3. Характеристика целевого продукта. Физические свойства:

Этанол С₂Н₅ОН является бесцветной легко подвижной жидкостью с характерным запахом и жгучим вкусом, кипящей при температуре 78,39С. Физические константы для этанола:

tпл = –114,15С d204 = 0,78927 кг/м3 n20D = 1,3611 с20Р = 2,428 кДж/кг*К.

tкрит = 243,1С dкрит = 0,275 кг/м3 Нпл = 4,81 кДж/моль пл = 1,17 мПа*с

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 78,1С (в виде такого ректификата этанол обычно употребляют в технике); с бензолом (32,4%; 68,24С); с гексаном (21%; 58,7С); с этилацетатом (30,8%; 71,8С).

Этиловый спирт горит бледно–голубым пламенем. Коэффициент растворимости паров в воде 1412 (при 40С); в крови человека 1370 – 1580 (при 37С). В соответствии с ГОСТ 8314-57, содержание примесей в спирте, полученном из древесины (гидролизом) резко ограничено. На этиловый спирт синтетический ГОСТ 9674-61.

Температура воспламенения 13С, температура самовоспламенения 404С; пределы взрываемости: температурный предел 11  41С, концентрационный предел 3,6  19% (об.). ПДК в атмосферном воздухе 5 мг/м³; ПДК в воздухе рабочей зоны 1000 мг/м³.

Общий характер воздействия на организм: наркотик, вызывающий сначала возбуждение, а затем паралич центральной нервной системы. Острое отравление парами этилового спирта в производственных помещениях (без приема внутрь) за семичасовой рабочий день практически невозможно.

Химические свойства:

Этанол – типичный одноатомный алифатический спирт. С металлами образует этилаты, например, С₂Н₅ОNa; с неорганическими и органическими кислотами, галогенангидридами – сложные эфиры. Реакция с эпоксидами приводит к раскрытию кольца и образованию гидроксиэфиров:

С₂Н₅ОН + эпоксид = С₂Н₅ОСНRСН₂ОН

Гидратация этилового спирта приводит к этилену или диэтиловому эфиру; реакция с альдегидами и кетонами RRCO – к ацеталям RRC(ОС₂Н₅)₂; с NaClO – к хлоралю; при пропускании паров этанола над сложным катализатором при 380 – 400С образуется 1,3-бутадиен; при взаимодействии этилового спирта с ацетиленом – винил этиловый эфир С₂Н₅ОСН=СН₂; взаимодействие с NН₃ – к моно-, ди- и триэтиламинам.

Реакция с РОСl₃ или SO₂Cl₂ в присутствии третичных аминов приводит к образованию эфиров фосфорной или серной кислоты.

4. Сернокислотная гидратация этилена.

Этот способ, открытый А.М.Бутлеровым, состоит из следующих четырех стадий:

• абсорбция этилена серной кислотой с образованием сернокислотных эфиров;

• гидролиз эфиров с образованием спирта;

• выделение спирта и его ректификация;

• концентрирование серной кислоты;

Взаимодействие между этиленом и серной кислотой состоит из двух этапов: первый – физическое растворение этилена (при 70–90С) в серной кислоте (96–98%)и второй – гомогенное взаимодействие обоих компонентов с образованием алкилсульфатов с их последующим гидролизом:

С₂Н₄ + Н₂SО₄  С₂Н₅ОSО₃Н

С₂Н₄ + С₂Н₅ОSО₃Н  (С₂Н₅)₂SО₂;

С₂Н₅ОSО₃Н + Н₂О  С₂Н₅ОН + Н₂SО₄;

(С₂Н₅)₂SО₂ + 2Н₂О  2С₂Н₅ОН + Н₂SО₄.

Кроме основных реакций идет образование диэтилового эфира, ацетальдегида, а также наблюдается полимеризация этилена:

(С₂Н₅)₂SО₂ + С₂Н₅ОН  С₂Н₅ОС₂Н₅ + С₂Н₅ОSО₃Н;

(С₂Н₅)₂SО₂ + Н₂О  С₂Н₅ОС₂Н₅ + Н₂SО₄.

Для подавления этих реакций необходимо при гидролизе удалять образующийся спирт.

Оставшаяся после гидролиза кислота имеет концентрацию 40–50% (до 25 тонн на 1 тонну этанола). Ее используют для получения сульфата аммония или концентрируют, чтобы вернуть на абсорбцию и организовать ее рециркуляцию. В наличии этой отработанной кислоты и необходимости ее утилизации состоит главный недостаток сернокислотной гидратации олефинов, так как необходимы большие капиталовложения на сооружение установок по концентрированию серной кислоты и их эксплуатация. По сернокислому методу из 1 тонны этилена вырабатывается 1,2 тонны спирта-ректификата и около 100 кг этилового эфира. Превращение этилена в спирт достигает 90%

Главным преимуществом сернокислотной гидратации по сравнению с прямой гидратацией является возможность применения неконцентрированной этиленовой фракции, так как её концентрирование связано с большими капитальными и эксплуатационными затратами. Однако метод сернокислотной гидратации имеет и недостатки, среди них можно отметить следующие:

• сложная и громоздкая конструкция тарельчатого абсорбера;

• малоэффективность однократного экстрагирования полимеров «зеленым маслом»

При принятом методе экстрагирования в экстракт переходит 70 – 75% полимеров. Значит, до 30% полимеров остаётся в раздавленной серной кислоте и проскакивает в аппараты концентрирования, где в условиях высокой температуры взаимодействуют с кислородом серной кислоты с выделением SO₂ в атмосферу и соответствующими потерями серной кислоты;

• Концентрирование отработанной серной кислоты в аппаратах «Хемико»

Эта часть технологического процесса является самым слабым звеном во всё

методе сернокислотной гидратации. Во-первых, концентрировать серную

кислоту удаётся лишь до 88 – 90%, а во-вторых, такой процесс

концентрирования из-за высокой температуры топочных газов приводит к

ощутимым потерям серной кислоты от раскисления, сопровождающегося

выбросом вредного диоксида серы в атмосферу.