Методы получения этилового спирта. Для прямой гидратации этилена в паровой фазе запишите основную и побочные реакции, укажите катализатор процесса, приведите механизм, запишите уравнение скорости накопления спирта. Обоснуйте выбор условий проведения процесса. Технологические особенности процесса и связанные с ними решения. Обоснуйте выбор типа и конструкции реактора.

Способы получения этилового спирта:

1. Брожение пищевого сырья (крахмалсодержащих и сахаристых веществ) – картофеля , хлебных злаков, отходов сахарных заводов.

Сначала идет осахаривание крахмала с образованием дисахарида – мальтозы, которая в процессе брожения гидролизуется в глюкозу.

2. Гидролиз древесины с последующим брожением. Для получения спирта древесину обрабатывают (гидролизуют) серной или соляной кислотой. При этом из целлюлозы образуется глюкоза

,

которая затем проходит стадию спиртового брожения.

3. Получение этанола из сульфитных щелоков – отходов целлюлозно-бумажного производства) - сульфитный спирт. Сульфитный щелок – жидкость, оставшаяся после обработки щепы раствором бисульфита Ca или Mg. Часть сухого вещества этих щелоков, представляющая собой сахара, способна сбраживаться в этиловый спирт.

4. Получение этилового спирта сернокислотной гидратацией. Концентрированная серная кислота способна реагировать с этиленом, образуя моно- и диалкилсульфат:

;

Эти эфиры при взаимодействии с водой превращаются в этиловый спирт, выделяя кислоту:

;

.

5. Получение этилового спирта прямой гидратации этилена, т.е. путем непосредственного гетерогенно-каталитического присоединения воды к этилену:

.

При прямой гидратации помимо основной протекают следующие побочные реакции:

Образование диэтилового эфира межмолекулярной дегидратацией этанола и алкилированием этанола этиленом;

образование изопропилового спирта при алкилировании пропилена, содержащегося в виде примеси в этилене;

образование ацетальдегида путем гидратации ацетилена (микропримесь в этиленовой фракции) и дегидрированием этанола;

образование кротонового альдегида конденсацией ацетальдегида;

образование уксусной кислоты окислением ацетальдегида;

образование этилацетата этерификацией уксусной кислоты этанолом;

образование полимеров этилена;

образование бутанола-2 при гидратации бутена-2 (продукт димеризации этилена).

В качестве катализатора используется фосфорная кислота, нанесенная на силикагель.

Механизм гидратации – карбкатионный:

протонирование олефина через промежуточное образование Пи- и сигма-комплексов,

присоединение молекулы воды с образованием иона алкоксония;

отщепление протона с образованием спирта.

При гидратации олефинов вода всегда находится в избытке, поэтому тормозящим влиянием спирта можно пренебречь:

.

Температура гидратации 280-3000С, что неблагоприятно для равновесия, однако на практике не найдено катализатора, который давал бы приемлемые выходы спирта при более низкой температуре. При данной температуре степень конверсии не доводят до равновесной (10-11%), а держат на уровне 4-5%, т.к. при приближении к равновесной степени конверсии снижается скорость реакции.

Реакции гидратации, идущей с уменьшением объема, благоприятствует повышенное давление, поэтому процесс ведут при давлении 80 атм, дальнейшее повышение давления нецелесообразно из-за близости области конденсации водяного пара и больших затрат по созданию давления.