第一節(jié) 無(wú)水乙醇的定義
無(wú)色澄清液體。有特殊香味。易流動(dòng)。極易從空氣中吸收水分,能與水和氯仿、乙醚等多種有機(jī)溶劑以任意比例互溶。能與水形成共沸混合物(含水4.43%),共沸點(diǎn)78.15℃。相對(duì)密(d204)0.789。熔點(diǎn)-114.1℃。沸點(diǎn)78.5℃。折光率(n20D)1.361。閉杯時(shí)閃點(diǎn)(在規(guī)定結(jié)構(gòu)的容器中加熱揮發(fā)出可燃?xì)怏w與液面附近的空氣混合,達(dá)到一定濃度時(shí)可被火星點(diǎn)燃時(shí)的溫度)13℃。易燃。蒸氣與空氣混合能形成爆炸性混合物,爆炸極限3.5%~18.0%(體積)。該有機(jī)溶劑用途極其廣泛,主要用于醫(yī)療、化妝品、衛(wèi)生用品、油脂與染料方面(可研報(bào)告)。
第二節(jié) 無(wú)水乙醇的制備方法
20世紀(jì)30年代以前,發(fā)酵法是乙醇的唯一工業(yè)生產(chǎn)方法。隨著石油化工的迅速發(fā)展,合成法乙醇的產(chǎn)量越來(lái)越大。但合成法乙醇中夾雜的異構(gòu)高碳醇,對(duì)人的高級(jí)神經(jīng)中樞的麻痹作用,不適宜用作飲料、食品、醫(yī)藥及香料等。因此,即使在石油化工發(fā)達(dá)的國(guó)家,發(fā)酵法乙醇仍然占有一定的比例。
發(fā)酵法
將富含淀粉的農(nóng)產(chǎn)品如谷類、薯類等或野生植物果實(shí)經(jīng)水洗、粉碎后,進(jìn)行加壓蒸煮,使淀粉糊化,再加入適量的水,冷卻至60℃左右加入淀粉酶,使淀粉依次水解為麥芽糖和葡萄糖。然后加入酶母菌進(jìn)行發(fā)酵制得乙醇。
水合法
以乙烯和水為原料,通過(guò)加成反應(yīng)制取。水合法分為間接水合法和直接水合法兩種。間接水合法也稱硫酸酯法,反應(yīng)分兩步進(jìn)行。先把95~98%的硫酸和50~60%的乙烯按2:1(重量比)在塔式反應(yīng)器吸收反應(yīng),60~80℃、0.78~1.96MPa條件下生成硫酸酯。第二步是將硫酸酯在水解塔中,于80~100℃、0.2~0.29MPa壓力下水解而得乙醇,同時(shí)生成副產(chǎn)物乙醚。烯直接與水反應(yīng)生成乙醇。直接水合法即一步法。由乙烯和水在磷酸催化劑存在下高溫加壓水合制得。本法流程簡(jiǎn)單、腐蝕性小,不需特殊鋼材,副產(chǎn)乙醚量少,但要求乙烯純度高,耗電量大。無(wú)論用發(fā)酵法或乙烯水合法,制得的乙醇通常都是乙醇和水的共沸物,即濃度為95%的工業(yè)乙醇。
純化方法
市售的無(wú)水乙醇一般只能達(dá)到99.5%純度,在許多反應(yīng)中需用純度更高的無(wú)水乙醇,經(jīng)常需自己制備。通常工業(yè)用的95.5%的乙醇不能直接用蒸餾法制取無(wú)水乙醇,因95.5%乙醇和4.5%的水形成恒沸點(diǎn)混合物。要把水除去,第一步是加入氧化鈣(生石灰)煮沸回流,使乙醇中的水與生石灰作用生成氫氧化鈣,然后再將無(wú)水乙醇蒸出。這樣得到無(wú)水乙醇,純度最高約99.5%。純度更高的無(wú)水乙醇可用金屬鎂或金屬鈉進(jìn)行處理。
第三節(jié) 無(wú)水乙醇的發(fā)展現(xiàn)狀及前景
無(wú)水乙醇是指體積濃度達(dá)到99.5%以上的無(wú)水乙醇,它不僅是優(yōu)良的燃料,也是燃油的增氧劑。與汽油相比,無(wú)水乙醇最突出的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在清潔和可再生兩方面。近年來(lái),隨著煤炭、石油能源危機(jī)和空氣污染、全球變暖等環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重,無(wú)水乙醇受到極大關(guān)注。
自20世紀(jì)70年代以來(lái),受石油危機(jī)的影響,美國(guó)和巴西開(kāi)始大力發(fā)展無(wú)水乙醇產(chǎn)業(yè)。全球無(wú)水乙醇的總產(chǎn)量由2000年的170億升提高到2016年的986億升,年均復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)11.6%。2015年主產(chǎn)國(guó)中美國(guó)的產(chǎn)量達(dá)到4410萬(wàn)噸,占比為58%,而我國(guó)產(chǎn)量?jī)H244萬(wàn)噸,大約占3%,從消費(fèi)量上看,美國(guó)的無(wú)水乙醇絕對(duì)消費(fèi)量最大(528億升),但巴西的乙醇消費(fèi)占總汽油消費(fèi)的比例最高(48.8%),我國(guó)無(wú)水乙醇消費(fèi)量和在總汽油消費(fèi)中的占比分別為30.8億升和2.1%。從生產(chǎn)和消費(fèi)上看,我國(guó)無(wú)水乙醇產(chǎn)業(yè)尚在發(fā)展初期,未來(lái)具有很大提升空間。
生產(chǎn)原料來(lái)源豐富 ,生產(chǎn)工藝日臻成熟
從生產(chǎn)工藝來(lái)看主要有化學(xué)合成法和生物轉(zhuǎn)化法兩大類,其中化學(xué)合成法以石油天然氣、煤氣或生物質(zhì)氣為主要原料,生物轉(zhuǎn)化法以玉米、甘蔗、木薯等生物質(zhì)發(fā)酵制取乙醇。目前在我國(guó)及世界范圍內(nèi)使用最廣的是生物發(fā)酵法,主要以玉米為原料,大致包括制漿、液化、糖化、發(fā)酵、脫水等步驟。
在無(wú)水乙醇的制備技術(shù)不斷發(fā)展中,根據(jù)原材料和工藝的不同分為第1代、第1.5代和第2代。其中以玉米等糧食作物為原料的第1代無(wú)水乙醇生產(chǎn)技術(shù)最為成熟穩(wěn)定,是目前國(guó)內(nèi)最主要的方式,但過(guò)度使用容易威脅糧食安全。 以 秸稈 等廢棄物為原料的第二代無(wú)水乙醇生產(chǎn)工藝目前在國(guó)內(nèi) 已經(jīng) 具備產(chǎn)業(yè)化 示范 條件, 其 原材料來(lái)源廣泛,是未來(lái)我國(guó)無(wú)水乙醇的主要發(fā)展方向。
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