Этил и этанол. Этанол: свойства и применение

Этанол - что это за вещество? Каково его применение и как оно производится? Этанол более известен всем под иным названием - спирт. Конечно, это не совсем правильное обозначение. Но между тем, именно под словом «спирт» мы и подразумеваем «этанол». Еще наши предки знали о его существовании. Они получали его путем процесса брожения. В ход шли различные продукты от злаков до ягод. Но в полученной браге, именно так называли в старину спиртные напитки, количество этанола не превышало 15 процентов. Чистый спирт смогли выделить только после того, как изучили процессы дистилляции.

Этанол - что это?

Этанол - это одноатомный спирт. При нормальных условиях он представляет собой летучую, бесцветную, легковоспламеняющуюся жидкость, обладающую специфическим запахом и вкусом. Этанол нашел широкое применение в промышленности, медицине и быту. Он является прекрасным дезинфицирующим средством. Спирт используется как топливо и в качестве растворителя. Но больше всего формула этанола С2Н5ОН известна любителям алкогольных напитков. Именно в этой сфере это вещество нашло широкое применение. Но не стоит забывать и о том, что спирт как действующий компонент алкогольных напитков является сильным депрессантом. Это психоактивное вещество способно угнетать центральную нервную систему и вызывать сильную зависимость.

В наше время сложно найти отрасль промышленности, где не использовался бы этанол. Трудно перечислить все, чем так полезен спирт. Но более всего его свойства оценили в фармацевтике. Этанол - главный компонент практически всех лекарственных настоек. Многие «бабушкины рецепты» для лечения людских недугов основываются на этом веществе. Оно вытягивает из растений все полезные вещества, накапливая их. Это свойство спирта нашло применение и при изготовлении домашних травяных и ягодных настоек. И хотя это и алкогольные напитки, но в умеренных количествах они приносят пользу здоровью.

Польза этанола

Формула этанола известна всем еще со школьных уроков по химии. Но вот в чем польза этого химического вещества, так сразу ответит не каждый. В действительности сложно представить отрасль промышленности, где не использовался бы спирт. Прежде всего, этанол применяют в медицине как мощнейшее дезинфицирующее средство. Им обрабатывают операционную поверхность и раны. Спирт губительно действует практически на все группы микроорганизмов. Но применяется этанол не только в хирургии. Он незаменим для изготовления лекарственных экстрактов и настоек.

В малых дозах спирт полезен для организма человека. Он способствует разжижению крови, улучшению кровообращения и расширению сосудов. Он даже применяется для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний. Этанол способствует налаживанию работы желудочно-кишечного тракта. Но только в действительно малых дозах.

В особых случаях психотропное действие спирта может заглушить самые сильные боли. Этанол нашел применение и в косметологии. Благодаря своим ярко выраженным антисептическим свойствам он включен в состав практически всех очищающих лосьонов для проблемной и жирной кожи.

Вред этанола

Этанол - спирт, получаемый путем брожения. При чрезмерном употреблении он способен вызывать сильнейшие токсикологические отравления и даже кому. Это вещество входит в состав алкогольных напитков. Спирт вызывает сильнейшую психологическую и физическую зависимость. Алкоголизм принято считать болезнью. Вред этанола сразу ассоциируют со сценами безудержного пьянства. Неумеренное употребление напитков, содержащих спирт, приводит не только к пищевым отравлениям. Все гораздо сложнее. При частом распитии алкоголя поражаются практически все системы органов. От кислородного голодания, которое вызывает этанол, погибают в большом количестве клетки головного мозга. Происходит На первых стадиях ослабевает память. Затем у человека развиваются заболевания почек, печени, кишечника, желудка, сосудов и сердца. У мужчин наблюдается потеря потенции. На последних стадиях у алкоголика выявляется деформация психики.

История спирта

Этанол - что это за вещество и как его получили? Далеко не все знают, что его использовали еще с доисторических времен. Он входил в состав алкогольных напитков. Правда, концентрация его была небольшой. Но между тем, следы алкоголя были найдены в Китае на 9000-летней керамике. Это однозначно говорит о том, что люди еще в эпоху неолита выпивали содержащие алкоголь напитки.

Первый случай был зарегистрирован в 12 веке в Салерно. Правда, это была водно-спиртовая смесь. Чистый же этанол выделил Иоганн Тобиас Ловиц в 1796 году. Он использовал метод фильтрации через активированный уголь. Получение этанола этим способом долго оставалось единственным методом. Формулу спирта вычислил Николо-Теодор де Соссюра, а описал его как углеродное соединение Антуан Лавуазье. В 19-20 веках многие ученые занимались изучением этанола. Были изучены все его свойства. В настоящее время он получил широкое распространение и применяется практически во всех сферах человеческой деятельности.

Получение этанола путем спиртового брожения

Пожалуй, самый известный способ получения этанола - это спиртовое брожение. Оно возможно только при использовании органических продуктов, которые содержат большое количество углеводов, например винограда, яблок, ягод. Еще один важный компонент, чтобы брожение протекало активно - это наличие дрожжей, ферментов и бактерий. Так же выглядит переработка картофеля, кукурузы, риса. Для получения топливного спирта используют сахар-сырец, который вырабатывают из тростника. Реакция довольно сложна. В результате брожения получается раствор, который содержит не более 16% этанола. Более высокую концентрацию получить не удается. Это объясняется тем, что в более насыщенных растворах дрожжи выжить не способны. Таким образом, полученный этанол необходимо подвергнуть процессам очистки и концентрирования. Обычно используют процессы дистилляции.

Чтобы получить этанол, используют вид дрожжей Saccharomyces cerevisiae различных штаммов. В принципе, все они способны активизировать данный процесс. В качестве питательного субстрата можно применять древесные опилки или как альтернативу - раствор, полученный из них.

Топливо

Многие знают о свойствах, которыми обладает этанол. Что это алкоголь или дезинфицирующее вещество, тоже широко известно. Но спирт еще является и топливом. Его используют в ракетных двигателях. Известный факт - во время Первой мировой войны 70% водный этанол применяли как топливо для первой в мире немецкой баллистической ракеты - «Фау-2».

В настоящее время спирт получил большее распространение. В качестве топлива он применяется в двигателях внутреннего сгорания, для нагревательных приборов. В лабораториях его заливают в спиртовки. Каталитическое окисление этанола используют для производства грелок, как военных, так и туристических. Спирт с ограничением применяют в смеси с жидким нефтяным топливом в силу его гигроскопичности.

Этанол в химической промышленности

Широко применение этанола в химической промышленности. Он служит сырьем для производства таких веществ, как диэтиловый эфир, уксусная кислота, хлороформ, этилен, ацетальдегид, тетраэтилсвинец, этилацетат. В лакокрасочной промышленности этанол широко используют как растворитель. Спирт является основным компонентом стеклоомывателей и антифризов. Применяется спирт и в бытовой химии. Он входит в состав моющих и чистящих средств. Особенно часто он встречается в качестве компонента в жидкостях для ухода за сантехникой и стеклом.

Этиловый спирт в медицине

Этиловый спирт можно отнести к антисептикам. Он губительно воздействует практически на все группы микроорганизмов. Он разрушает клетки бактерий и микроскопических грибов. Применение этанола в медицине носит практически повсеместный характер. Это прекрасное подсушивающее и обеззараживающее средство. Благодаря дубящим свойствам спирт (96%) используют для обработки операционных столов и рук хирурга.

Этанол - растворитель лекарственных препаратов. Он широко применяется для изготовления настоек и экстрактов из лекарственных трав и прочего растительного сырья. Минимальная концентрация спирта в подобных веществах не превышает 18 процентов. Часто этанол используют в качестве консерванта.

Этиловый спирт прекрасно применяется и для растираний. Во время лихорадки он производит охлаждающий эффект. Очень часто спирт используют для согревающих компрессов. При этом он абсолютно безопасен, на коже не остается покраснений и ожогов. Кроме того, этанол применяется как пеногаситель при подаче искусственным путем кислорода во время вентиляции легких. Также спирт является компонентом общей анестезии, которую могут применять в случае дефицита медикаментов.

Как ни странно, но этанол медицинский используется в качестве противоядия при отравлении токсичными спиртами, например метанолом или этиленгликолем. Обусловлено его действие тем, что при наличии нескольких субстратов фермент алкогольдегидрогеназа осуществляет только конкурентное окисление. Именно благодаря этому после незамедлительного приема этанола вслед за токсичным метанолом или этиленгликолем наблюдается уменьшение текущей концентрации отравляющих организм метаболитов. Для метанола это муравьиная кислота и формальдегид, а для этиленгликоля - щавелевая кислота.

Пищевая промышленность

Итак, как получить этанол, было известно еще нашим предкам. Но наиболее широкое применение он получил только в 19-20 веках. Наряду с водой, этанол является основой практически всех спиртных напитков, в первую очередь водки, джина, рома, коньяка, виски, пива. В небольших количествах спирт обнаруживается и в напитках, которые получают путем брожения, например в кефире, кумысе, квасе. Но к алкоголю их не причисляют, так как концентрация спирта в них очень мала. Так, содержание в свежем кефире этанола не превышает 0,12%. Но если он отстоится, то концентрация может повыситься до 1%. В квасе этилового спирта чуть более (до 1,2%). Больше всего алкоголя содержится в кумысе. В свежем молочном продукте его концентрация - от 1 до 3%, а в отстоявшемся доходит до 4,5%.

Этиловый спирт - хороший растворитель. Это свойство позволяет использовать его в пищевой промышленности. Этанол является растворителем для ароматизаторов. Кроме того, он может использоваться в качестве консерванта для хлебобулочных изделий. Он зарегистрирован как пищевая добавка Е1510. Этанол имеет энергетическую ценность 7,1 ккал/гр.

Действие этанола на организм человека

Во всем мире налажено производство этанола. Это ценное вещество используется во многих сферах жизни человека. являются лекарством. Пропитанные этим веществом салфетки используют как дезинфицирующее средство. Но вот какое влияние этанол оказывает на наш организм при попадании внутрь? Полезен ли он или вреден? Эти вопросы требуют детального изучения. Всем известно, что человечество потребляло алкогольные напитки веками. Но только в прошлом столетии проблема алкоголизма приобрела масштабные размеры. Наши предки употребляли брагу, медовуху и даже ныне столь популярное пиво, но все эти напитки содержали слабый процент этанола. Поэтому нанести существенный вред здоровью они не могли. Но после того как Дмитрий Иванович Менделеев разбавил спирт с водой в определенных пропорциях, все изменилось.

В настоящее время алкоголизм - это проблема практически всех стран мира. Попадая в организм, спирт оказывает патологическое воздействие практически на все органы без исключения. В зависимости от концентрации, дозы, пути попадания и длительности воздействия этанол может проявить токсическое и наркотическое действие. Он способен нарушать работу сердечно-сосудистой системы, способствует возникновению заболеваний пищеварительного тракта, в том числе и язвы желудка и 12-типерстной кишки. Под наркотическим действием подразумевается способность спирта вызывать ступор, нечувствительность к болевым ощущениям и угнетение функций центральной нервной системы. Кроме того, у человека возникает алкогольное возбуждение, очень быстро он становится зависимым. В отдельных случаях чрезмерное употребление этанола может вызвать кому.

Что же происходит в нашем организме, когда мы пьем алкогольные напитки? Молекула этанола способна поражать ЦНС. Под действием спирта происходит выделение гормона эндорфина в прилежащем ядре, а у людей с явно выраженным алкоголизмом и в орбитофронтальной коре. Но, тем не менее, несмотря на это, этанол не признан наркотическим веществом, хотя он и проявляет все соответствующие действия. Этиловый спирт не был внесен в международный список контролируемых веществ. И это спорный вопрос, потому как в определенных дозах, а именно 12 грамм вещества на 1 килограмм массы тела, этанол приводит сначала к острому отравлению, а затем и смерти.

Какие заболевания вызывает этанол?

Сам раствор этанола не является канцерогеном. Но вот его основной метаболит - ацетальдегид - токсичное и мутагенное вещество. Помимо этого, он еще и обладает канцерогенными свойствами и провоцирует развитие онкологических заболеваний. Его качества исследовались в лабораторных условиях на подопытных животных. Эти научные работы привели к весьма интересным, но в то же время настораживающим результатам. Оказывается, ацетальдегид - не просто канцероген, он способен повреждать ДНК.

Длительное употребление алкогольных напитков может вызывать у человека такие заболевания, как гастрит, цирроз печени, язва 12-типерстной кишки, рак желудка, пищевода, тонкой и прямой кишки, сердечно-сосудистые заболевания. Регулярное попадание этанола в организм может спровоцировать оксидативное повреждение нейронов мозга. Вследствие повреждения они погибают. Злоупотребление напитками, содержащими спирт, приводит к алкоголизму и клинической смерти. У людей, регулярно распивающих алкоголь, риск развития инфаркта и инсульта повышается в разы.

Но это еще не все свойства этанола. Это вещество является естественным метаболитом. В малых количествах оно может синтезироваться в тканях человеческого организма. Его называют истинным Также оно продуцируется в результате расщепления углеводной пищи в желудочно-кишечном тракте. Такой этанол называют «условно эндогенным алкоголем». Может ли обычный алкотестер определить спирт, который синтезировался в организме? Теоретически это возможно. Его количество редко превышает 0,18 промилле. Это значение находится на нижней границе самых современных измерительных приборов.

Этано́л (эти́ловый спирт, метилкарбино́л, ви́нный спирт или алкого́ль, часто в просторечии просто «спирт») - одноатомный спирт с формулой C2H5OH (эмпирическая формула C2H6O), другой вариант: CH3-CH2-OH, второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов, при стандартных условиях летучая, горючая, бесцветная прозрачная жидкость.

Действующий компонент алкогольных напитков, являющийся депрессантом - психоактивным веществом, угнетающим центральную нервную систему человека.

Этиловый спирт также используется как топливо, в качестве растворителя, как наполнитель в спиртовых термометрах и как дезинфицирующее средство (или как компонент его).

• 1 Получение
  • 1.1 Брожение
    • 1.1.1 Промышленное производство спирта из биологического сырья
    • 1.1.2 Гидролизное производство
  • 1.2 Гидратация этилена
  • 1.3 Очистка этанола
  • 1.4 Абсолютный спирт
• 2 Свойства
  • 2.1 Физические свойства
  • 2.2 Химические свойства
  • 2.3 Пожароопасные свойства
• 3 Применение
  • 3.1 Топливо
  • 3.2 Химическая промышленность
  • 3.3 Медицина
  • 3.4 Парфюмерия и косметика
  • 3.5 Пищевая промышленность
  • 3.6 Прочее
• 4 Мировое производство этанола
• 5 Применение этанола в качестве автомобильного топлива
  • 5.1 Автомобильный парк, работающий на этаноле
  • 5.2 Экономичность
  • 5.3 Экологические аспекты
• 6 Безопасность и регулирование
• 7 Действие этанола на организм человека
• 8 Виды и марки этанола
• 9 Этимология названий
  • 9.1 Этимология термина «этанол»
  • 9.2 Этимология названия «алкоголь»
  • 9.3 Этимология слова «спирт»
• 10 Примечания
• 11 См. также
• 12 Ссылки

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 + 2CO2.

Раствор, получаемый в результате брожения, содержит не более 15 % этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи нежизнеспособны. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путем дистилляции.

Для получения этанола этим способом наиболее часто используют различные штаммы дрожжей вида Saccharomyces cerevisiae, в качестве питательной среды предварительно обработанные древесные опилки и/или раствор, полученный из них.

Промышленное производство спирта из биологического сырья

Современная промышленная технология получения этилового спирта из пищевого сырья включает следующие стадии:

• Подготовка и измельчение крахмалистого сырья - зерна (прежде всего - ржи, пшеницы), картофеля, кукурузы, яблок и т. п.
• Ферментация. На этой стадии происходит ферментативное расщепление крахмала до сбраживаемых сахаров. Для этих целей применяются рекомбинантные препараты альфа-амилазы, полученные биоинженерным путём - глюкамилаза, амилосубтилин.
• Брожение. Благодаря сбраживанию дрожжами сахаров происходит накопление в браге спирта.
• Брагоректификация. Осуществляется на разгонных колоннах.

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 нём до 95,6 %. зависимости от содержания в нём посторонних примесей, его разделяют на следующие категории:

• Альфа
• Экстра
• базис
• высшей очистки
• 1 сорт

Производительность современного спиртового завода около 30 000-100 000 литров 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. 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:

• гидратация через стадию промежуточного эфира серной кислоты, с последующим его гидролизом (при температуре 80-90 °С и давлении 3,5 МПа):

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. Он кипит при температуре 78,39 °C, в то время как спирт-ректификат, содержащий не менее 4,43 % воды, кипит при 78,15 °C. Получают перегонкой водного спирта, содержащего бензол, и другими способами, например, спирт обрабатывают веществами, реагирующими с водой или поглощающими воду, такими как негашёная известь CaO или прокалённый медный купорос CuSO4.

Свойства

Физические свойства

Внешний вид: в обычных условиях представляет собой бесцветную летучую жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом. Этиловый спирт легче воды. Является хорошим растворителем других органических веществ. Следует избегать популярной ошибки: часто смешивают свойства 95,57 % спирта и абсолютизированного. Их свойства почти одинаковы, но величины начинают различаться, начиная с 3 - 4-й значащей цифры.

Смесь 95,57 % этанола + 4,43 % воды является азеотропной, т. е. не разделяется при перегонке.

Химические свойства

Типичный представитель одноатомных спиртов.

Горюч. Легко воспламеняется. При достаточном доступе воздуха горит (за счёт его кислорода) светлым голубоватым пламенем, образуя терминальные продукты окисления - диоксид углерода и воду:

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

Ещё энергичнее эта реакция протекает в атмосфере чистого кислорода.

При определённых условиях (температура, давление, катализаторы) возможно и контролируемое окисление (как элементным кислородом, так и многими другими окислителями) до ацетальдегида, уксусной кислоты, щавелевой кислоты и некоторых других продуктов, например:

3C2H5OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3CH3CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O

Обладает слабо выраженными кислотными свойствами, в частности, подобно кислотам взаимодействует со щелочными металлами, а также магнием, алюминием и их гидридами, выделяя при этом водород и образуя солеподобные этилаты, являющиеся типичными представителями алкоголятов:

2C2H5OH + 2К → 2С2Н5ОК + Н2. C2H5OH + NaH → C2H5ONa + H2

Обратимо реагирует с карбоновыми и некоторыми неорганическими кислородсодержащими кислотами с образованием сложных эфиров:

С2Н5OH + RCOOH ⇄ RCOOС2Н5 + H2O С2Н5OH + HNO2 ⇄ С2Н5ONO + H2O

С галогеноводородами (HCl, HBr, HI) вступает в обратимые реакции нуклеофильного замещения:

C2H5OH + HX ⇄ C2H5X + H2O

Без катализаторов реакция с HCl идет относительно медленно; значительно быстрее - в присутствии хлорида цинка и некоторых других кислот Льюиса.

Вместо галогеноводородов для замещения гидроксильной группы на галоген могут быть использованы галогениды и галогеноксиды фосфора, тионилхлорид и некоторые другие реагенты, например:

3C2H5OH + PCl3 → 3C2H5Cl + H3PO3

Сам этанол также обладает нуклеофильными свойствами. частности, он относительно легко присоединяется по активированным кратным связям, например:

С2Н5OH + СH2=CНCN → С2Н5OСH2СH2CN,

реагирует с альдегидами с образованием полуацеталей и ацеталей:

RCHO + С2Н5OH → RCH(OH)OС2Н5 RCH(OH)OС2Н5 + С2Н5OH → RCH(OС2Н5)2 + H2O

При умеренном (не выше 120 °C) нагревании с концентрированной серной кислотой или другими водоотнимающими средствами кислотного характера образует диэтиловый эфир:

2С2Н5OH ⇄ С2Н5-O-С2Н5 + H2O

При более сильном нагревании с серной кислотой, а также при пропускании паров над нагретым до 350÷500 °C оксидом алюминия происходит более глубокая дегидратация. При этом образуется этилен:

CH3CH2OH ⇄ CH2=CH2 + H2O

При использовании катализаторов, содержащих наряду с оксидом алюминия высокодисперсное серебро и другие компоненты, процесс дегидратации может быть совмещён с контролируемым окислением этилена элементным кислородом, в результате чего с удовлетворительным выходом удается реализовать одностадийный процесс получения окиси этилена:

2CH3CH2OH +O2 → 2C2H4O + 2H2O

В присутствии катализатора, содержащего оксиды алюминя, кремния, цинка и магния, претерпевает серию сложных превращений с образованием в качестве основного продукта бутадиена (реакция Лебедева):

2C2H5OH → CH2=CH-CH=CH2 + H2O + H2

В 1932 году на основе этой реакции в СССР было организовано первое в мире крупнотоннажное производство синтетического каучука.

В слабощелочной среде образует иодоформ:

C2H5OH + 4I2 + 6NaHCO3 → CHI3 + HCOONa + 5NaI + 5H2O + 6CO2

Эта реакция имеет некоторое значение для качественного и количественного определения этанола в отсутствии других веществ, дающих подобную реакцию.

Пожароопасные свойства

Легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость; давление насыщенного пара, кПа: lg p = 7.81158-1918.508/(252.125+t) при температуре от −31 до 78°С; теплота сгорания - 1408 кДж/моль; теплота образования -239,4 кДж/моль; температура вспышки 13°С (в закрытом тигле), 16°С (в открытом тигле); температура воспламенения 18°С; температура самовоспламенения 400°С; концентрационные пределы распространения пламени 3,6 - 17,7 % объёма; температурные пределы распространения пламени: нижний 11°С, верхний 41°С; минимальная флегматизирующая концентрация, % объёма: CO2 - 29.5, H2O - 35.7, N2 - 46; максимальное давление взрыва 682 кПа; максимальная скорость нарастания давления 15,8 МПа/с; скорость выгорания 0,037 кг/(м2 с); максимальная нормальная скорость распространения пламени - 0,556 м/с; минимальная энергия зажигания - 0,246 МДж; минимальное взрывоопасное содержание кислорода 11,1% объёма.

Применение

Топливо

Первым использовал этанол в качестве моторного топлива Генри Форд, который в 1880 г. создал первый автомобиль, работающий на этаноле. Возможность использования спиртов в качестве моторного топлива была показана также в 1902 г., когда на конкурсе в Париже были выставлены более 70 карбюраторных двигателей, работающих на этаноле и смесях этанола с бензином.

Этанол может использоваться как топливо, в т. ч. для ракетных двигателей (так, 70%-й водный этанол использовался в качестве топлива в первой в мире серийной баллистической ракете - немецкой «Фау-2»), двигателей внутреннего сгорания, бытовых, походных и лабораторных нагревательных приборов (т. н. "спиртовок"), грелок для туристов и военнослужащих (каталитическое автоокисление на платиновом катализаторе). Ограниченно (в силу своей гигроскопичности) 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 антифризов 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

• по своему действию этиловый спирт можно отнести к антисептикам;
• как обеззараживающее и подсушивающее средство, наружно;
• подсушивающие и 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 лёгких;
• в согревающих компрессах;
• для физического охлаждения при лихорадке (для растирания);
• компонент общей анестезии в ситуации дефицита медикаментозных средств;
• как пеногаситель при отёке лёгких в виде ингаляции 33 % раствора;
• этанол является противоядием при отравлении некоторыми токсичными спиртами, такими как метанол и этиленгликоль. Его действие обусловлено тем, что фермент алкогольдегидрогеназа, при наличии нескольких субстратов (например, метанол и этанол) осуществляет лишь конкурентное окисление, благодаря чему после своевременного (почти немедленного, вслед за метанолом/этиленгликолем) приёма этанола уменьшается текущая концентрация токсичных метаболитов (для метанола - формальдегида и муравьиной кислоты, для этиленгликоля - щавелевой кислоты).

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 основным компонентом спиртных напитков (водка, вино, джин, пиво 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 %. кумысе содержится 1-3 % этанола (в крепком до 4,5 %), в квасе - от 0,5 до 1,2 %.

Растворитель для пищевых ароматизаторов. Может быть использован как консервант для хлебобулочных изделий, а также в кондитерской промышленности.

Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E1510 .

Энергетическая ценность этанола - 7,1 ккал/г.

Прочее

Применяется для фиксирования и консервирования биологических препаратов.

Мировое производство этанола

Производство этанола по странам, млн литров. Данные ethanolrfa.org.

Применение этанола в качестве автомобильного топлива

Топливный этанол делится на биоэтанол и этанол, полученный другими методами (из отходов пластмасс, синтезированный из газа и т. п.).

Биоэтанол - это жидкое этанолсодержащее топливо, получаемое специальными заводами из крахмал-, целлюлозо- или сахаросодержащего сырья по системе укороченной дистилляции (позволяет получать качество, достаточное для использование в качестве топлива). Содержит метанол и сивушные масла, что делает его совершенно непригодным для питья. Применяется в чистом виде (точнее в виде азеотропа 96,6 %), а чаще в смеси с бензином (так называемый газохол) или дизельным топливом. Производство и использование биоэтанола увеличивается в большинстве стран мира, как более экологичная и возобновляемая альтернатива нефти.

Полноценно использовать биоэтанол способны лишь автомобили с соответствующим двигателем или с универсальным Flex-Fuel (способен потреблять смеси бензин/этанол с любым соотношением). Бензиновый двигатель способен потреблять бензин с добавкой этанола не более 30%, возможно также переоборудование обычного бензинового двигателя, но это экономически нецелесообразно.

Проблемой является недостаточная смешиваемость бензина и дизельного топлива с этанолом, из-за чего последний нередко выслаивается (при низких температурах всегда). Особенно эта проблема актуальна для России. Решения этой проблемы на данный момент не найдено.

Преимуществом смесей этанола с другими видами топлива перед «чистым» этанолом является лучшая зажигаемость, благодаря низкому содержанию влаги, тогда как «чистый» этанол (марка E100, с практическим содержанием C2H5OH 96,6 %) является неразделяемым дистилляцией азеотропом. Разделение же иными способами невыгодно. При добавлении этанола к бензину или дизелю происходит выслаивание воды.

В разных странах действуют следующие государственные программы применения этанола и содержащих его смесей на транспорте с двигателями внутреннего сгорания:

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 миллиардов литров из целлюлозы (стебли кукурузы, рисовая солома, отходы лесной промышленности).

Внедрение производства биотоплива является затратным процессом, однако дает экономике преимущества впоследствии. Так например, 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 долларов 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.

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

Барда является вторичным кормовым сырьём, а также может быть использована для получения биогаза.

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». Бразилии такие автомобили называют «гибридными». 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 гибридные двигатели. конце 2006 г. в США эксплуатировалось 6 млн автомобилей с такими 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.

Экономичность

Себестоимость бразильского этанола (около 0,19 долларов США за литр в 2006 г.) делает его использование экономически выгодным.

Экологические аспекты

Биоэтанол как топливо часто называют «нейтральным» 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 взято из атмосферы использованными для его производства растениями. Однако, ректификация этанола требует дополнительных затрат энергии, вырабатываемой одним из «традиционных» способов (в т. ч. и сжиганием ископаемого топлива).

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.
• Спирт этиловый синтетический, технический и пищевой, непригодный для производства алкогольной продукции, входит в список ядовитых веществ для целей статьи 234 и других статей Уголовного кодекса Российской Федерации.
• С 2005 года розничная продажа спирта в России запрещена (за исключением районов Крайнего Севера).

Действие этанола на организм человека

Этанол в алкогольных напитках - канцероген с доказанной способностью вызывать рак. зависимости от дозы, концентрации, пути попадания в организм и длительности воздействия этанол также может обладать наркотическим и токсическим действием. Под наркотическим действием обозначается его способность вызвать кому, ступор, нечувствительность к боли, угнетение функций ЦНС, алкогольное возбуждение, привыкание, а также его наркозное действие. Под действием этанола происходит выделение эндорфинов в прилежащем ядре (Nucleus accumbens), у страдающих алкоголизмом также в орбитофронтальной коре (поле 10). Тем не менее, с юридической точки зрения этиловый спирт наркотиком не признан, так как это вещество не включено в международный список контролируемых веществ конвенции ООН 1988 года. определённых дозах к массе тела и концентрациях приводит к острому отравлению и смерти (смертельная разовая доза - 4-12 граммов этанола на килограмм массы тела).

Основной метаболит этанола ацетальдегид является токсичным, мутагенным и канцерогенным веществом. Существуют доказательства канцерогенности ацетальдегида в экспериментах на животных; кроме того, ацетальдегид повреждает ДНК.

Длительное употребление этанола может вызвать такие заболевания, как цирроз печени, гастрит, язва желудка, рак желудка и рак пищевода, сердечно-сосудистые заболевания.

Употребление этанола может вызвать оксидативное повреждение нейронов головного мозга, а также их гибель вследствие повреждения гемато-энцефалического барьера.

Злоупотребление алкогольными напитками может привести к клинической депрессии и алкоголизму.

Этанол является естественным метаболитом человеческого организма и может в небольших количествах синтезироваться в тканях организма (истинный эндогенный алкоголь) или в желудочно-кишечном тракте в результате процессов ферментации углеводной пищи (условный эндогенный алкоголь). Количество эндогенного алкоголя редко превышает 0,18 промилле, что находится на границе чувствительности самых современных приборов. Обычный алкотестер такие количества определить не может.

Виды и марки этанола

• Ректификат (точнее, спирт-ректификат) - это очищенный путём ректификации этиловый спирт, содержит 95,57 %, химическая формула C2H5OH. Может выпускаться по ГОСТ 18300-72 (Госстандарт СССР, спирт этиловый ректификованный технический, технические условия) и ГОСТ 5964-82; ГОСТ 5964-93. зависимости от степени очистки технический этиловый ректификованный спирт выпускают марки «Экстра» и двух сортов: высшего и первого

• Спирт этиловый абсолютированный - содержание спирта >99,9 %.

• Спирт медицинский - содержание спирта 96,4-96,7%.

Этимология названий

Для обозначения данного вещества используется несколько наименований. Технически наиболее правильным является термин этанол или этиловый спирт. Однако значительное распространение получили названия алкоголь, винный спирт или просто спирт, хотя спирты, или алкоголи - это более широкий класс веществ.

Этимология термина «этанол»

Названия этанол и этиловый спирт указывают на то, что данное соединение содержит в своей основе этил - радикал этана. При этом слово спирт (суффикс -ол) в названии указывает на содержание гидроксильной группы (-OH), характерной для спиртов.

Этимология названия «алкоголь»

Название алкоголь происходит от араб. ‏الكحل‎‎ аль-кухуль, означающего мелкий порошок, полученный возгонкой, порошкообразная сурьма, порошок для подкрашивания век.

В русский язык слово «алкоголь» пришло через его немецкий вариант нем. alkohol. Однако в русском языке сохранился в виде архаизма, по всей видимости, и омоним слова «алкоголь» в значении «мелкий порошок».

Этимология слова «спирт»

Наименование этанола винный спирт произошло от лат. spiritus vini (дух вина). русский язык слово «спирт» пришло через английский его вариант англ. spirit.

В английском языке слово «спирт» в данном значении использовалось уже в середине XIII века, и только начиная с 1610 года слово «спирт» стало употребляться алхимиками для обозначения летучих веществ, что соответствует основному значению слова «spiritus» (испарения) в латинском языке. К 1670-м годам значение слова сузилось до «жидкостей с высоким процентным содержанием алкоголя», а летучие жидкости получили название эфиров.

См. также Этимология названия в статье «Спирты».

Примечания

1. European chemical Substances Information System Проверено 8 декабря 2013.
2. Chastain G (2006). «Alcohol, neurotransmitter systems, and behavior». The Journal of general psychology 133 (4). DOI:10.3200/GENP.133.4.329-335. PMID 17128954.
3. Статья «Абсолютный спирт» в БСЭ.
4. Получение абсолютного спирта
5. Этиловый спирт: химические и физические свойства
6. В.Г.Козин, Н.Л.Солодова, Н.Ю.Башкирцева, А.И.Абдуллин. Современные технологии производства компонентов моторных топлив. Учебное пособие. - Казань: КГТУ, 2009. - 327 с.
7. Средства, влияющие на ЦНС
8. Flomenbaum, Goldfrank et al. Goldfrank"s Toxicologic Emergencies. 8th Edition. - McGraw Hill, 2006. - С. 1465. - 2170 с. - ISBN 0071437630.
9. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. ГОСТ Р 52409-2005 (полный текст)
10. Russell, Nicholas J. Food preservatives. - New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2003. - P. 198. - ISBN 0-306-47736-X.
11. E1510 - спирт этиловый
12. 2008 Ethanol Production Exceeds 9 Billion Gallons
13. Ethanol World Production Statistics
14. Национальная Программа.рф - Альтернативные виды топлива
15. 1 2 Биоэтанол: обзор мирового и российского рынков. Cleandex.
16. Информационно аналитическое агентство «ИНФОБИО»
17. ЭКОТОК
18. 1 2 Россия и Америка в XXI веке
19. Евросоюз с 1 января отказывается от традиционного бензина /16.12.2010
20. биоэтанол, биобензин, альтернативное топливо INNOVATIVE Е 95 проблема использования применения
21. Ottawa to push ethanol, despite concerns (недоступная ссылка с 23-05-2013 (793 дня) - история, копия)
22. Интерфакс Запад
23. India Sets Target of 20 % Biofuels by 2017
24. Ivan Castano Mexican Biofuels Seen Meeting 3 % Blending Target In 2012 2 Май 2011
25. Национальная Биотопливная Ассоциация

Спиртами (или алканолами) называются орга­нические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько гидроксильных групп (групп -ОН), соединенных с углеводородным радикалом.

Классификация спиртов

По числу гидроксильных групп (атомности) спир­ты делятся на:

Одноатомные , например:

Двухатомные (гликоли), например:

Трехатомные , например:

По характеру углеводородного радикала выде­ляют следующие спирты:

Предельные , содержащие в молекуле лишь пре­дельные углеводородные радикалы, например:

Непредельные , содержащие в молекуле крат­ные (двойные и тройные) связи между атомами углерода, например:

Ароматические , т. е. спирты, содержащие в мо­лекуле бензольное кольцо и гидроксильную группу, связанные друг с другом не непосредственно, а через атомы углерода, например:

Органические вещества,содержащие в молекуле гидроксильные группы, связанные непосредственно с атомом углерода бензольного кольца, существенно отличаются по химическим свойствам от спиртов и поэтому выделяются в самостоятельный класс органических соединений-фенолы.

Например:

Существуют и полиатомные (многоатомные спирты),содержащие более трех гидроксильных групп в молекуле. Например, простейший шестиатомный спирт гексаол (сорбит)

Номенклатура и изомерия спиртов

При образовании названий спиртов к названию углеводорода,соответствующего спирту,добавляют (родовой) суффикс-ол.

Цифрами после суффикса указывают положение гидроксильной группы в главной цепи, а префиксами ди-, три-,тетра- и т.д.-их число:

В нумерации атомов углерода в главной цепи положение гидроксильной группы приоритетно перед положением кратных связей:

Начиная с третьего члена гомологического ряда, у спиртов появляется изомерия положения функциональной группы (пропанол-1 и пропанол-2), а с четвертого — изомерия углеродного скелета (бутанол-1, 2-метилпропанол-1). Для них характерна и межклассовая изомерия- спирты изомерны простым эфирам:

Давайте дадим название спирту, формула которого указана ниже:

Порядок построения названия:

1. Углеродная цепь нумеруется с конца к которому ближе находится группа –ОН.
2. Основная цепь содержит 7 атомов С, значит соответствующий углеводород — гептан.
3. Число групп –ОН равно 2, префикс – «ди».
4. Гидроксильные группы находятся при 2 и 3 атомах углерода, n = 2 и 4.

Название спирта: гептандиол-2,4

Физические свойства спиртов

Спирты могут образовывать водородные связи как между молекулами спирта, так и между молекулами спирта и воды. Водородные связи возникают при взаимодействии частично положительно заряженного атома водорода одной молекулы спирта и частично отрицательно заряженного атома кислорода другой молекулы.Именно благодаря водородным связям между молекулами спирты имеют аномально высокие для своей молекулярной массы температуры кипения.Так, пропан с относительной молекулярной массой 44 при обычных условиях является газом, а простейший из спиртов-метанол,имея относительную молекулярную массу 32, в обычных условиях-жидкость.

Низшие и средние члены ряда предельных одноатомных спиртов,содержащих от 1 до 11 атомов углерода-жидкости.Высшие спирты(начиная с C 12 H 25 OH) при комнатной температуре-твердые вещества. Низшие спирты имеют алкогольный запах и жгучий вкус,они хорошо растворимы в воде.По мере увеличения углеродного радикала растворимость спиртов в воде понижается, а октанол уже не смешивается с водой.

Химические свойства спиртов

Свойства органических веществ определяются их составом и строением. Спирты подтверждают общее правило. Их молекулы включают в себя углеводородные и гидроксильные группы, поэтому химические свойства спиртов определяются взаимодействием друг на друга этих групп.

Характерные для данного класса соединений свойства обусловлены наличием гидроксильной группы.

1. Взаимодействие спиртов со щелочными и щелочноземельными металлами. Для выявления влияния углеводородного радикала на гидроксильную группу необходимо сравнить свойства вещества, содержащего гидроксильную группу и углеводородный радикал,с одной стороны, и вещества,содержащего гидроксильную группу и не содержащего углеводородный радикал,-с другой. Такими веществами могут быть,например, этанол (или другой спирт) и вода. Водород гидроксильной группы молекул спиртов и молекул воды способен восстанавливаться щелочными и щелочноземельными металлами(замещаться на них)
2. Взаимодействие спиртов с галогеноводородами. Замещение гидроксильной группы на галоген приводит к образованию галогеналканов. Например:
   Данная реакция обратима.
3. Межмолекулярная дегидратация спиртов- отщепление молекулы воды от двух молекул спиртов при нагревании в присутствии водоотнимающих средств:
   В результате межмолекулярной дегидратации спиртов образуются простые эфиры. Так, при нагревании этилового спирта с серной кислотой до температуры от 100 до 140°С образуется диэтиловый (серный) эфир.
   
4. Взаимодействие спиртов с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров(реакция этерификации)
   
   Реакция этерификации катализируется сильными неорганическими кислотами. Например, при взаимодействии этилового спирта и уксусной кислоты образуется-этилацетат:
   
5. Внутримолекулярная дегидратация спиртов происходит при нагревании спиртов в присутствии водоотнимающих средств до более высокой температуры,чем температура межмолекулярной дегидратации. В результате образуются алкены. Эта реакция обусловлена наличием атома водорода и гидроксильной группы при соседних атомах углерода. В качестве примера можно привести реакцию получения этена (этилена) при нагревании этанола выше 140°С в присутствии концентрированной серной кислоты:
   
6. Окисление спиртов обычно проводят сильными окислителями, например, дихроматом ка­лия или перманганатом калия в кислой среде. При этом действие окислителя направляется на тот атом углерода, который уже связан с гидро­ксильной группой. В зависимости от природы спирта и условий проведения реакции могут обра­зовываться различные продукты. Так, первичные спирты окисляются сначала в альдегиды, а затем в карбоновые кислоты: При окислении вторичных спиртов образуются кетоны:
   
   Третичные спирты достаточно устойчивы к окислению. Однако в жестких условиях (сильный окислитель, высокая температура) возможно окисление третичных спиртов, которое происходит с разрывом углерод-углеродных связей, ближай­ших к гидроксильной группе.
7. Дегидрирование спиртов. При пропускании паров спирта при 200-300 °С над металлическим катализатором, например медью, серебром или платиной, первичные спирты превращаются в аль­дегиды, а вторичные - в кетоны:
   
   
8. Качествен­ная реакция на многоатомные спирты.
   Присутствием в молекуле спирта одновремен­но нескольких гидроксильных групп обусловлены специфические свойства многоатомных спиртов, которые способны образовывать растворимые в во­де ярко-синие комплексные соединения при взаимо­действии со свежеполученным осадком гидроксида меди (II). Для этиленгликоля можно записать:
   
   Одноатомные спирты не способны вступать в эту реакцию. Поэтому она является качествен­ной реакцией на многоатомные спирты.
   

Получение спиртов:

Применение спиртов

Метанол (метиловый спирт СН 3 ОН) - бесцветная жидкость с характерным запахом и температурой кипения 64,7 °С. Горит чуть голубоватым пламенем. Историческое название метанола - древесный спирт объясняется одним из путей его получения способом перегонки твердых пород дерева (греч. methy - вино, опьянеть; hule - вещество, древесина).

Метанол требует осторожного обращения при работе с ним. Под действием фермента алкогольдегидрогеназы он превращает­ся в организме в формальдегид и муравьиную кислоту, которые повреждают сетчат­ку глаза, вызывают гибель зрительного нерва и полную потерю зрения. Попадание в организм более 50 мл метанола вызывает смерть.

Этанол (этиловый спирт С 2 Н 5 ОН) - бесцветная жидкость с характерным запахом и температу­рой кипения 78,3 °С. Горюч. Смешивается с водой в любых соотношениях. Концентрацию (крепость) спирта обычно выражают в объемных процентах. «Чистым» (медицинским) спиртом называют про­дукт, полученный из пищевого сырья и содержа­щий 96 % (по объему) этанола и 4 % (по объему) воды. Для получения безводного этанола - «аб­солютного спирта» этот продукт обрабатывают ве­ществами, химически связывающими воду (оксид кальция, безводный сульфат меди (II) и др.).

Для того чтобы сделать спирт, используемый в технических целях, непригодным для питья, в него добавляют небольшие количества трудноот­делимых ядовитых, плохо пахнущих и имеющих отвратительный вкус веществ и подкрашивают. Содержащий такие добавки спирт называют дена­турированным, или денатуратом.

Этанол широко используется в промышленности для производства синтетического каучука, лекар­ственных препаратов, применяется как раствори­тель, входит в состав лаков и красок, парфюмерных средств. В медицине этиловый спирт - важнейшее дезинфицирующее средство. Используется для при­готовления алкогольных напитков.

Небольшие количества этилового спирта при попадании в организм человека снижают болевую чувствительность и блокируют процессы торможе­ния в коре головного мозга, вызывая состояние опьянения. На этой стадии действия этанола увели­чивается водоотделение в клетках и, следователь­но, ускоряется мочеобразование, в результате чего происходит обезвоживание организма.

Кроме того, этанол вызывает расширение крове­носных сосудов. Усиление потока крови в кожных капиллярах приводит к покраснению кожи и ощу­щению теплоты.

В больших количествах этанол угнетает дея­тельность головного мозга (стадия торможения), вызывает нарушение координации движений. Про­межуточный продукт окисления этанола в организ­ме - ацетальдегид - крайне ядовит и вызывает тяжелое отравление.

Систематическое употребление этилового спир­та и содержащих его напитков приводит к стой­кому снижению продуктивности работы головного мозга, гибели клеток печени и замене их соедини­тельной тканью - циррозу печени.

Этандиол-1,2 (этиленгликоль) - бесцветная вязкая жидкость. Ядовит. Неограниченно раство­рим в воде. Водные растворы не кристаллизуются при температурах значительно ниже О °С, что по­зволяет применять его как компонент незамерзаю­щих охлаждающих жидкостей - антифризов для двигателей внутреннего сгорания.

Пролактриол-1,2,3 (глицерин) - вязкая сиропо­образная жидкость, сладкая на вкус. Неограниченно растворим в воде. Нелетуч. В качестве составной ча­сти сложных эфиров входит в состав жиров и масел.

Широко используется в косметике, фармацевтиче­ской и пищевой промышленностях. В косметических средствах глицерин играет роль смягчающего и успо­каивающего средства. Его до­бавляют к зубной пасте, чтобы предотвратить ее высыхание.

К кондитерским изделиям глицерин добавляют для пре­дотвращения их кристаллиза­ции. Им опрыскивают табак, в этом случае он действует как увлажнитель, предотвращаю­щий высыхание табачных листьев и их раскрошивание до переработки. Его добавляют к клеям, чтобы предохранить их от слишком быстрого высыхания, и к пластикам, особенно к целлофану. В последнем случае глицерин выполняет функции пластификато­ра, действуя наподобие смазки между полимерными молекулами и, таким образом, придавая пластмассам необходимую гибкость и эластичность.

Этиловый спирт («этанол» по международной химической классификации) широко используется в медицине, в качестве дезинфицирующего средства, а также в некоторых областях промышленности как растворитель, топливо, компонент антифризов. Кроме того, этанол – главный действующий компонент алкогольных напитков.

Почему структурная формула этанола недостаточно точная

Формула любого химического вещества должна содержать информацию о том, и каких атомов содержится в его . Этиловый спирт состоит из трех элементов: углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О). При этом каждая молекула этанола включает в себя 2 атома углерода, 6 атомов водорода и 1 атом кислорода. Следовательно, эмпирическая (простейшая) этого химического соединения таким образом: С2Н6О. Казалось бы, этого вполне достаточно.

Однако использование одной лишь эмпирической формулы привести к ошибке. Дело в том, что точно такая же формула С2Н6О и к другому веществу – диметиловому эфиру, находящемуся при нормальных в газообразном состоянии, а не в жидком, как этанол. И, разумеется, химические у этого вещества также отличаются от свойств этилового спирта.

Поэтому использовать одну лишь эмпирическую формулу для описания этилового спирта нельзя.

Какова структурная формула этанола

В таких случаях на помощь приходят более точные структурные формулы, которые содержат информацию не только о количестве и виде атомов элементов в молекуле, но и об их расположении, взаимных связях. Структурная формула этанола такова: С2Н5ОН или еще более точно - СН3-СН2-ОН. Эта формула указывает на то, что молекула этанола состоит из двух основных частей: этильного радикала С2Н5 и гидроксильного радикала (его называют гидроксил-группой) ОН.

С помощью структурной формулы можно сделать вывод о химических свойствах вещества, обусловленного наличием в его составе весьма активной гидроксил- , в сторону которой из-за атома кислорода, второго по электроотрицательности (после фтора) элемента, смещена электронная плотность молекулы.

Для сравнения структурная формула упоминавшегося диметилового эфира СН3-О-СН3. То есть, это симметричная молекула.

Формула С2Н5ОН весьма простая и обычно запоминается очень легко, читается она как «Цэ два аш пять о аш».

Основным сырьем для производства водок служит спирт этиловый ректификованный. Спирт этиловый ректификованный представляет собой прозрачную бесцветную жидкость без посторонних запахов и привкусов, удельный вес безводного спирта при 20 °С — 0,78927 г/см 3 . Название класса органических соединений — спирты происходит от английского «spirt» и латинского «spirtus», или иначе алкоголи — от арабского «al-kuhl». Этиловый спирт или этанол (в соответствии с Международной классификацией и номенклатурой химических соединений) впервые был синтезирован из этилена в 1855 г.

Общая химическая формула С 2 Н 6 0, отражающая состав этилового спирта, была установлена раньше, в 1807 г. Вначале этанол рассматривали как гидрат этилена С 2 Н 4 . Н 2 0, но затем выявили в нем наличие радикала С 2 Н 5 и группы ОН. Поэтому многие ученые относили его к типу воды. Только после того, как удалось синтезировать спирт, была предложена его структурная формула:

которая пишется СН 3 СН 2 ОН.

Молекулярная масса этилового спирта составляет 46,07. Как видно из формулы, этанол является насыщенным спиртом, производным углерода алифатического ряда — этана, в котором один атом водорода замещен гидроксиль-ной группой ОН.

Так как этанол содержит одну группу ОН, он относится к одноатомным спиртам. Наличием гидроксильной группы в значительной степени обусловлены химические свойства и реакционная способность этилового спирта.

Этанол принадлежит к гигроскопичным веществам, поэтому при хранении в недостаточно герметичных емкостях происходит не только его испарение, но и поглощение влаги из воздуха, в результате чего понижается крепость. Этанол смешивается с водой в любых соотношениях. Это свойство объясняется тем, что этиловый спирт содержит небольшое количество углеродных атомов и имеет строение, близкое к строению воды. Этиловый спирт можно рассматривать и как производное углеводорода этана, и как производное воды, в молекуле которой атом Н замещен углеводородным радикалом (Н-ОН и С 2 Н 5 -ОН).

Реакция химически чистого этилового спирта нейтральная, в отличие от спирта этилового ректификованного, полученного в промышленных условиях, который содержит в незначительном количестве органические кислоты и имеет слабокислую реакцию.

Этиловый спирт относится к легко воспламеняющимся жидкостям, при его горении образуется диоксид углерода и вода. Пожарная опасность этанола характеризуется температурой вспышки (13 °С) и температурными пределами взрываемости — нижним, равным 11 °С, и верхним, равным 41 "С. Температура кипения этанола +78,3 °С, температура замерзания —117 °С. Температура замерзания водно-спиртовой смеси с содержанием спирта 40 % об. —28 °С. Пары спирта вредны для здоровья человека. Предельно допустимая концентрация спирта в воздухе составляет 1 мг/дм 3 .

Требования, предъявляемые к качеству зерна при производстве спирта

Одной из наиболее важных задач, стоящих перед российскими производителями алкогольной продукции, является получение высококачественного этилового спирта. В соответствии с нормативными документами и государственными стандартами к качеству этилового спирта предъявляются высокие требования, которые касаются физико-химических и органолептических показателей.

Получение спирта этилового ректификованного из сельскохозяйственного сырья относится к биотехнологическим производствам, использующим микроорганизмы вначале для превращения субстрата, а в дальнейшем, при сложных биохимических превращениях продуктов обмена веществ, в готовый продукт — этанол.

На всех стадиях технологического процесса, начиная с приемки зерна и заканчивая процессом ректификации, происходят механические и химические процессы, каждый из которых по-своему воздействует на органолептические показатели этилового спирта.

К факторам, влияющим на органолептические показатели этилового спирта, относятся:

♦ сырье (виды зерна, его состояние, запах, условия хранения и т. д.);

♦ способ подработки (на складе, в производстве, степень помола);

♦ технологическая схема подготовки зерна к осахарива-нию (традиционная, механико-ферментативная);

♦ процесс гидролиза крахмала (осахаривающие материалы, их дозировка, состояние);

♦ внесение дрожжей (расы дрожжей);

♦ процесс сбраживания (нарастание кислотности, продолжительность брожения);

♦ вспомогательные материалы (дезинфицирующие и антисептические средства);

♦ санитарное состояние оборудования (трубопроводы, теплообменники, испарительная камера, передаточный чан).

Одним из основных факторов, влияющих на получение высококачественного спирта, является качество сырья. Положение с сырьем достаточно сложно, так как нет государственных поставок зерна, и основная часть поступает на предприятия по контрактам, заключаемым с разными поставщиками по договорной цене.

В соответствии со схемой технохимического контроля в зерне определяют влажность, сорность и крахмальность, не учитывая такие показатели, как стекловидность, наличие клейковины, кислотности и т. д.

До настоящего времени отсутствует нормативно-техническая документация (нет государственного стандарта) на зерно, используемое для производства пищевого спирта. Однако определенные требования к сырью отражены в «Регламенте на производство спирта из крахмалосодержа-щего сырья», в частности — установления сорности, содержания токсичных примесей (сорняков, семян, протравителей и т. д.), зараженности вредителями хлебных злаков.

Качество зерна в первую очередь влияет на органолеп-тические свойства вырабатываемого из него спирта. Одним из наиболее существенных показателей качества зерна является его запах. Зерна и семена всех культур способны поглощать (сорбировать) из окружающей среды пары различных веществ и газы, что объясняется капиллярно-пористой структурой каждого зерна и скважистостью зерновой массы. Зерно, зараженное амбарными вредителями, может быть заражено и продуктами их жизнедеятельности.

Так, при наличии в зерне клещей образуется специфически неприятный запах, ухудшающий вкус и цвет зерна. В результате повреждения оболочки зерна создаются условия для развития микроорганизмов, что может способствовать накоплению микотоксинов. Переработка такого зерна не вызывает затруднений, однако наличие большого числа насекомых может отрицательно сказаться на органолептичес-ких показателях спирта.

Для получения спирта зачастую используют некачественное, дефектное зерно:

♦ с повышенной сорностью (содержание органических и минеральных примесей от 5 % и выше);

♦ свежеубранное и недозрелое;

♦ подвергнутое самосогреванию;

♦ поврежденное сушкой;

♦ пораженное головней и спорыньей;

♦ пораженное фузариозом.

Переработка свежеубранного и недозрелого зерна без выдержки для дозревания часто происходит с нарушением технологии, которое выражается в интенсивном вспенивании бражки из-за повышенного содержания растворимых веществ (сахаров, аминокислот) и пониженного содержания крахмала и белков. Это часто приводит к затруднению бражки и, естественно, к снижению производительности бродильного отделения.

Кроме недозрелого, свежеубранного зерна, на переработку часто поступает зерно, поврежденное сушкой, зараженное вредными примесями и вредителями сельского хозяйства, пожелтевшее, перезимовавшее в поле, пораженное фузариозом и т. д.

Цвет эндосперма зерна, поврежденного сушкой, может измениться от кремового до светло-коричневого и черного. Зерна с черными эндоспермами при анализе сорности относят к сорной примеси, так как в горевшем зерне в поле или при хранении накапливается масляная и другие органические кислоты, отрицательно влияющие на качество дрожжей и спирта, который приобретает горечь и неприятный запах. В горелом зерне повышено содержание канцерогенных веществ, в частности бензпирена, концентрация которого, по исследованиям ВНИИЗ, может достигать 2,2мкг/кг, что отрицательно влияет на жизнедеятельность дрожжей. Поэтому его перерабатывают только в смеси со

здоровым зерном, причем горелых зерен должно быть не более 8...10%.

Очень часто на предприятия поступает зерно, пораженное головней, спорыньей и другими вредными примесями, количество которых должно быть непременно ограничено, так как они отрицательно влияют на органолептические показатели — вкус, запах, особенно вкус, придавая спирту горечь, резкость и жгучесть.

Зерно, зараженное головней и спорыньей, содержит токсичные алкалоиды (эрготамин, эргобозим, аргонин, корнутин), и само становится токсичным. Перерабатывать такое зерно можно только в смеси со здоровым зерном (зараженного зерна должно быть не более 10 %). Вредные примеси, содержащиеся в зерне и не утилизированные при переработке, крайне нежелательны, так как они придают спирту резкость, жгучесть и очень часто горечь.

Зерно, используемое для производства спирта, имеет в своем составе не только крахмал, содержание которого на абсолютно сухое вещество составляет 65...68%. Остальная часть сухих веществ включает белок, жиры, минеральные вещества, не крахмалистые полисахариды, свободные сахара, декстрины.

В приведены средние значения содержания составных частей зерна. Все указанные соединения участвуют в разнообразных биохимических реакциях на всех стадиях проведения технологического процесса получения спирта.

На первых стадиях производства происходят физико-химические превращения крахмала и его составных частей — набухание и клейстеризация. На всех последующих стадиях — тепловой обработке, осахаривании и брожении — осуществляются ферментативные процессы, приводящие к химическому изменению крахмала и всех составляющих частей зерна — Сахаров, не крахмалистых полисахаридов, пектинов, азотистых и жировых веществ.

Основной реакцией распада Сахаров (фруктозы, сахарозы) в процессе тепловой обработки является образование

Химический состав зерна используемом при производстве спирта

оксиметилфурфурола, который в свою очередь распадается до левулиновой и муравьиной кислот. Аналогичное разложение пентоз происходит с образованием фурфурола. Часть оксиметилфурфурола конденсируется, образуя красящие вещества (желто-коричневого цвета).

Вторая по интенсивности реакция разложения Сахаров в процессе тепловой обработки — это реакция образования меланоидинов (окрашенных соединений), так называемая сахароаминная реакция, протекающая очень сложным путем — переаминирования. Она инициируется гликозидным гидроксилом сахара и аминной группой аминокислот. Среди продуктов меланоидиновой реакции найдены алифатические альдегиды, фурфурол и его производные — формальдегид, метилглиоксаль, ацетоин.

Следующим фактором, влияющим на органолептичес-кие свойства готовой продукции, являются осахаривающие материалы — солод и ферментные препараты культур микроорганизмов. Осахаривающие материалы могут также

косвенно влиять на органолептические показатели спирта. Если на осахаривание поступают инфицированные ферментные препараты или с недостаточной ферментативной активностью (а эти обстоятельства не редкость), то это, как правило, приводит к инфицированному процессу сбраживания. В результате накапливаются нежелательные продукты жизнедеятельности дрожжей с субстратом, приводящие к накоплению вторичных метаболитов, сопутствующих образованию этанола — органических кислот и непредельных соединений.

При закисании бродящей жидкости окисляемость спирта снижается, и при этом ухудшается запах и вкус спирта. Это происходит в результате образования непредельных соединений (кротоновый альдегид, акролеин), а именно они влияют на показатель окисляемости. Их количество мало, но влияние на дегустационные качества спирта очень велико. Непредельные соединения в количестве 1,0...1,4мг/л уже придают спирту горечь и неприятный запах.

Появление инфекции в зерне (в основном в виде молоч-но- и уксуснокислых бактерий) является одной из причин получения некачественного по органолептическим показателям спирта. При сбраживании инфицированного сусла в спирте накапливаются продукты жизнедеятельности инфицирующих микроорганизмов и автолиза дрожжей. При закисании бражек образуется около 20 органических кислот (масляная, изомасляная, уксусная и т. д.), придающих спирту неприятный запах прогорклого масла, а также сложные эфи-ры, продукты окисления спирта и органических кислот. Помимо ухудшения запаха и вкуса спирта, появление инфекции ведет к потерям углеводов и снижению выхода спирта.

На качество спирта также оказывает влияние применение различных рас дрожжей. Правильность выбора рас дрожжей и параметров их сбраживания обеспечивает получение спирта с низким содержанием основных примесей (ацетальдегида, метилацетата, этилацетата, пропанола, изопропанола, изобутанола, бутанола, изоамилола).

Дрожжи вызывают специфический распад аминокислот, присутствующих в среде спиртового брожения, превращая их в первичные спирты:

♦ из лейцина — изоамиловый (СН 3) 2 СНСН2СН 2 ОН;

♦ из изолейцина — амиловый С 2 Н 5 СН(СН 3)СН 2 ОН;

♦ из валина — изобутиловый (СН 3) 2 СНСН 2 ОН.

Эти три спирта входят в состав сивушного масла и происходят из белков, которые обычно содержатся в сырье и подвергаются сбраживанию.

При производстве спирта очень важным компонентом является вода, поскольку она часть субстрата для приготовления сусла, и от чистоты используемой воды (т. е. от количества присутствующих в ней микроорганизмов, растворенных химических веществ и т. д.) зависит качество выпускаемой продукции. На некоторых заводах забор воды производится из водоемов, куда попадают сточные воды, в которых могут содержаться акролеин, пропиловый спирт, кротоновый альдегид. В связи с этим лучше использовать воду из артезианских источников. Исследования показали, что чем выше сухой остаток в спирте (а это чаще наблюдается при повышенном рН спирта — 7,8...9,0), тем хуже его органолептическая оценка. Сухой остаток при рН спирта 7,8...9,0 составляет от 0 до 24мг/дм 3 . В спирте, полученном из мелассы, сухой остаток выше из-за добавляемых в расси-ропку питательных солей.

После брагоректификации в этиловом спирте остаются токсичные примеси, которые определяются в соответствии со стандартом на этиловый спирт из пищевого сырья — уксусный альдегид, эфиры (этилацетат, метилацетат), сивушные масла (1-пропанол, 2-пропанол, 1-бутанол, изоамилол, изобутиловый спирт) и метанол. Вместе с тем в спирте разными способами и методами обнаружены еще более 200 химических соединений, концентрацию которых очень сложно и трудно установить существующими методами, применяемыми для анализа спирта. Так, высшие эфиры, которые иногда присутствуют в спирте, придают ему еле уловимый

фруктовый запах. Диэтиловый эфир, имеющий гнилостный запах, придает спирту горечь. Высшие спирты (гепти-ловый, нониловый) снижают на 5...7 мин показатель окисляемости, а также придают спирту жгучесть и горечь во вкусе и запах прогорклого масла.

На качество и в первую очередь на органолептические показатели спирта могут влиять нетипичные примеси, пестициды, микробные и иные токсины, краун-эфиры и т. д.

Технология спирта

Получают этиловый спирт тремя способами: ферментативным (или биохимическим), химическим и синтетическим.

В первом случае происходит сбраживание сахара под действием ферментов, дрожжей:

Во втором случае вырабатывают технический спирт из растительного сырья с высоким содержанием клетчатки негидролизуемыми ферментами дрожжевой клетки (древесных опилок, соломы, торфа, мха и т. п.) и из сульфитных щелоков (отходов целлюлозно-бумажного производства), содержащих до 1,5% сахара, химическим способом воздействуя на сырье минеральными кислотами.

В третьем случае получают технический синтетический спирт путем присоединения к этилену воды в присутствии катализатора:

Спирт этиловый ректификованный пищевой получают только из пищевого сырья. Основным сырьем для производства спирта является картофель, зерно, патока.

Производство спирта этилового ректификованного состоит из следующих этапов:

♦ подготовительного — очистка сырья от примесей, приготовление солода;

♦ основного — разваривание крахмалистого сырья, оса-харивание крахмала, сбраживание осахаренной массы, перегонка бражки и получение сырого спирта;

♦ завершающего — ректификация (повторная перегонка с целью очистки этилового спирта от примесей).

Лучшим видом растительного сырья для производства спирта является картофель. Для переработки на спирт применяют высокоурожайные технические сорта картофеля, обладающие высокой крахмалистостью, устойчивые при хранении.

Зерно применяется в качестве сырья и для получения солода — проросшего зерна, являющегося источником ферментов, которые расщепляют крахмал до сбраживаемых Сахаров. Как крахмалосодержащее сырье применяются различные зерновые культуры; качество зерна в этом случае не регламентируется. Меласса является отходом сахарного производства. Основной составной частью ее является сахароза, которая в условиях спиртового производства полностью сбраживается и превращается в спирт.

На ряде спиртовых заводов вместо солода применяют ферментативные препараты микробного происхождения и содержащие амилолитические и декстринолитические ферменты. Готовят их из плесневелых грибов аспергиллю-соризе и аспергиллюс авамори, выращиваемый на отрубях. Ферментные препараты применяются для полной замены солода, а также в смеси с солодом в различных соотношениях.

Вспомогательными материалами в производстве спирта являются кислоты — серная, соляная и ортофосфорная, соли — суперфосфат, сернокислый амоний, диаммонийфос-фат; антисептики — формалин и хлорная известь.

двух или большего числа компонентов, кипящих при различной температуре. В спиртовом производстве перегонкой называется выделение из бражки этилового спирта вместе с летучими примесями. При простой перегонке, то есть кипячении смесей и конденсации выделяемых паров, может быть достигнута крепость дистиллята 55,4 % об. Для получения конденсата более высокой крепости необходимо провести повторную (многократную) перегонку.

Для выделения спирта-сырца из бражки применяются колонны, оборудованные тарелками, на каждой из которых происходит вываривание бражки в противотоке с паром.

Спирт-сырец содержит ряд примесей, различающихся по температуре кипения. Эфиры, альдегиды, метиловый спирт имеют температуру кипения ниже, чем этиловый спирт, а сложные эфиры, высшие спирты — выше.

Примеси являются вторичными и побочными продуктами спиртового брожения. Большинство их оказывает вредное воздействие на организм человека, и поэтому остаточное количество и состав примесей влияют на качество спирта-ректификата и вырабатываемых из него ликерово-дочных изделий. При общем содержании примесей в спирте-сырце до 6 г/л в их составе идентифицировано более 50 соединений, которые могут быть отнесены к одной из четырех групп химических веществ: альдегидам и кетонам, эфирам, высшим спиртам (сивушные масла) и кислотам.

Получение ректификованного спирта из спирта-сырца осуществляется на многоколонных установках. Каждая колонна имеет свой режим температуры и давления и осуществляет определенную функцию разделения водно-спиртовой смеси.

Брагоперегонная установка (состоит из колонны, дефлегматора и холодильника. Колонна разделена горизонтальными перегородками (тарелками), сообщающимися между собой переливными стаканами. Колонна состоит из двух частей: нижней — бражной А, верхней — спиртовой Б. Работает установка следующим образом —

Схема брагоперегонной установки:

/ — бражный насос; 2— смотровой фонарь; 3 — конденсатор; 4— бражный сепаратор; 5 — дефлегматор; 6 — холодильник; 7— фильтр для спирта 8— ротаметр; 9— контрольный фонарь; 10 — парорегулятор; // — колонна; 12 — регулятор барды

зрелая бражка насосом подается в дефлегматор 5, где подогревается до 70...75°С спиртовыми парами, поднимающимися из спиртовой колонны, и самотеком поступает на верхнюю тарелку бражной колонны. На каждой тарелке поддерживается слой бражки в 50...60 мм. В колонну снизу поступает пар, который подогревает бражку до кипения, образующиеся пары бражки поднимаются вверх. Стекая с тарелки на тарелку, бражка отдает спирт и, уходя из колонны 72, спирта не содержит и называется бардой. Для полной выпарки спирта температура в нижней части колонны поддерживается 103...104 °С.

Водно-спиртовые пары поднимаются вверх в спиртовую колонну, на тарелках которой происходит их постепенное обогащение спиртом. Пары, уходящие с верхней тарелки спиртовой колонны, поступают в дефлегматор, где частично конденсируются, нагревая бражку. Жидкость (флегма)

возвращается в колонну, а пары поднимаются в сепаратор 4 и конденсатор 3, самые крепкие — в холодильник 6, где охлаждаются до температуры 15...2СГС, представляя собой спирт-сырец. Конденсат через смотровой фонарь 2 направляется снова в колонну 77. Холодильник и конденсатор охлаждаются водой. Спирт-сырец из холодильника, проходя через фильтр 7, контрольный фонарь 9, ротаметр 8, поступает в контрольный снаряд и далее — в баки спиртоприем-ного отделения.

Типовые брагоректификационные установки (БРУ), используемые для выделения этилового спирта из бражки, включают ряд технических решений, не позволяющих глубоко очистить конечный продукт от метилового, пропило-вого, изопропилового, изобутилового, изоамилового спиртов, кротонового альдегида и некоторых других примесей, крайне отрицательно влияющих на органолептические показатели ликероводочных изделий и здоровье человека. К числу таких решений следует отнести возврат в исходную бражку сивушного спирта и промывных вод сивушного масла, подачу непастеризованного спирта на 37-ю тарелку эпюрационной колонны, использование лютерной воды для гидроселекции и некоторые другие.

Разработано и запатентовано несколько новых технологических схем брагоректификации, позволяющих значительно повысить органолептические и аналитические показатели ректификованного спирта. При этом производительность БРУ увеличивается на 10...15%, а выход конечного продукта составляет 98...98,5 %.

Указанные показатели достигаются за счет применения метода глубокой гидроселекции, предварительной очистки бражного дистиллята (до его подачи в эпюрационную колонну), разгонки промежуточных фракций в системе брагоректификации с отбором концентрата головной фракции (0,4...0,6%), концентрата пропиловых спиртов (0,3...0,4%), использования новых колонн БРУ и других технологических приемов.

Предложенные БРУ успешно работают на нескольких спиртовых заводах России. Принципиальная схема одной из таких БРУ представлена на

Принципиальная схема БРУ глубокой очистки спирта

Установка включает бражную колонну 7 с бражным подогревателем 4, водяной секцией дефлегматора 5, конденсатором 6, сепаратором диоксида углерода 2, конденсатором сепаратора диоксида углерода 3 и спиртоловушкой грязных погонов (на не показана); эпюрационную колонну 8 с дефлегматором 9, конденсатором 10, кипятильником 77 и баком умягченной горячей воды для гидроселекции 7; спиртовую колонну 77с дефлегматором, включающим бражную 18 и водяную 19 секции, конденсатором 20 и конденсатором паров сивушного масла 27; метанольную колонну 22 с дефлегматором 23, конденсатором 24 и кипятильником 25; разгонную колонну 12 с дефлегматором 13, конденсатором 14, конденсатором паров сивушного масла 15 и сивухопромывателем 16.

Исходную бражку нагревают в бражных подогревателях 18и 4 до 80...85 °С и подают в сепаратор 2, где из нее выделяют диоксид углерода, содержащий пары летучих веществ бражки. Диоксид углерода очищают конденсацией паров в конденсаторе 3 и выводят из брагоректификационной установки, а образовавшийся конденсат направляют совместно с жидкостью из спиртоловушки грязных погонов на питательную тарелку эпюрационной колонны 8.

Отсепарированную бражку подают на верхнюю тарелку бражной колонны 7, где из нее вываривают этиловый спирт и летучие примеси. Пар с верхней тарелки бражной колонны 1 направляют в бражную 4 и водяную 5 секции ее дефлегматора. Бражным диспиллятором из теплообменников 4, 5, 6 питают эпюрационную колонну 8, в верхнюю часть которой подают из бака 7 горячую воду в таком количестве, чтобы концентрация спирта в эпюраторе составляла 16...22%об.

Это обеспечивает сильное увеличение коэффициентов испарения всех примесей этилового спирта. Компоненты сивушного масла и другие промежуточные примеси приобретают головной характер на всех тарелках гидроселекционной зоны колонны 8 и выводятся с фракцией, отбираемой из жидкой фазы тарелки над точкой ввода гидроселекционной воды и направляемой на нижнюю, питательную тарелку разгонной колонны 12. Фракция головных примесей отбирается из конденсатора 10, подается на верхнюю тарелку питания разгонной колонны 12.

Из куба колонны 8 выводят эпюрат, который направляют на тарелку питания спиртовой колонны 17. В колонне осуществляют концентрирование эпюрата и очистку спирта от сопутствующих примесей. Из паровой фазы нижних 5...11-й тарелок колонны 17отбирают фракцию сивушного масла и направляют в конденсатор 21.

Из конденсатора 20 выводят фракцию непастеризованного спирта и передают на верхнюю тарелку питания разгонной колонны 12.

Из жидкой фазы верхних тарелок укрепляющей части колонны /7отбирают ректификованный спирт и направляют на тарелку питания метанольной колонны 22, которая предназначена для глубокой очистки спирта от метанола и головных примесей. Эти примеси отбирают с метанольной фракцией из конденсатора 24 и подают на верхнюю тарелку питания разгонной колонны 12.

Разгонная колонна 12 имеет две питательные тарелки, на верхнюю из которых вводят фракции из конденсаторов 10, 20, 24 и спиртоловушки чистых погонов, вываривают из них метанол и головные примеси, концентрируют их в концентрационной части колонны 12, ее дефлегматоре 13 и отбирают из конденсатора 14 в виде концентрата головной фракции (КГФ). На нижнюю, питательную тарелку колонны 12 подают фракцию сивушного масла из конденсатора 21, промывные воды из сивухопромывателя 16 и выделяют из них промежуточные примеси отбором сивушного масла из паровой фазы нижних 5...11-й тарелок колонны 12 и концентрата пропиловых спиртов из жидкой фазы 18...20-й тарелок этой колонны. Из жидкой фазы тарелок средней зоны колонны /2 выводят фракцию этилового спирта, очищенного от головных примесей, и возвращают в бражку.

Очистка спирта-сырца от примесей с получением ректификованного спирта производится на ректификационных установках.

Ректификация представляет собой многоступенчатую перегонку. Осуществляется она паром в колоннах, состоящих из многоколпачковых тарелок, которые по разделительной способности выборки более эффективны. На ректификационных установках получают ректификованный спирт, этиловый спирт (головную фракцию), содержащий основную часть эфиров и альдегидов, то есть легколетучие компоненты, и сивушное масло — смесь высших спиртов, которые кипят при более высокой температуре. В соответствии с ходом ректификации эти примеси называют головными, промежуточными и хвостовыми.

Головные примеси кипят при температуре ниже температуры кипения этилового спирта. Это альдегиды (муравьиный, уксусный и др.), эфиры (муравьиноэтиловый, уксус-нометиловый, уксусноэтиловый и др.), метиловый спирт.

К хвостовым относятся примеси, кипящие при температуре выше температуры кипения этилового спирта. Это в основном сивушные масла, то есть высшие спирты: пропи-ловый, изопропиловый, бутиловый, изобутиловый, амиловый, изоамиловый и др. К хвостовым примесям относятся также фурфурол, ацетали и некоторые другие вещества.

Промежуточные примеси представляют собой наиболее трудноотделимые группы соединений. В зависимости от условий перегонки они также могут быть и головными, и хвостовыми. В эту группу примесей входят изомасляноэти-ловый, изовалерианоэтиловый, уксусноизоамиловый, изо-валерианоизоамиловый эфиры и другие соединения.

В настоящее время основная масса ректификованного спирта вырабатывается на брагоректификационных установках непрерывного действия, которые состоят из браго-перегонной и ректификационной установок непрерывного действия (применятся трех-, четырех- и пятиколонные установки).

По своему назначению колонны называются:

♦ бражная — для выварки спирта и бражки;

♦ эпюрационная — для выделения головной фракции;

♦ ректификационная — для очистки и выделения ректификованного спирта;

♦ сивушная — для концентрации и выделения высших спиртов (сивушного масла);

♦ колонна окончательной очистки — для получения ректификованного спирта высшего качества.

В зависимости от степени очистки этиловый ректификованный спирт подразделяют на:

♦ 1-го сорта (при производстве алкогольных напитков не используется)

♦ «Базис»

♦ «Экстра»

♦ «Люкс»

♦ «Альфа»

Этиловый ректификованный спирт должен быть выработан в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51652-2000.

По органолептическим показателям этиловый ректификованный спирт должен соответствовать требованиям, указанным в табл.2.

Органолептические показатели спирта этилового ретификованного

Для изготовления водки, качество которой отвечает современным требованиям, с минимальными затратами на проведение технологических процессов, необходимо использовать спирт этиловый ректификованный с отсутствием токсичных примесей. По физико-химическим показателям этиловый ректификованный спирт должен соответствовать требованиям, указанным в.

Спирты «Люкс» и «Экстра» вырабатывают из различных видов зерна и смеси зерна и картофеля (количество крахмала картофеля в смеси не должно превышать 35 % при выработке спирта «Люкс» и 60 % — при выработке спирта «Экстра» и «Базис»). Спирт «Экстра» предназначен для производства водки на экспорт, получают его из зерна в здоровом состоянии.

Спирт «Альфа» вырабатывают из пшеницы, ржи или смеси пшеницы и ржи. Допускается устанавливать требования к соотношению состава сырья при выработке

Физико-химические показатели качества этилового ректификованного спирта в соответствии с ГОСТ Р 51652—2000

спирта для экспорта в соответствии с условиями контракта.

Спирт высшей очистки и 1 сорта в зависимости от исходного сырья вырабатывают:

♦ из зерна, картофеля или зерна и картофеля;

♦ из смеси зерна, картофеля, сахарной свеклы и мелассы, сахара-сырца и другого сахаро- и крахмалосодержащего сырья в различных соотношениях;

♦ из мелассы;

♦ из головной фракции этилового спирта, полученной при выработке спирта из пищевого сырья (ОСТ 10-217-98 «Фракция головная этилового спирта»).

Учет спирта ведется в безводном спирте. Расчет проводится следующим образом — определяется объем и температура спирта в мернике. Специальным ареометром (спиртомером) измеряют плотность, соответствующую определенной крепости. По специальным спиртометрическим таблицам по показаниям спиртомера и температуре находят крепость спирта (в % об.) и множитель, на который умножают объем, и получают количество безводного спирта, в нем содержащегося.

ГОСТом нормируется шесть основных физико-химических показателей безопасности, а предельные значения массовых концентраций токсичных элементов регламентируются СанПиН.

ГОСТом нормируются предельные значения массовых концентраций (в пересчете на безводный спирт) — уксусного альдегида, сивушного масла, сложных эфиров, свободных кислот, фурфурола и метилового спирта.

Наличие фурфурола не допускается вообще, а значение метилового спирта в пересчете на безводный спирт должно быть не более 0,05 %.

Срок хранения спирта не ограничен, но при этом должны соблюдаться условия его хранения согласно инструкции по приемке, хранению, отпуску, транспортированию и учету этилового спирта, утвержденной в установленном порядке.

Подлинность и показатели безопасности определяются по ГОСТ Р 51786-2001 «Водка и спирт этиловый из пищевого сырья. Газохроматографический метод определения подлинности».

Упаковка, маркировка и хранение этилового спирта

Спирт этиловый ректификованный разливают в специально оборудованные цистерны или резервуары, бочки, бутылки, канистры, которые закрывают крышками или пробками, обеспечивающими герметичность, опломбировывают или опечатывают. Бутылки упаковывают в специальные ящики или корзинки. Применение стальной оцинкованной тары запрещается.

На транспортную тару наносят следующую маркировку: наименование предприятия-изготовителя, его адрес; наименование спирта; объем, дал; масса брутто в кг; номер бочки, бутылки, канистры и партии; надпись «Легковоспламеняющаяся жидкость»; знак опасности; классификационный шифр 3212, номер ООН-1170; обозначение стандарта.

Спирт этиловый питьевой 95 % разливают в стеклянные бутылки вместимостью 1,0, 0,5 и 0,25 дм 3 , которые укупоривают корковой пробкой с прокладкой из пергаментной бумаги или полиэтиленовой пробкой, а затем алюминиевым колпачком, на котором нанесены штамп предприятия-изготовителя и объемная доля спирта.

На бутылку наклеивают этикетку с указанием наименования продукта; торговой марки; наименование и местонахождение (адреса) изготовителя, упаковщика, экспортера, импортера; наименование страны и места происхождения товара; товарного знака изготовителя (при наличии); крепости (объемной доли этилового спирта); объема, л; даты розлива (на оборотной или лицевой стороне этикетки, на

колпачках или контрэтикетках или непосредственно на потребительской таре в местах, удобных для прочтения); обозначения нормативной или технической документации, в соответствии с которыми изготовлен и может быть идентифицирован продукт; информации о сертификации.

Бутылки со спиртом укладывают в деревянные ящики, на которых несмываемой краской наносят следующую информацию: наименование предприятия-изготовителя; наименование спирта; количество и вместимость бутылок; масса брутто; дата розлива, обозначение стандарта; надписи «Огнеопасно», «Верх» и «Осторожно — стекло».

Спирт этиловый ректификованный в цистернах и резервуарах хранят вне производственных помещений, а в бочках, бутылях и канистрах — в спиртохранилище. Бутыли и канистры размещают в один ряд, а бочки — не более двух по ширине и высоте в каждом штабеле. Этиловый спирт — летучая, легковоспламеняющаяся жидкость, по степени воздействия на организм человека относится к 4-му классу опасности. Предельно допустимая концентрация паров спирта в воздухе помещений не должна превышать 1000мг/м 3 . Во избежание взрыва, резервуары, оборудование, связанное с технологией, хранением и перемещением этилового спирта, необходимо защищать от статического электричества.

Срок хранения спирта не ограничен.