фосфорная кислота для подпитки катализатора, что продлевает срок его службы.

Реактор представляет собой полую колонну высотой 10м и диаметром 1,5м, работающую в режиме идеального вытеснения. Для исключения влияния коррозии от фосфорной кислоты изнутри он выложен листами красной меди.

Реакционные газы содержат пары унесенной фосфорной кислоты, которая нейтрализуется гидроксидом натрия, а образующиеся соли выделяются в солеотделителе 6. Унос фосфорной кислоты составляет 0,4 - 0,5 т/час с 1 катализатора.

Теплота отходящих реакционных газов регенерируется в теплообменнике 4 для нагрева входящей смеси. В холодильнике 7 происходит конденсация продуктов реакции, а в сепараторе 8 разделяются жидкие и газовые потоки. Вода, как менее летучий компонент, конденсируется с большей полнотой. Поэтому для дополнительного выделения спирта производится его отмывка водой в абсорбере 9. Непрореагировавший газ, содержащий 90 - 92% этилена, рециркулируют компрессором 2, а часть его сбрасывают, чтобы избежать накопления примесей в системе. Отдувка составляет примерно 20% от введенного этилена и направляется на установку газоразделения для выделения этилена.

Водный конденсат после сепаратора 8 и жидкость из абсорбера 9 дроссилируют (сбрасывают давление), в результате чего выделяются растворенные газы, отделяемые в сепараторе низкого давления 10 и направляемые в топливную линию.

Жидкая фаза из сепаратора 10 представляет собой 15% водный раствор этанола, содержащий примеси диэтилового эфира, ацетальдегида и низкомолекулярных полимеров этилена. Этот раствор подвергают ректификации в ректификационных колоннах 11 и 12. В первой отгоняют наиболее летучий диэтиловый эфир и ацетальдегид, а во второй - этиловый спирт в виде азеотропной смеси, содержащей 95% этанола и 5% воды. Обогрев колонны осуществляется острым паром. В кубе колонны 12 остается вода, которую очищают от соли в ионообменной установке 13 и возвращают на гидратацию, организуя замкнутый цикл по технологической воде. Это позволяет значительно снизить расход свежей воды, исключить сброс отработанной воды в стоки и сократить потери этанола.

При необходимости получения безводного спирта этанол - ректификат направляют в дегидрататор.

Характеристики и физические свойства этилового спирта

Этиловый спирт (этанол) представляет собой бесцветную жидкость со слабым запахом, легко воспламеняется.

Смешивается с водой во всех соотношениях. Этанол хорошо растворяет многие органические вещества. Безводный (абсолютный) спирт кипит при 78,37 o С. Получаемый в промышленности спирт-ректификат представляет собой смесь 95,5% этанола и 4,4% воды, которая кипит при 78,37 o С (смеси определенного состава, кипящие при постоянной температуре, называют азеотропными смесями).

Основные константы этилового спирта приведены в таблице ниже.

Таблица 1. Физические свойства этилового спирта.

Плотность, г/см 3

Температура плавления, o С

Температура кипения, o С

Молярная масса, г/моль

Получение этилового спирта

Получение этилового спирта можно осуществить следующими способами:

— гидролиз моногалогеналканов водными растворами щелочей

— гидрирование альдегидов и кетонов

Химические свойства этилового спирта

Для этанола возможны реакции, протекающие с участием:

— атома водорода гидроксильной группы;

— атома водорода гидроксильной группы и связи C_α-H;

— гидроксильной группы и связи C_β-H.

Таким образом, все химические превращения, характерные для этилового спирта сопровождаются расщеплением связей:

— взаимодействие с активными металлами

— взаимодействие с органическими и кислородсодержашими неорганическими кислотами

— взаимодействие с галогеноводородами

— взаимодействие с тригалогенидамифосфора

— взаимодействие с аммиаком

Применение этилового спирта

Этиловый спирт широко используется в промышленном органическом синтезе. В фармации он применяется для приготовления настоек и экстрактов; в медицинской практике – как наружное антисептическое средство для дезинфекции рук и хирургических инструментов.

Примеры решения задач

Задание	В пропанол-1 поместили металлический натрий. К реакционной смеси добавили бромэтан. Какое вещество при этом образуется. Составьте уравнения протекающих реакций.
Ответ	При действии металлического натрия на пропанол-1 образуется соединение подобное соли, называемое алкоголятом:

Последующее добавление к реакционной смеси бромэтан привело к образованию простого эфира (пропилэтилового) [реакция Вильямсона]:

Этилен → Этанол →Диэтиловый эфир →Иодоэтан→ Бутан.

Укажите условия протекания реакций.

Спирты способны подвергаться межмолекулярной дегидратации в результате чего происходит образование простых эфиров. Данная реакция протекает под действие водоотнимающих реагентов, например, серной кислоты:

При действии иодоводорода на диэтиловый эфир в кислой среде происходит его расщепление на иодоэтан и этанол:

Этилен СН2=СН2, пропилен СН2=С=СН2, бутилен СН3-СН2-СН=СН2, бутадиен (дивинил) СН2=СН-СН-СН2 будучи очень реакционно способными соединениями, играют важную роль в промышленности органического синтеза. Из многочисленных реакций, в которые вступают олефины, наибольшее практическое значение имеют процессы полимеризации (полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, и др.), гидратации (спирты), хлорирования (дихлорэтан, хлористый аллил и т. п.), окисления (окись этилена), оксосинтеза и некоторые другие реакции.

Широкое распространение получили процессы гидратации олефиновых углеводородов. Таким способом получаются этиловый, изопропиловый, и другие спирты. Этиловый спирт (этанол, метилкарбинол, винный спирт) С2Н5ОН, мол.в. 46,07 — важнейший представитель предельных одноатомных спиртов. Этиловый спирт — бесцветная, легко подвижная жидкость со жгучим вкусом и характерным запахом;т. кип. 78,3° С; т. затв. —112°С; плотность 0,789 г/см3; границы взрывоопасных концентраций этилового спирта в воздухе 3,28–18,95 об. %; предельно допустимая концентрация паров этилового спирта в воздухе 1000 мг/м. Этиловый спирт смешивается в любых соотношениях с водой, спиртами, эфиром, глицерином, бензином и др. Органическими растворителями, горит бесцветным пламенем.

Этиловый спирт по объему производства занимает первое место среди всех других органических продуктов. Он широко применяется как растворитель и как исходное соединение для различных синтезов. Особенно большие количества этилового спирта расходуются в производстве синтетического каучука.

Этиловый спирт используется также как исходный продукт для производства этилацетата, диэтилового эфира и многих других продуктов органического синтеза. Этиловый спирт может быть получен одним из следующих методов: брожением пищевого сырья (зерна, картофеля и др.), а также отходов сахарного производства — мелассы; гидролизом растительных материалов, переработкой сульфитного щелока, гидратацией этилена [4].

Наибольшее значение имеют получение этилового спирта гидратацией этилена и сбраживанием сельскохозяйственного сырья и продуктов его переработки. Сущность спиртового брожения состоит в том, что виноградный сахар (глюкоза) С6Н1206 в присутствии вещества, вызывающего брожение, через ряд стадий превращается в этиловый спирт и двуокись углерода:

В промышленности для получения спирта пользуются не природным виноградным сахаром, а крахмалом картофеля, хлебных злаков, отходами сахарных заводов. Крахмал предварительно осахаривают под действием особого энзима — диастаза, находящегося в солоде (проросших зернах ячменя или ржи). Осахаривание идет с присоединением воды к крахмалу; при этом образуется дисахарид — мальтоза С12Н22О11:

В процессе брожения под влиянием энзима мальтоза гидролизуется в глюкозу:

Глюкозу потом подвергают спиртовому брожению. Мальтоза, как и зимаза, вырабатывается быстроразмножающимися дрожжевыми грибками.

Основными видами пищевого сырья для получения этилового спирта являются картофель и зерновые культуры. Пищевое сырье вначале очищают от пыли, грязи и механических примесей, оболочку толстокожурного зерна разрушают на вальцах, жерновах или других приспособлениях, после чего очищенный материал разваривают острым паром под давлением в течение 45–110 мин (в зависимости от вида сырья); при этом к зерну прибавляют воду. После разваривания массу выпускают через выдувное отверстие разваривающего аппарата; при этом происходит перепад давления от 4–5 ат до 0,2–0,5 ат (избыточных), вследствие чего оболочки клеток разрываются и сырье превращается в однородную жидкую массу, поступающую в заторный чан. В этот же чан для осахаривания крахмала вводят ферментативный препарат — солод, который получают из проращенного в особых условиях зерна (ячменя, ржи, проса). После добавления солода массу выдерживают 10–15 мин при 61 для ее стерилизации, а также растворения и осахаривания крахмала. По окончании осахаривания массу охлаждают до 30, после чего в нее вводят дрожжи. Полученную массу охлаждают до 22–26 град. (двухсуточное брожение) или 15–18 град. (трехсуточное брожение) и перекачивают в бродильные чаны. Кроме этилового спирта при брожении образуются: глицерин, янтарная кислота, метиловый спирт, сивушные масла, сложные эфиры и др.

Длительность брожения при непрерывном методе составляет 60–65 часов, содержание э. с. в зрелой бражке 8–10об. %. Бражка поступает в брагоперегонный аппарат, из которого отгоняют этиловый спирт и летучие примеси. Остающийся в аппарате твердый продукт — барда (4,5–7,4 %), используется на корм скоту. Крепость получаемого при перегонке спирта-сырца должна быть не менее 88 % (объемн.) Из спирта-сырца очисткой его от примесей получают спирт-ректификат (95,5 %). На рис.1 приведена схема производства этилового спирта из пищевого сырья, включающая процессы разваривания и осахаривания крахмала [4].

Рис. 1. Схема отделения прямой гидратации этилена: 1 — буфер; 2 — компрессор свежего этилена; 3 — компрессор циркулирующего газа; 4 — паровой подогреватель; 5, 10, 14 — теплообменники; 6, 15 — холодильники; 7,8 — котлы-утилизаторы, 9 — реактор; 11 — сепаратор; 12(1), 12(11) — газоотделители; 13 — скруббер; 16, 20 — ёмкости; 17, 18, 21 — насосы; 19 — сборник; ФВ — фузельная вода

Разработан новый способ получения этанола — прямая гидратация этилена, сделав его тем самым более экономичным. Более того, прямая гидратация позволяет получить более высокий выход продукта и отличается высокой экологичностью.

При производстве синтетического этилового спирта сырьем служит этилен, который получается при пиролизе газового сырья или нефтяных дистилляторов. Для получения этилового спирта этилен подвергается сернокислотной или прямой гидратации на твердых фосфорнокислых катализаторах. Трудовые затраты при производстве этилового спирта из пищевых продуктов или древесных опилок очень велики, поэтому значительно выгоднее исходить из дешевого углеводородного сырья и получать спирт гидратацией этилена [2].

Прямая гидратация этилена имеет ряд преимуществ перед сернокислотным методом: исключение расхода серной кислоты и минимальные потребности в других реагентах, кроме этилена и водяного пара, одностадийность процесса, более высокий выход спирта. Недостатками прямой гидратации является частая замена катализатора и использование более дорогих концентрированных этиленовых фракций. Процесс синтеза этилового спирта прямой гидратацией этилена технически более прогрессивен, чем сернокислотной гидратацией, поэтому он получил значительно большее распространение в промышленности. Характерной особенностью процесса прямой гидратацией этилена является низкая конверсия исходного сырья — порядка 5 % за один проход. Таким образом, для полного использования этилена он должен быть пропущен через систему 18–20 раз.

Присоединение воды к олефинам всегда происходит по правилу Марковникова. Поэтому первичный спирт можно получить только из этилена; из других олефинов получаются вторичные или третичные спирты [3].

Прямой гидратацией этилена называется обратимый экзотермический процесс непосредственного (без образования промежуточных продуктов) присоединения воды к этилену в присутствии катализатора с образованием этилового спирта:

Степень превращения этилена за один проход через реактор составляет 3,5–4,8 %. Непрореагировавший этилен возвращается в реактор (рециркулирует), пары воды и спирта конденсируются в системе теплообменников и холодильников, а циркулирующий газ при этом охлаждается. Водно-спиртовый конденсат отделяют от циркулирующего газа в сепараторах и направляют на ректификацию. Из всего количества этилена, вступившего в реакцию, только 95–98,5 % превращается в спирт, а остальное — в диэтиловый эфир, ацетальдегид, полимеры. С целью повышения степени превращения этилена в спирт поддерживают высокую концентрацию этилена в циркулирующем газе (90 % масс, и более). При этом необходимо, чтобы концентрация этилена в свежей этиленовой фракции, поступающей с газоразделительной установки, была равна 99 % (масс) [1].

При ректификации водно-спиртового конденсата из него получают 93–94 %-ный спирт. Из выделенного концентрированного спирта удаляют небольшие количества ацетилена.

Производство этилового спирта в нашей стране играет важную роль в народном хозяйстве.

Гидратация этилена — наиболее эффективный способ производства этилового спирта, позволяющий экономить по сравнению с его получением из пищевого сырья на 1т этилового спирта около 4 т зерна или до 12 т картофеля.

На получение 1 т этилового спирта из пищевого сырья затрачивается от 160 чел.-час (из зерна) до 280 чел.-час. (из картофеля), из нефтехимического сырья — 10 чел.-час.; значительно меньше капитальных затрат потребуется на строительство заводов синтетического этилового спирта по сравнению с заводами пищевого этилового спирта.

Метод получения этилового спирта сернокислотной гидратацией этилена в настоящее время несколько устарел, кроме того он является небезопасным. Опасность данного метода обуславливается прежде всего использованием концентрированной серной кислоты и жёсткими технологическими параметрами процесса. Использование того или иного способа производства во многом обуславливается качеством сырья, а именно — содержанием этилена в исходной фракции.

Основные термины (генерируются автоматически): этиловый спирт, прямая гидратация этилена, пищевое сырье, циркулирующий газ, гидратация этилена, осахаривание крахмала, присоединение воды, прямая гидратация, спирт, этилен.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Оглавление

Общая характеристика этилового спирта. Физические свойства 2

Получение. Особенности технологии этилового спирта 2

Химические свойства спирта 6

Список литературы 9

Введение

Спиртами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом.

Они могут рассматриваться поэтому как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода заменены на гидроксильные группы.

В зависимости от числа гидроксильных групп спирты подразделяются на одно-, двух-, трехатомные и т. д.

Общая характеристика этилового спирта. Физические свойства

Этиловый спирт (этанол) С₂Н₅ОН — бесцветней жидкость, легко испаряющаяся (температура кипения 64,7 ?С, температура плавления -97,8 ?С, оптическая плотность 0,7930) . Спирт, содержащий 4—5 % воды, называют ректификатом, а содержащий только доли процента воды — абсолютным спиртом. Такой спирт получают химической обработкой в присутствии водоотнимающих средств (например, свежепрокаленного СаО).

Получение. Особенности технологии этилового спирта

Этиловый спирт — многотоннажный продукт химической промышленности. В природе спирты встречаются редко, чаще — в виде производных (сложные эфиры и др.), из которых они могут быть получены. Для получения этилового спирта важную роль играет органический синтез.

Получают этиловый спирт различными способами. Один из них — спиртовое брожение веществ, содержащих сахаристые вещества, в присутствии ферментов (например, зимазы — фермента дрожжей):

Такой спирт называют пищевым или винным спиртом.
Этиловый спирт можно получать из целлюлозы, которую предварительно гидролизуют. Образующуюся при этом глюкозу подвергают в дальнейшем спиртовому брожению. Полученный спирт называют гидролизным.
Для получения этилового спирта существуют и синтетические способы, такие, как сернокислотная или прямая гидратация этилена:

Реакция проводит-ся в присутствии катализаторов. При использовании в качестве катализатора серной кислоты (сернокислотная гидратация) реакция идет в две стадии:

Себестоимость спирта, полученного таким способом, намного дешевле, чем приготовленного из пищевых продуктов.

Если реакцию гидратации проводить при высокой температуре (300 — 350 ?С) и давлении в присутствии катализатоов (смесь фосфорной и

вольфрамовой кислот), то реакция идет и одну стадию. Это—метод прямой гидратации. При получении этилового спирта этот метод вытеснил

сернокислотную гидратацию. Гидратации алкенов имеет важное промышленное значение. Этот способ позволяет получать спирты из доступного и дешевого сырья — газов крекинга. Так, из 1 т этилена можно получить 1,4 т спирта. Впервые в нашей стране этиловый спирт начали получать гидратацией этилена с 1952 г. (г. Сумгаит).

Гидролиз моногалогенопроизводных. Реакцию проводят, нагревая галогеналкилы с водой или водным раствором щелочей:

Получение метанола из синтез-газа. Процесс идет при 220—300 °С и сравнительно невысоком давлении с использованием катализатора из оксидов меди и цинка:

Из синтез-газа можно получать и другие спирты.

Восстановление альдегидов и кетонов. При восстановлении альдегидов образуются первичные, а при восстановлении кетонов — вторичные спирты:

До начала 30-х годов 20 века его получали исключительно сбраживанием пищ углеводсодержащего сырья , и при обработки зерна

(рожь , ячмень , кукуруза , овёс , просо) . В 30-е по 50-е годы было разработанно несколько способов синтеза Э.С. из химического сырья

например : лидрирования ацентальдецида и д.р. . Оси современных способов –односейадистная (прямая) гидраитация . Этилена

католизаторе при 280-300 С и 7,2-8,3 МН/м (72-83 кг/см ). Так , в США

в 1976 г. было выработано около 800 тыс. тонн этонола , в т.ч. 550 тыс. тонн прямой гидротацией (остальное сбраживание пищевого сырья) . В других странах (СССР , Франция и др.) Э.С. получают также двухстадийной (сернокислотной гидраитацией этилена при : 75-80 С и 2,48 Мн/м/24,8 нес/м ) этилен взаимодействует с концетрированой серной кислотой с образованием смеси моно и диэнтилеульфатов [С2Н5OSO2ОН и (С2Н5О)2SO2] , которые затем гидрилизуясь при 100 С и 0,3-0,4 Мн/м дают Э.С. и Н2SO4 .

В ряде стран Э.С. получают также сбраживанием продуктов гидролиза растительных материалов . Очистку технических Э.С. проводят различными способами . Пищевой спирт-сырец , обычно освобождают от примесей (сивушные масла и др.) рекитификацией .

Слинтентичиский Э.С. очищают от этилового эфира , ацетальдегида и др. рекитификаций в присутствии щёлочи и гидрированием в паровой фазе на никелевых католизаторах при 105 С и 0,52 Мн/м (5,2 кгс/см)

Спирт –рекитификат представляет собой асеотропную смесь Э.С. с

Водой (95,57% спирта t кипения 78,15 С . ) . Для многих целей требуется обезвоженый , Т.Н. абсолютный , Э.С. Последний в промышленности готовят , воду в виде стройной азеотропной смеси вода-спирит-бензол (специальная добавка) , а в лабороторных условиях-химическом связыванием воды различными реагентами , окисью кальция , металлическим кальцием или магнием Э.С. , предназначеный для технических и бытовых целей , иногда денантурируют .

Для получения этилового спирта издавна пользуются различными сахаристыми веществами, например, виноградным сахаром, или глюкозой, которая путем "брожения", вызываемого действием ферментов (энзимов), вырабатываемых дрожжевыми грибками, превращается в этиловый спирт.

Глюкоза в свободном виде содержится, например, в виноградном соке, при брожении которого получается виноградное вино с содержанием спирта от 8 до 16%.

Исходным продуктом для получения спирта может служить полисахарид крахмал, содержащийся, например, в клубнях картофеля, зернах ржи, пшеницы, кукурузы. Для превращения в сахаристые вещества (глюкозу) крахмал предварительно подвергают гидролизу. Для этого муку или измельченный картофель заваривают горячей водой и по охлаждении добавляют солод – проросшие, а затем подсушенные и растертые с водой зерна ячменя. В солоде содержится диастаз (сложная смесь ферментов), действующий на процесс осахаривания крахмала каталитически. По оканчании осахаривания к полученной жидкости прибавляют дрожжи, под действием фермента которых образуется спирт. Его отгоняют, а затем очищают повторной перегонкой.

В настоящее время осахариванию подвергают также другой полисахарид – целлюлозу (клетчатку), образующую главную массу древесины. Для этого целлюлозу подвергают гидролизу в присутствии кислот (например, древесные опилки при 150 -170С обрабатывают 0,1 - 5% серной кислотой под давлением 0,7 - 1,5 МПа). Полученный таким образом продукт также содержит глюкозу и сбраживается на спирт при помощи дрожжей. Из 5500 т сухих опилок (отходы лесопильного завода средней производительности за год) можно получить 790 т спирта (считая на 100%-ный). Это дает возможность сэкономить около 3000 т зерна или 10000 т картофеля.

Химические свойства спирта

Как у всех кислородосодержащих соединений, химические свойства

этилового спирта определяются, в первую очередь, функциональными группами и, в известной степени, строением радикала.

Характерной особенностью гидроксильной группы этилового спирта является подвижность атома водорода, что объясняется электронным строением гидроксильной группы. Отсюда способность этилового спирта к некоторым реакциям замещения, например, щелочными металлами. С другой стороны, имеет значение и характер связи углерода с кислородом. Вследствие большой электроотрицательности кислорода по сравнению с углеродом, связь углерод-кислород также в некоторой степени поляризована с частичным положительным зарядом у атома углерода и отрицательным – у кислорода. Однако, эта поляризация не приводит к диссоциации на ионы, спирты не являются электролитами, а представляют собой нейтральные соединения, не изменяющие окраску индикаторов, но они имеют определенный электрический момент диполя.

Спирты являются амфотерными соединениями, то есть могут проявлять как свойства кислот, так и свойства оснований.

Реакции гидроксильного водорода:

1.Взаимодействие спиртов со щелочными металлами (образование алкоголятов)

2. Образование простых эфиров. Взаимодействием алкоголятов с галогеналкилами можно получить простые эфиры

3. Образование сложных эфиров

1. Замещение тдроксильной группы на галоген (образование галогенопроизводного):

2. Дегидратация спиртов

Применение

Этиловый спирт широко используют в различных областях промышленности и прежде всего в химической. Из него получают синтетический каучук, уксусную кислоту, красители, эссенции, фотопленку, порох, пластмассы. Спирт является хорошим растворителем и антисептиком. Поэтому он находит применение в медицине, парфюмерии. В больших количествах этиловый спирт идет для получения спиртоводочных изделий.
Этиловый спирт — сильный наркотик. Попадая в организм, он быстро всасывается в кровь и приводит организм в возбужденное состояние, при котором человеку трудно контролировать свое поведение. Употребление спирта часто является основной причиной тяжелых дорожно-транспортных аварий, несчастных случаев на производстве и бытовых преступлений. Спирт вызывает тяжелые заболевания нервной и сердечно-сосудистой систем, а также желудочно-кишечного тракта. Спирт опасен в любой концентрации (водка, настойки, вино, пиво и т.д.).
Этиловый спирт, применяемый для технических целей, специально загрязняют дурно пахнущими веществами. Такой спирт называют денатуратом (для этого спирт подкрашивают, чтобы отличить его от
чистого спирта).

Список литературы

Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1978. – 720 с.

Джатдоева М.Р. Теоретические основы прогрессивных технологий. Химический раздел. – Ессентуки: ЕГИЭиМ, 1998. – 78 с.

Зурабян С.Э., Колесник Ю.А., Кост А.А. Органическая химия: Учебник. – М.: Медицина, 1989. - 432 с.

Метлин Ю.Г., Третьяков Ю.Д. Основы общей химии. – М.: Просвещение, 1980. – 157 с.

Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. - М.: Химия, 1974. - 624 с.

Читайте также: