Этанол

Этано́л (эти́ловый спирт, метилкарбинол, винный спирт, гидроксид пентагидродикарбония, часто просто «спирт») — C2H5OH   или   CH3—CH2—OH, второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов. Действующий компонент алкогольных напитков.

Ректификат (точнее, спирт-ректификат) — это очищенный путем ректификации этиловый спирт, содержит 95,57 % (чаще 95-97%) C2H5OH.

Содержание

Получение

Существует 2 основных способа получения этанола — микробиологический (брожение и гидролиз) и синтетический:

Брожение

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.

Спирто-водные растворы с концентрацией этанола 30-75 %, получаемые путём примитивной перегонки в домашних условиях, называются в России — самогон, в Украине — горилка, в Англии — виски, в Грузии — чача, в Японии — сакэ.

Промышленное производство спирта из биологического сырья

  • Винокуренные заводы
  • Гидролизное производство

Для гидролизного производства применяется сырьё, содержащее целлюлозу - древесина, солома.

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.

Свойства

Внешний вид: в обычных условиях представляет собой бесцветную летучую жидкость с характерным запахом.

Свойства этанола
Молекулярная масса 46,069 а. е. м.
Температура плавления −114,15 °C
Температура кипения 78,39 °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 ΔH −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 ΔHпл 4,81 кДж/моль
Энтальпия кипения ΔHкип 839,3 кДж/моль
Плотность этанола при разных температурах
Температура, °C 0 10 20 30 40 50 60
ρ, г/см³ 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
ρ, г/см³ 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
ρ, г/см³ 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
σ, 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.

Применение

Топливо

Этанол может использоваться как топливо (в т. ч. для ракетных двигателей).

Химическая промышленность

Медицина

Парфюмерия и косметика

Является универсальным растворителем различных душистых веществ и основным компонентом духов, одеколонов и т. п. Входит в состав разнообразных лосьонов.

Пищевая промышленность

Наряду с водой, является необходимым компонентом спиртных напитков (водка, виски, джин и др.). Также в небольших количествах содержится в ряде напитков, получаемых брожением, но не причисляемых к алкогольным (кефир, квас, кумыс, безалкогольное пиво и др.). Содержание этанола в свежем кефире ничтожно (0,12 %), но в долго стоявшем, особенно в тёплом месте, может достичь 1 %. В кумысе содержится 1−3 % этанола (в крепком до 4,5 %), в квасе — от 0,6 до 2,2 %.

Растворитель для пищевых ароматизаторов.

Применяется как консервант для хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности.

Производство этанола в 2005 году

Страна Производство, млн. литров
США 16117,92
Бразилия 15978,06
Китай 3795,12
Индия 1697,22
Франция 907,2
Россия 748,44
Германия 430,92
ЮАР 389,34
Великобритания 351,54
Испания 298,62
Весь мир: 45927

Применение этанола в качестве автомобильного топлива

В разных странах действуют следующие государственные программы применения этанола на транспорте:

Страна Требования
Бразилия 24%-я смесь этанол/бензин, 2%-е содержание этанола в дизельном топливе
США 10%-я смесь, производить ежегодно 7,5 млрд. галлонов этанола к 2012 году
Венесуэла 10%-я смесь
Евросоюз 2 % в 2005, 5,75 % биотоплив к 2010 году (этанол + биодизель)
Китай производить ежегодно 3 млн. тонн к 2010 году
Аргентина 5%-я смесь к 2010 году
Таиланд В Бангкоке 10%-я смесь, 5%-я смесь по всей стране с 2007 года
Колумбия 10%-я смесь в больших городах к сентябрю 2005
Манитоба, Канада 10%-я смесь до конца 2005
Япония разрешено 3%-е содержание этанола в бензине
Индия 5 % с ноября 2006 г., 10 % — планируется с июня 2007 г.
Австралия разрешено 10%-е содержание этанола в бензине
Новая Зеландия 5 % биотоплив к 2008 году (этанол + биодизель).
Индонезия 10 % биотоплив к 2010 году (этанол + биодизель);

В США «Энергетический Билль», подписанный Президентом Бушем в августе 2005 года предусматривает производство к 2012 году ежегодно 8 миллиардов галлонов этанола из зерна и 1 миллиард галлонов из целлюлозы (стебли кукурузы, рисовая солома, отходы лесной промышленности).

Строительство завода по производству этанола мощностью 40 млн. галлонов даёт экономике (на примере США):

  • 142 млн. долл. инвестиций во время строительства;
  • 41 рабочее место на заводе, плюс 694 рабочих места во всей экономике;
  • Увеличивает местные цены на зерновые на 5—10 центов за бушель;
  • Увеличивает доходы местных домохозяйств на 19,6 млн. долл. ежегодно;
  • Приносит в среднем 1,2 млн. долл. налогов;
  • Доходность инвестиций 13,3 % годовых;

В 2005 г. этаноловая индустрия дала экономике США:

  • 153725 новых рабочих мест во всех секторах, включая 19000 рабочих мест в строительстве;
  • Увеличила доходы домохозяйств на $5,7 миллиарда;
  • Принесла 1,9 миллиарда долл. федеральных налогов и 1,6 миллиарда долл. местных налогов;
  • $5,1 млрд. было затрачено на закупку сырья и услуг.

В 2005 году в США было переработано в этанол 1,43 миллиарда бушелей кукурузы, что составляет 13 % годового производства кукурузы. Этанол стал третьим по величине потребителем кукурузы после животноводства и экспорта. На этанол перерабатывается 15 % урожая сорго США.

В 2005 году этаноловая промышленность произвела 9 млн. тонн кормов. 75—80 % зерна было скормлено КРС, 18—20 % свиньям и 3—5 % птицам.

Производство барды этаноловой промышленностью США, метрических тонн в сухом весе.

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
2,3 млн. 2,7 млн. 3,1 млн. 3,6 млн. 5,8 млн. 7,3 млн. 9,0 млн.

В 2005 году 30 % бензина в США продавалось в смеси с этанолом. Этанол производили 95 заводов в 19 штатах. Производство достигло рекордного уровня в 4 млрд. галлонов (15,1 млрд. литров), что на 17 % больше, чем в 2004 году и на 126 % больше, чем в 2001.

За год было построено 14 новых заводов суммарной установленной мощностью 779 млн. галлонов (2,94 млрд. литров) в год. К концу 2005 года в стадии строительства находились 29 заводов, и 9 заводов расширяли свои мощности. Суммарная мощность строящихся и реконструируемых заводов более 1,5 млрд. галлонов.

В 2005 году этанол составил около 20 % в топливном балансе Бразилии.

Автомобильный парк, работающий на этаноле

Смесь этанола с бензином обозначается буквой Е. Цифрой у буквы Е обозначается процентное содержание этанола. Е85 — означает смесь из 85 % этанола и 15 % бензина.

Смеси до 20 % содержания этанола могут применяться на любом автомобиле. Однако, некоторые производители автомобилей ограничивают гарантию при использовании смеси с содержанием более 10 % этанола. Смеси, содержащие более 20 % этанола во многих случаях требуют внесения изменения в систему зажигания автомобиля.

Автопроизводители выпускают автомобили, способные работать и на бензине и на Е85. Такие автомобили называются «Flex-Fuel». В Бразилии такие автомобили называют «гибридными». В русском языке названия нет. Большинство современных автомобилей либо изначально поддерживают использование такого топлива, либо опционально, по соответствующему запросу.

В 2004 году в США эксплуатировались 146195 Flex-Fuel автомобилей.

В 2005 году в США более 5 млн. автомобилей имели Flex-Fuel двигатели. 1000 заправочных станций продают Е85 (октябрь 2006).

В Бразилии около 29 000 заправочных станций продают этанол.

Экономичность

Cебестоимость бразильского этанола (около 0,19 долларов США за литр) делает его использование экономически выгодным [1].

Экологические аспекты

Биоэтанол как топливо нейтрален в качестве источника парниковых газов. Он обладает нулевым балансом диоксида углерода, поскольку при его производстве путём брожения и последующем сгорании выделяется столько же CO2, сколько до этого было связано из атмосферы использованными для его производства растениями.

В 2005 году применение этанола в США позволило сократить выбросы около 7,8 млн. тонн парниковых газов (в СО2 эквиваленте), что примерно равно годовым выхлопам 1,18 млн. автомобилей.

Безопасность и регулирование

  • Этанол — горючее вещество, его пары с воздухом взрывоопасны.
  • Употребление спиртных напитков может привести к алкоголизму и даже к острому отравлению.

Картина отравления

Сила действия этанола зависит от дозы, привычки организма к токсиканту (гипертрофия печени) и степени индивидуальной экспрессии изоферментов, зависящей от генома.

Средняя смертельная доза — около 10 г/кг массы тела (на безводный спирт, для «нетренированного» организма).

Этанол при хроническом употреблении, даже в малых дозах, вызывает привыкание и зависимость (см. алкоголизм). Это вызывает дополнительные проблемы с обеспечением сохранности этанола и требует специального контроля и охраны складов этанола. Обычно склады находятся под надзором вневедомственной охраны.

Терапия острого отравления алкоголем

  • немедленно вызвать врача
  • до прихода врача - крепкий кофе, стимуляторы сердечной и дыхательной деятельности

Польза от длительного применения этанола в малых дозах

Последние исследования опровергли результаты многочисленных исследований по "благоприятному действию этанола на показатели кардиологической смертности". Оказалось, что при формировании групп "абстинентов" - в них вводили и лиц, "вынужденно воздерживающихся" от алкогольных напитков. Их здоровье которых было недостаточно крепким для длительной алкоголизации. Тем самым, они в дальнейшем рассмотрении - искусственно снижали показатели здоровья "сознательных абстинентов" ("В мире науки" №9 2006).

Ссылки

 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home