Методи отримання етилового спирту: від звичайної ферментації до хімічного синтезу

Етиловий спирт, або етиловийAlcohol, є одним з найбільш поширених спиртних напоїв. Він широко використовується в різних областях, включаючи медицину, розважальну промисловість та виробництво. Існує кілька методів отримання етилового спирту, кожен з яких має свої переваги та обмеження.Найбільш поширеним методом отримання етилового спирту є ферментація. У процесі ферментації вуглеводи, такі як цукор або крохмаль, розкладаються мікроорганізмами, такими як дріжджі, на алкоголь і вуглекислий газ. Цей процес добре відомий людям вже тисячоліттями і використовувався для виробництва алкогольних напоїв, таких як вино, пиво та горілка.Однак ферментація має свої обмеження. Вона непридатна для отримання високої концентрації етилового спирту, оскільки висока концентрація алкоголю може вбити мікроорганізми. Крім того, процес ферментації дає неконтрольований продукт, оскільки до складу етилового спирту також входять домішки.У зв'язку з цим, були розроблені інші методи отримання етилового спирту, такі як дистиляція. Під час дистиляції спиртова суміш нагрівається до кипіння, а пари етилового спирту збираються та охолоджуються для отримання конденсованого спирту. Дистиляція дозволяє отримувати етиловий спирт з вищою концентрацією і меншою кількістю домішок.Крім того, існує хімічний синтез етилового спирту, який базується на реакції етилену з водою. Цей процес, відомий як гідратація етилену, може бути проведений з використанням каталізаторів для підвищення швидкості реакції. Хімічний синтез дозволяє отримувати етиловий спирт з високим ступенем очищення і високою концентрацією, але також вимагає використання спеціального обладнання та реагентів.Врешті-решт, метод отримання етилового спирту обирається в залежності від вимог до продукту, його якості та ступеня очистки. Кожен із методів має свої переваги та недоліки, і оптимальний варіант обирається на основі конкретних умов виробництва та вимог ринку.Методи отримання етилового спиртуОсь кілька основних методів отримання етилового спирту:Звичайна ферментація: Цей метод базується на використанні природної здатності дріжджових мікроорганізмів перетворювати цукри на спирт. Для цього цукристий субстрат, такий як плоди або зернові культури, змішується з дріжджами і залишається для бродіння. У процесі бродіння цукри перетворюються на алкоголь, включаючи етиловий спирт.Дистиляція: Спочатку отриманий спирт після бродіння містить багато домішок і має низьку концентрацію етилового спирту. Щоб збільшити концентрацію етилового спирту, проводять його дистиляцію. У процесі дистиляції спирт нагрівають, а потім охолоджують,щоб звільнити його від домішок і зібрати його в окремому посуді.

Фракційна дистиляція: Цей метод використовується для подальшого очищення отриманого спирту. Фракційна дистиляція використовує особливий апарат, що називається колонним/сепараційним столбом, який дозволяє розділити спирт на різні фракції в залежності від їх киплячих точок. Це дозволяє отримати спирт високої концентрації.

Хімічний синтез: Цей метод ґрунтується на використанні хімічних реакцій для перетворення інших речовин в етиловий спирт. Одна з основних хімічних реакцій, що використовуються для отримання етилового спирту, - це гідратація етилену. Під час цієї реакції водень додається до етилену, утворюючи етиловий спирт.

Кожен з цих методів має свої переваги та недоліки в залежності від вимог процесу отримання етилового спирту та його якості.

Ферментація речовин

Ферментація є однимодин з найдавніших способів отримання етілового спирту. Для цього використовують спеціальні мікроорганізми, такі як дріжджі або певні види бактерій. У процесі ферментації цукрів мікроорганізми виділяють ферменти, які каталізують хімічні реакції перетворення цукрів в алкоголі. Кінцевим результатом є отримання етілового спирту в рідкій формі з різною концентрацією.Основними перевагами ферментації є її відносна простота та екологічна безпека. Однак, цей метод має й ряд недоліків. Наприклад, процес ферментації досить тривалий і вимагає певних умов, таких як температура, рН-рівень і наявність кисню. Крім того, ферментація може призвести

до утворення шкідливих домішок, таких як метанол і ацетальдегід, які є токсичними для людського організму.В цілому, ферментація є важливим методом отримання етілового спирту, особливо для виробництва алкогольних напоїв. Однак, розвиток хімічної промисловості призвів до створення більш ефективних і безпечних методів синтезу цієї речовини.Процес починається з осадження дріжджів у рідині, що містить цукор. Дріжджі потім починають поглинати цукор і виділяти ферменти, що перетворюють його на етиловий спирт. Під час цього процесу виділяється також вуглекислий газ.Після закінчення ферментації отримана рідина проходить через процес дистиляції, який дозволяє відокремити етиловий спирт від інших компонентів суміші. Окремо слід відзначити, що дріжджова ферментація цукру є динамічним процесом, який вимагає підтримання певної температури та рівня pH для оптимального розвитку дріжджів.Дріжджова ферментація цукру широко застосовується в харчовій та алкогольній промисловості. Вона є основним способом отримання етилового спирту у вигляді пива, вина та інших спиртних напоїв. Крім того, етиловий спирт, отриманий з процесу бродіння цукру, також використовується в промисловості для виробництва різних хімічних речовин.Гідратація етилену та гідратація етиленуC2H4 + H2O → C2H5OHПри цьому каталізатор, зазвичай фосфорна кислота або кислотна суміш, прискорює хімічну реакцію. Отриманий етиловий спирт може бути очищений і використаний у різних галузях промисловості.Гідратація етилену є одним з основних методів отримання етилового спирту, оскільки вона дозволяє отримати етиловий спирт безпосередньо з етилену, який може бути отриманий з нафтопродуктів за допомогою спеціальних процесів.На протилежному полюсі спектра методів отримання етилового спирту знаходиться гідратація етилену. Цей метод також використовується в промисловості, але вінвідрізняється від гідратації етилену тим, що замість води використовується етанол. Гідратація етилену відбувається за реакцією:C2H4 + C2H5OH → C2H5OC2H5Отриманий етилцелюлоз є можливим до використання у виробництві різних пластмас і полімерів, а також у фармацевтичній та інших галузях промисловості.Синтез з природного газуОдин із шляхів синтезу з природного газу - це перетворення метану в метанол, а потім метанолу - в етанол. Цей метод базується на використанні каталізаторних реакцій, які відбуваються при підвищеній температурі та тиску. Синтез етанолу з природного газу дозволяє ефективно використовувати цей природний ресурс і отримувати необхідну продукцію.Важливо зазначити, що синтез з природного газу вимагає застосування складних технологій і спеціалізованого обладнання. Крім того, цей метод отримання етанолу вимагає великих витрат енергії, що робить його менш економічно вигідним в порівнянні з іншими способами. Однак, з урахуванням зростаючого попиту на етиловий спирт як сировину для виробництва різноманітних продуктів, розвиток методів синтезу з природного газу може стати важливим напрямком досліджень і інновацій в галузі хімічної промисловості.Синтез з ацетиленуОдин з методів синтезу етилового спирту передбачає використання ацетилену, отримуваного з природного газу або нафти. У цьому методі ацетилен пропускають через хромову або мідьзодержащу каталізаторну установку, де здійснюється синтез етилену. Потім етилен пропускають через спиртову колонну, де відбувається з'єднання молекул етилену, утворюючи етиловий спирт.Для збільшення виходу етилового спирту може застосовуватися реакція з реагентами, наприклад, з металевим натрієм та етанолом. У ході реакції ацетилен і етанол перетворюються на етиловий спирт і натрієва сіль етинової кислоти. Ця реакція проводиться в автоклаві при підвищених температурі та тиску.РечовинаРеагентиАцетиленПриродний газ, нафтаЕтиленХромова або мідьзабезпеченаCatalysatorна установкаЕтиловий спиртСпиртова колоннаЕтиловий спиртМеталевий натрій, етанолНатрієва сіль етинової кислотиМеталевий натрій, етанолСинтез етилового спирту з ацетилену є ефективним методом, однак вимагає застосування спеціального обладнання та каталістів, що робить його витратним і не завжди доступним для використання в промислових масштабах.