- Е1510
-
Этанол Общие свойства Молекулярная формула C2H5(OH) Молярная масса 46,069 г/моль Внешний вид бесцветная жидкость Номер CAS [64-17-5] Свойства Плотность и
агрегатное состояние789,3 кг/м³ при 20 °C, жидкость Растворимость в воде Полностью растворим Температура плавления −114,3 °C (158,8 K) Температура кипения 78,4 °C (351,6 K) Тройная точка −114,3 °C (158,8 K), ? бар Критическая точка 241 °C (514,15 K), 63 бар pKa 15,9 Вязкость 1,2 Пз при 20 °C Поверхностное натяжение 22,39•10−3 Н/м при 20 °C Дипольный момент 1,69 D (газ) Опасность (в том числе токсическая) Температура
вспышки13 °C (286,15 K) Температура
самовоспламенения363 °C (636,15 K) Пределы взрываемости 3,28 — 18,95 % Класс опасности III Родственные соединения Родственные спирты Метанол
БутанолДругие соедининия Ацетальдегид
Уксусная кислотаЭтано́л (эти́ловый спирт, метилкарбинол, винный спирт, гидроксид пентагидродикарбония, часто в просторечии просто «спирт» или алкого́ль) — C2H5OH или CH3-CH2-OH, второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов. Согласно ГОСТ 5964–93, этиловый спирт — легковоспламеняющаяся, бесцветная жидкость с характерным запахом. Действующий компонент алкогольных напитков.
Содержание
Получение
Существует 2 основных способа получения этанола — микробиологический (спиртовое брожение) и синтетический (гидратация этилена):
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 + 2CO2В 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.
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.
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.
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
- прямая гидратация при температуре 300 °C, давлении 7 МПа, в качестве катализатора применяют ортофосфорную кислоту, нанесённую на силикагель, активированный уголь или асбест:
Эта реакция осложняется образованием диэтилового эфира.
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).
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. [1]
Свойства
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 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.
Химические свойства
Взаимодействует со щелочными металлами с образованием этилатов (или в общем случае — алкоголятов) и водорода.
Применение
Топливо
Этанол может использоваться как топливо, в т. ч. для ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания в чистом виде. Ограничено в силу своей гигроскопичности (отслаивается) используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами. Применяется для выработки высококачественного топлива и компонента бензинов — Этил-трет-бутилового эфира, более независимого от ископаемой органики, чем МТБЭ.
Химическая промышленность
- Служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэтилсвинец, уксусная кислота, хлороформ, этилацетат, этилен и др.;
- Широко применяется как растворитель (в лакокрасочной промышленности, в производстве товаров бытовой химии и многих других областях);
- Является компонентом антифриза и стеклоомывателей.
- В бытовой химии этанол применяется в чистящих и моющих средствах, в особенности для ухода за стеклом и сантехникой. Является растворителем для репеллентов.
Медицина
- как обеззараживающее и подсушивающее средство, наружно;
- дубящие свойства 96%-го этилового спирта используются для обработки операционного поля или в некоторых методиках обработки рук хирурга;
- растворитель для лекарственных средств, для приготовления настоек, экстрактов из растительного сырья и др.;
- консервант настоек и экстрактов (минимальная концентрация 18 %);
- пеногаситель при подаче кислорода, искусственной вентиляции легких;
- в согревающих компрессах;
- для физического охлаждения при лихорадке (для растирания)[2];
- антидот при отравлении этиленгликолем и метиловым спиртом;
Парфюмерия и косметика
Является универсальным растворителем различных веществ и основным компонентом духов, одеколонов, аэрозолей и т. п. Входит в состав разнообразных средств, включая даже такие как зубные пасты, шампуни, средства для душа, и т. д.
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.
Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E1510.
Мировое производство этанола
Производство этанола по странам, млн литров. Данные ethanolrfa.org.
Страна 2004 2005 2006 2007 2008 США 13 362 16 117 19 946 24564,71 34776[3] Бразилия 15 078 15 978 16 977 18972,58 24464,9 Евросоюз - - - 2155,73 2773 Китай 3 643 3 795 3 845 1837,08 1897,18 Индия 1 746 1 697 1 897 199,58 249,48 Франция 827 907 948 - - Германия 268 430 764 - - Россия 748 748 649 - - ЮАР 415 389 387 - - Великобритания 400 351 279 - - Испания 298 298 463 - - Таиланд 279 298 352 299,37 339,4 Колумбия - - 279 283,12 299,37 Весь мир: 40 710 45 927 50 989 49524,42[4] 65527,05 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 производит ежегодно 28 млрд литров этанола к 2012 году, 85%-я смесь этанол/бензин (E85) Венесуэла 10%-я смесь с бензином 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 года Манитоба, Канада 10%-я смесь до конца 2005 года Канада 5%-я смесь с сентября 2010 года[5] Япония разрешено 3%-е содержание этанола в бензине Индия 20 % биотоплив к 2017 году (этанол + биодизель)[6] 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) Филиппины 5%-я смесь с бензином к 2008 году, 10 % смесь к 2010 году Ирландия 5,75 % биотоплив к 2009 году (этанол + биодизель). 10 % биотоплив к 2020 году Дания 10 % биотоплив к 2020 году Чили разрешено 2 % содержание в автомобильном топливе В США «Энергетический Билль», подписанный Президентом Бушем в августе 2005 года предусматривает производство к 2012 году ежегодно 30 миллиардов литров этанола из зерна и 3,8 миллиард литров 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 2006 г. этаноловая индустрия дала экономике США:
- 160231 новых рабочих мест во всех секторах, включая 20000 рабочих мест в строительстве;
- Увеличила доходы домохозяйств на $6,7 миллиарда;
- Принесла $2,7 млрд федеральных налогов и $2,3 млрд местных налогов;
В 2006 году в США было переработано в этанол 2,15 миллиарда бушелей кукурузы, что составляет 20,5 % годового производства кукурузы. Этанол стал третьим по величине потребителем кукурузы после животноводства и экспорта. На этанол перерабатывается 15 % урожая сорго США.
В 2006 году этаноловая промышленность произвела 12 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 2006 2020 прогноз 2,3 млн. 2,7 млн. 3,1 млн 3,6 млн. 5,8 млн. 7,3 млн. 9,0 млн. 12 млн. 20 млн. В 2005 году 30 % бензина в США продавалось в смеси с этанолом. В 2006 г. этанол производили 110 заводов в 19 штатах. Производство достигло рекордного уровня в 18,52 млрд литров, что на 25 % больше, чем в 2005 году. С 2000 г. производство этанола выросло более чем на 300 %.
За 2006 год было построено 15 новых заводов. Суммарная мощность новых заводов 3 990 млрд литров. В январе 2007 г. различных стадиях строительства находятся 73 завода, 8 заводов расширяют свои мощности. К 2009 году производство этанола в США вырастет более чем на 23 млрд литров — до 44 млрд.
В 2005 году этанол составил около 20 % в топливном балансе Бразилии.
Этанол хорошо смешивается с водой, в отличие от бензина. Проблема расслаивания смеси бензина и этанола на данный момент не решена.
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 «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 2005 году в США более 5 млн автомобилей имели 2006 г. в США эксплуатировалось 6 млн автомобилей с Flex-Fuel двигателями. Общий автопарк составляет 230 млн автомобилей.
1200 заправочных станций продают Е85 (май 2007). Всего в США автомобильное топливо продают около 170 000 заправочных станций.
В Бразилии около 29 000 заправочных станций продают этанол.
Экономичность
Себестоимость бразильского этанола (около 0,19 долларов США за литр в 2006 г.) 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 2006 году применение этанола в США позволило сократить выбросы около 8 млн тонн парниковых газов (в СО2 эквиваленте), что примерно равно годовым выхлопам 1,21 млн автомобилей.
Безопасность и регулирование
- Этанол — горючее вещество, смесь его паров с воздухом взрывоопасна.
- Этиловый спирт относится к наркотическим ядам.[7] Употребление спиртных напитков может привести к алкоголизму и даже к острому отравлению.
- В настоящее время (2009 г) розничная продажа спирта в России запрещена.
- О налогообложении питьевого спирта см. статью Алкогольные напитки#Акциз.
Токсикология этанола
В зависимости от дозы, концентрации, пути попадания в организм и длительности воздействия этанол может обладать наркотическим и токсическим действием. Однако этанол является естественным метаболитом человеческого организма, и в определённых дозах используется в медицине как самостоятельное лекарственное средство, а также как растворитель фармацевтических препаратов, экстрактов и настоек.
Хроническое употребление алкогольных напитков может привести к алкоголизму.
Виды и марки этанола
Ректификат (точнее, спирт-ректификат) — это очищенный путем ректификации этиловый спирт, содержит 95,57 %, химическая формула C2H5OH.
Юмор
- Перегоним всю гуашь на C2H5OH
- И солнце ярче светит, и радостней пейзаж, когда в желудке плещется C2H5OH
- H2O — девиз не наш, наш — C2H5OH
Примечания
В Викисловаре есть статья «этанол» - Статья об этиловом спирте на XuMuK.ru
- Статья об этаноле на iprit.ru
- Технология
- Российская биотопливная ассоциация
- Портал альтернативного топлива
- В чём плюсы и минусы биоэтанола
- Honda создает рисовый двигатель
Спирты | |
---|---|
(0°) | Метанол |
Первичные спирты (1°) |
Этанол · Пропанол · Бутиловый спирт/Изобутанол · Пентанол · Гексанол · Гептанол Жирные спирты: Октанол (C8) · Нонанол (C9) · Деканол (C10) · Ундеканол (C11) · Додеканол (C12) · Тетрадеканол (C14) · Цетиловый спирт (C16) |
Вторичные спирты (2°) | Изопропиловый спирт · 2-Бутанол · 2-Гексанол |
Третичные спирты (3°) | трет-Бутанол · 2-Метил-2-бутанол |
Wikimedia Foundation. 2010.