Содержание
Глава 2 Получение………………………………………………………………...8
2.1 Брожение…………………………………………………………………8
2.1.1 Промышленное производство спирта из биологического сырья..8
2.1.2 Гидролизное производство…………………………………………9
2.2 Гидратация этилена……………………………………………………...9
2.3 Очистка этанола………………………………………………………...10
2.4 Абсолютный спирт……………………………………………………..10
Глава 3 Свойства…………………………………………………………………11
3.1 Химические свойства…………………………………………………..12
Глава 4 Виды и марки этанола………………………………………………….13
Глава 2 Получение
В зависимости от использования сырья спирт бывает:
1 сорт
высшей очистки
базис
Экстра
Люкс
Альфа
Для повышения содержания алкоголя в напитке рекомендуется использовать спирт следующих категорий: высшей очистки, базис, Экстра, Люкс, Альфа.
Существует 2 основных способа получения этанола — микробиологический (спиртовое брожение) и синтетический (гидратация этилена).
2.1 Брожение
Известный с давних времён способ получения этанола — спиртовое брожение органических продуктов, содержащих углеводы (виноград, плоды и т. п.) под действием ферментов дрожжей и бактерий. Аналогично выглядит переработка крахмала, картофеля, риса, кукурузы, источником получения топливного спирта является вырабатываемый из тростника сахар-сырец и проч. Реакция эта довольно сложна, её схему можно выразить уравнением:
C6H12O6 ? 2C2H5OH + 2CO2
В результате брожения получается раствор, содержащий не более 15 % этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путем дистилляции.
2.1.1 Промышленное производство спирта из биологического сырья
Современная промышленная технология получения спирта этилового из пищевого сырья включает следующие стадии:
Подготовка и измельчение крахмалистого сырья — зерна (прежде всего — ржи, пшеницы), картофеля, кукурузы и т.п.
Ферментация. На этой стадии происходит ферментативное расщепление крахмала до сбраживаемых сахаров. Для этих целей применяются рекомбинантные препараты альфа-амилазы, полученные биоинженерным путем — глюкамилаза, амилосубтилин.
Брожение. Благодаря сбраживанию дрожжами сахаров происходит накопление в бражке спирта.
Брагоректификация. Осуществляется на разгонных колоннах (например, «Комсомолец»).
Отходами бродильного производства являются углекислый газ, барда, эфиро-альдегидная фракция, сивушный спирт и сивушные масла.
Спирт, поступающий из брагоректификационной установки (БРУ) не является безводным, содержание этанола в нем до 96,6 %. В зависимости от содержания в нем посторонних примесей, его разделяют на следующие категории:
1 сорт
высшей очистки
базис
Экстра
Люкс
Альфа
Производительность современного спиртового завода около 30000—100000 литров безводного спирта в сутки.
2.1.2 Гидролизное производство
В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (древесина, солома), которую предварительно гидролизуют. Образовавшуюся при этом смесь пентоз и гексоз подвергают спиртовому брожению. В странах Западной Европы и Америки эта технология не получила распространения, но в СССР (ныне в России) существовала развитая промышленность кормовых гидролизных дрожжей и гидролизного этанола.
2.2 Гидратация этилена
В промышленности, наряду с первым способом, используют гидратацию этилена. Гидратацию можно вести по двум схемам:
прямая гидратация при температуре 300 °C, давлении 7 МПа, в качестве катализатора применяют ортофосфорную кислоту, нанесённую на силикагель, активированный уголь или асбест: CH2=CH2 + H2O ? C2H5OH
гидратация через стадию промежуточного эфира серной кислоты, с последующим его гидролизом (при температуре 80—90 °С и давлении 3,5 МПа):
CH2=CH2 + H2SO4 ? CH3-CH2-OSO2OH (этилсерная кислота)
CH3-CH2-OSO2OH + H2O ? C2H5OH + H2SO4
Эта реакция осложняется образованием диэтилового эфира.
2.3 Очистка этанола
Этанол, полученный путём гидратации этилена или брожением, представляет собой водно-спиртовую смесь, содержащую примеси. Для его промышленного, пищевого и фармакопейного применения необходима очистка. Фракционная перегонка позволяет получить этанол с концентрацией около 95.6% мас.; эта неразделимая перегонкой азеотропная смесь содержит 4.4% воды (мас.) и имеет температуру кипения 78,15°C.
Перегонка освобождает этанол как от легколетучих, так и от тяжёлых фракций органических веществ (кубовый остаток).
2.4 Абсолютный спирт
Абсолютный спирт — этиловый спирт, практически не содержащий воды. Кипение — при температуре 78,39°C в то время как спирт-ректификат, содержащий не менее 4,43% воды, кипит при температуре 78,15°C. Получают перегонкой водного спирта, содержащего бензол, и другими способами.
Глава 3 Свойства
Этаномл (этимловый спирт, метилкарбиномл, вимнный спирт, гидроксимд пентагидродикарбомния, часто в просторечии просто «спирт» или алкогомль) — C2H5OH или CH3-CH2-OH, второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов. Согласно действующему ГОСТ 5964–93, этиловый спирт — легковоспламеняющаяся, бесцветная жидкость с характерным запахом. Согласно устаревшему ГОСТ от 1972 года, этиловый спирт — это легковоспламеняющаяся, бесцветная жидкость с характерным запахом, относится к сильнодействующим наркотикам, вызывающим сначала возбуждение, а затем угнетение активности нервной системы (ГОСТ 18300 — 72 п. 5.1.).
Действующий компонент алкогольных напитков. Растворяется в воде в любых количествах.
Внешний вид: в обычных условиях представляет собой бесцветную летучую жидкость с характерным запахом. Следует избегать популярной ошибки: часто смешивают свойства 95,57% спирта и абсолютизированного. Их свойства почти одинаковы, но величины начинают различаться, начиная с 3— 4-ой значащей цифры.
Свойства этанола
|
Молекулярная масса |
46,069 а.е.м. |
|
Температура плавления |
?114,15°C |
|
Температура кипения |
78,15°C |
|
Критическая точка |
241°C (при давлении 6,3 МПа) |
|
Растворимость |
смешивается с бензолом, водой, глицерином, диэтиловым эфиром, ацетоном, метанолом, уксусной кислотой, хлороформом |
|
Показатель преломления |
1,3611 (температурный коэффициент показателя преломления 4,0·10?4, справедлив в интервале температур 10—30°C) |
|
Стандартная энтальпия образования ДH |
?234,8 кДж/моль (г) (при 298 К) |
|
Стандартная энтропия образования S |
281,38 Дж/моль·K (г) (при 298 К) |
|
Стандартная мольная теплоёмкость Cp |
1,197 Дж/моль·K (г) (при 298 К) |
|
Энтальпия плавления ДHпл |
4,81 кДж/моль |
|
Энтальпия кипения ДHкип |
839,3 кДж/моль |
Плотность этанола при разных температурах
|
Температура, °C |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
|
с, г/смі |
0,8062 |
0,7979 |
0,7893 |
0,7810 |
0,7722 |
0,7632 |
0,7541 |
Плотность водных растворов этанола при 20 °C
|
Массовое содержание C2H5OH, % |
1 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
|
с, г/смі |
0,99636 |
0,99453 |
0,99103 |
0,98780 |
0,98478 |
0,98187 |
0,97910 |
0,97643 |
0,97387 |
|
Массовое содержание C2H5OH, % |
18 |
20 |
22 |
24 |
26 |
28 |
30 |
35 |
40 |
|
с, г/смі |
0,97129 |
0,96864 |
0,96592 |
0,96312 |
0,96020 |
0,95710 |
0,95382 |
0,94494 |
0,93518 |
Показатель преломления водных растворов этанола при 20 °C
|
Массовое содержание C2H5OH, % |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
nD20 |
1,3396 |
1,3470 |
1,3535 |
1,3580 |
1,3612 |
1,3633 |
1,3646 |
1,3649 |
1,3642 |
1,3613 |
Поверхностное натяжение этанола
|
Температура, °C |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
|
у, Н/м |
2,405·10?2 |
2,314·10?2 |
2,203·10?2 |
2,148·10?2 |
2,020·10?2 |
1,980·10?2 |
1,843·10?2 |
Температура кипения этанола при давлениях ниже атмосферного
|
Давление, кПа (мм. рт. ст.) |
0,133(1) |
0,667(5) |
1,333(10) |
2,666(20) |
5,333(40) |
|
Tкип, °C |
?31,3 |
?12,0 |
?2,3 |
8,0 |
19,0 |
|
Давление, кПа (мм. рт. ст.) |
7,999(60) |
13,333(100) |
26,66(200) |
53,33(400) |
101,32(760) |
|
Tкип, °C |
26,0 |
34,9 |
48,4 |
63,5 |
78,4 |
Смесь 96 % спирта и 4 % воды (95,57 % этанола + 4.43 % воды) является азеотропной — т. е. не разделяется при перегонке.
3.1 Химические свойства
Взаимодействует со щелочными металлами с образованием этилатов (или в общем случае — алкоголятов) и водорода.
Глава 4 Виды и марки этанола
Ректификат (точнее, спирт-ректификат) — это очищенный путем ректификации этиловый спирт, содержит 95,57 %, химическая формула C2H5OH.
Промышленные образцы этилового спирта
В России промышленно производятся три разновидности этилового спирта (ЭС):
из пищевого сырья, синтетический и гидролизный. Для производства водок на ликеро-водочных заводах используют ЭС, получаемый путем ректификации спирта-сырца из пищевого сырья нескольких степеней очистки;
спирт ректификованный высшей очистки;
спирты "Экстра" и "Люкс".
ЭС высшей очистки, широко применяемый и в медицинских целях, обычно вырабатывают из смеси зерна и картофеля, реже - из смеси зерна, картофеля, сахарной свеклы и мелассы (густая вязкая жидкость, остающаяся после выделения сахара из свеклы или тростника) или только из мелассы. Для получения спиртов "Экстра" и "Люкс" используют только кондиционное зерно.
ЭС синтетический, получаемый методами прямой или сернокислотной гидратации этилена, по степени очистки подразделяется на очищенный и технический. Разработаны технологии производства высокоочищенных сортов этого спирта. Синтетический ЭС в два раза дешевле гидролизного и в шесть раз - спирта из пищевого сырья и поэтому широко используется в народном хозяйстве.
Гидролизный спирт, или ЭС ректификованный технический, производится в небольших количествах на сульфитно-спиртовых заводах целлюлозо-бумажных комбинатов (и только в России). Получают его путем сбраживания сахаров, образующихся после гидролиза целлюлозы. Наиболее распространенные технические сорта гидролизного, и, особенно, синтетического ЭС обладают неприятным и даже отвратительным запахом и вкусом. Высокоочищенные сорта синтетического и гидролизного ЭС по своим химико-техническим и органолептическим показателям не отличаются от спирта из пищевого сырья.
Все ЭС, включая наиболее очищенные, содержат примеси. Методом газовой хроматографии в пищевом ЭС высшей очистки и "Экстра" обнаруживаются: альдегиды и кетоны (уксусный, пропионовый, муравьиный, масляный, кротоновый альдегиды, акролеин, диацетил, ацетон); эфиры (уксуснометиловый, уксусноэтиловый, масляноэтиловый, диэтиловый, пропионометиловый, пропионоэтиловый, изомасляноизобутиловый); спирты (изопропиловый, пропиловый, изобутиловый, бутиловый, амиловый, изоамиловый, вторичный бутилкарбинол, метиловый, гексиловый, гептиловый, вторичный и третичный бутиловый, пентанол-2); кислоты (уксусная, масляная, изомасляная, валериановая, изовалериановая, пропионовая); амины (метиламин, диметиламин, триметиламин, этиламин, диэтиламин, триэтиламин) и ряд других неидентифицированных примесей. Синтетический и гидролизный ЭС, помимо этого, могут содержать сернистые соединения, щелочи, фурфурол и другие примеси. Многие из этих примесей присутствуют в ЭС в количествах, не оказывающих влияния на их органолептические свойства и токсический потенциал. Содержание некоторых из них, наиболее токсичных или сообщающих ЭС неприятный вкус и запах, строго регламентируется. К числу таких нормируемых веществ относятся альдегиды, сивушное масло, эфиры и метиловый спирт.
В соответствии с ГОСТами содержание альдегида в пересчете на уксусный в безводном ЭС высшей очистки и "Экстра", используемых для производства водок, не должно превышать, соответственно, 8 и 3 мг/л, в синтетическом ЭС техническом и очищенном - 7830 и 391 мг/л, в гидролизном ЭС II сорта и высшего сорта - 10 и 4 мг/л, в спирте-сырце из зерна и картофеля - 300 мг/л. В некоторых ректификованных спиртах зарубежного производства, предназначенных для производства алкогольных напитков, уровень альдегида составляет 40 - 160 мг/л.