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乙醇生产工艺文献综述

乙醇生产工艺文献综述

前言

本文写的是年产18000吨纯度为80%乙醇的生产工艺文献综述。

乙醇是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。

因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。

近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。

山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。

乙醇简介

乙醇的结构简式为C2H5OH，俗称酒精，它在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略带刺激性。

乙醇的用途很广，可用乙醇来制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。

医疗上也常用体积分数为70%——75%的乙醇作消毒剂等。

性状

乙醇（纯）为无色透明液体，有特殊香味的气味，易挥发。

能与水、氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多数有机溶剂混溶，相对密度（d15.56）0.816，易燃，蒸气能与空气形成爆炸性混合物。

组成/成分

——乙醇的线键式

乙醇分子是由是由C、H、O三种原子构成（乙基和羟基两部分组成），可以看成是乙烷分子中的一个氢原子被羟基取代的产物，也可以看成是水分子中的一个氢原子被乙基取代的产物。

乙醇分子中的羰键（碳氧键）和羟键（氢氧键）比较容易断裂。

理化常数

密度：

0.78945g/cm^3;（液）20°C

熔点：

-114.3°C（158.8K）

沸点：

78.4°C（351.6K）

在水中溶解时：

pKa=15.9

黏度：

1.200mPa·s（cP），20.0°C

分子偶极矩：

5.64fC·fm（1.69D）（气）

折光率：

1.3614

相对密度（水=1）：

0.79

相对蒸气密度（空气=1）：

1.59

饱和蒸气压（kPa）：

5.33（19℃）

燃烧热（kJ/mol）：

1365.5

临界温度（℃）：

243.1

临界压力（MPa）：

6.38

闪点（℃）：

12

引燃温度（℃）：

363

爆炸上限%（V/V）：

19.0

爆炸下限%（V/V）：

3.3

溶解性：

与水混溶，可混溶于醚、氯仿、甘油等多数有机溶剂。

电离性：

非电解质

乙醇物理性质

乙醇是一种很好的溶剂，既能溶解许多无机物，又能溶解许多有机物，所以常用乙醇来溶解植物色素或其中的药用成分，也常用乙醇作为反应的溶剂，使参加反应的有机物和无机物均能溶解，增大接触面积，提高反应速率。

例如，在油脂的皂化反应中，加入乙醇既能溶解NaOH，又能溶解油脂，让它们在均相（同一溶剂的溶液）中充分接触，加快反应速率，提高反应限度。

乙醇的物理性质主要与其低碳直链醇的性质有关。

分子中的羟基可以形成氢键，因此乙醇黏度很大，也不及相近相对分子质量的有机化合物极性大。

室温下，乙醇是无色易燃，且有特殊香味的挥发性液体。

作为溶剂，乙醇易挥发，且可以与水、乙酸、丙酮、苯、四氯化碳、氯仿、乙醚、乙二醇、甘油、硝基甲烷、吡啶和甲苯等溶剂混溶。

此外，低碳的脂肪族烃类如戊烷和己烷，氯代脂肪烃如1，1，1-三氯乙烷和四氯乙烯也可与乙醇混溶。

随着碳数的增长，高碳醇在水中的溶解度明显下降。

由于存在氢键，乙醇具有潮解性，可以很快从空气中吸收水分。

羟基的极性也使得很多离子化合物可溶于乙醇中，如氢氧化钠、氢氧化钾、氯化镁、氯化钙、氯化铵、溴化铵和溴化钠等。

氯化钠和氯化钾则微溶于乙醇。

此外，其非极性的烃基使得乙醇也可溶解一些非极性的物质，例如大多数香精油和很多增味剂、增色剂和医药试剂。

乙醇的化学性质

酸性（不能称之为酸，不能使酸碱指示剂变色，也不与碱反应，也可说其不具酸性）

——乙醇的各种化学式

乙醇分子中含有极化的氧氢键，电离时生成烷氧基负离子和质子。

CH3CH2OH→（可逆）CH3CH2O-+H+

乙醇的酸性很弱，但是电离平衡的存在足以使它与重水之间的同位素交换迅速进行。

CH3CH2OH+D2O→（可逆）CH3CH2OD+HOD

因为乙醇可以电离出极少量的氢离子，所以其只能与少量金属（主要是碱金属）反应生成对应的醇金属以及氢气：

2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑

乙醇可以和高活跃性金属反应，生成醇盐和氢气。

醇金属遇水则迅速水解生成醇和碱

乙醇具有还原性，可以被氧化成为乙醛。

酒精中毒的罪魁祸首通常被认为是有一定毒性的乙醛，而并非喝下去的乙醇。

例如

2CH3CH2OH+O2→2CH3CHO+2H2O（条件是在催化剂Cu或Ag的作用下加热）

实际上是乙醇先和氧化铜进行反应，然后氧化铜被还原为单质铜，现象为：

黑色氧化铜变成红色。

乙醇也可被高锰酸钾氧化，同时高锰酸钾由紫红色变为无色。

乙醇也可以与酸性重铬酸钾溶液反应，当乙醇蒸汽进入含有酸性重铬酸钾溶液的硅胶中时，可见硅胶由橙红色变为草绿色，此反应现用于检验司机是否醉酒驾车。

乙醇可以与乙酸在浓硫酸的催化并加热的情况下发生酯化作用，生成乙酸乙酯（具有果香味）。

C2H5OH+CH3COOH－浓H2SO4△（可逆）→CH3COOCH2CH3+H2O（此为取代反应，但逆反应催化剂为稀H2SO4或NaOH）

“酸”脱“羧基”，“醇”脱“羟基”上的“氢”

乙醇可以和卤化氢发生取代反应，生成卤代烃和水。

C2H5OH+HBr→C2H5Br+H2O或写成CH3CH2OH+HBr→CH3CH2Br+H-OH

C2H5OH+HX→C2H5X+H2O

乙醇氧化反应

（1）燃烧：

发出淡蓝色火焰，生成二氧化碳和水（蒸气），并放出大量的热，不完全燃烧时还生成一氧化碳，有黄色火焰，放出热量

完全燃烧：

C2H5OH+3O2－点燃→2CO2+3H2O

不完全燃烧：

2C2H5OH+5O2—点燃→2CO2+2CO+6H2O

（2）催化氧化：

在加热和有催化剂（Cu或Ag）存在的情况下进行。

2Cu+O2－加热→2CuO

C2H5OH+CuO→CH3CHO+Cu+H2O

即催化氧化的实质（用Cu作催化剂）

总式：

2CH3CH2OH+O2－Cu或Ag→2CH3CHO+2H2O（工业制乙醛）

乙醇也可被浓硫酸跟高锰酸钾的混合物发生非常激烈的氧化反应，燃烧起来。

（切记要注酸入醇，酸与醇的比例是1:

3）

乙醇可以在浓硫酸和高温的催化发生脱水反应，随着温度的不同生成物也不同。

（1）消去（分子内脱水）制乙烯（170℃浓硫酸）制取时要在烧瓶中加入碎瓷片（或沸石）以免爆沸。

C2H5OH→CH2=CH2↑+H2O

（2）缩合（分子间脱水）制乙醚（130℃-140℃浓硫酸）

2C2H5OH→C2H5OC2H5+H2O（此为取代反应）

脱氢反应；乙醇的蒸汽在高温下通过脱氢催化剂如铜、银、镍或铜-氧化铬时、则脱氢生成醛、

乙醇生产的主要方法:

酒精的生产分为合成法和发酵法，用石油产品生产酒精的合成法已是工艺倒置，而且技术上有困难，已基本不用，因此，发酵法是最有前途的生物能源技术。

从工艺的角度来说，人们熟知的甘蔗、玉米、木薯、谷物等含糖类、淀粉类及纤维素类作物均可作为原料，经前处理、发酵、蒸馏而生产酒精。

淀粉质原料酒精生产的特点

1、在投入生产前必须经过粉碎处理；

2、原料必须经过蒸煮；

3、蒸煮醪要进行糖化，将淀粉转化为可发酵性糖；

4、醪液的粘度先增大，当达到最大限度时，随着温度的继续升高，醪液的粘度下降；

5、蒸煮过程中原料因受高温高压处理，易产生焦糖。

淀粉质原料酒精生产工艺流程

原料→粉碎→蒸煮→糖化→发酵→蒸馏→产品

乙烯水合法工业上有两种方法，一种是以硫酸为吸收剂的间接水合法；另一种是乙烯催化直接水合法。

①间接水合法也称硫酸酯法，反应分两步进行。

首先，将乙烯在一定温度、压力条件下通入浓硫酸中，生成硫酸酯，再将硫酸酯在水解塔中加热水解而得乙醇，同时有副产物乙醚生成。

间接水合法可用低纯度的乙醇作原料、反应条件较温和，乙烯转化率高，但设备腐蚀严重，生产流程长，已为直接水合法取代。

②直接水合法在一定条件下，乙烯通过固体酸催化剂直接与水反应生成乙醇：

CH2=CH2＋H2O=CH3CH2OH

上述反应是放热、分子数减少的可逆反应。

理论上低温、高压有利于平衡向生成乙醇的方向移动，但实际上低温、高压受到反应速率和水蒸气饱和蒸气压的限制。

工业上采用负载于硅藻土上的磷酸催化剂，反应温度260℃～290℃，压力约7MPa，水和乙烯的物质的量比为0.6左右，此条件下乙烯的单程转化率仅5％左右，乙醇的选择性约为95％，大量乙烯在系统中循环。

主要副产物是乙醚，此外尚有少量乙醛、丁烯、丁醇和乙烯聚合物等。

乙醚与水反应能生成乙醇，故将其返回反应器，以提高乙醇的产率。

无论用发酵法或乙烯水合法，制得的乙醇通常都是乙醇和水的共沸物，要得到无水乙醇需进一步脱水。

乙醇的用途：

1、不同浓度消毒剂

99.5%的酒精称为无水酒精。

生物学中的用途：

叶绿体中的色素能在有机溶剂无水乙醇（或丙酮）中，所以用无水乙醇可以提取叶绿体中的色素

95%的酒精用于擦拭紫外线灯。

这种酒精在医院常用，而在家庭中则只会将其用于相机镜头的清洁。

70%～75%的酒精用于消毒。

40%～50%的酒精可预防褥疮。

25%～50%的酒精可用于物理退热。

2、饮料

乙醇是酒主要成分（含量和酒的种类有关系）如白酒为56度的酒。

注意：

我们喝的酒内的乙醇不是把乙醇加进去，而是发酵出来的乙醇，当然根据使用的发酵酶不同还会有乙酸或糖等有关物质。

白酒的度数表示酒中含乙醇的体积百分比（西方国家常用proof表示酒精含量），通常是以20℃时的体积比表示的，如50度的酒，表示在100毫升的酒中，含有乙醇50毫升（20℃）。

另外对于啤酒是表示啤酒生产原料麦芽汁的浓度，以12度的啤酒为例，是麦芽汁发酵前浸出物的浓度为12%（重量比）。

麦芽汁中的浸出物是多种成分的混合物，以麦芽糖为主。

啤酒中乙醇浓度一般低于10%。

3、基本有机化工原料

乙醇可用来制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取、染料、涂料、洗涤剂等产品的原料

4、汽车燃料

乙醇可以调入汽油，作为车用燃料，我国雅津甜高粱乙醇在汽油中占10%。

美国销售乙醇汽油已有20年历史。

乙醇汽油也被称为（E型汽油），我国使用乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。

它可以改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物排放。

乙醇汽油作为一种新型清洁燃料，是目前世界上可再生能源的发展重点，符合我国能源替代战略和可再生能源发展方向，技术上成熟安全可靠，在我国完全适用，具有较好的经济效益和社会效益。

乙醇汽油的环保性令人称道，在9个城市调查报告中，使用乙醇汽油期间，城市空气中的二氧化氮、一氧化碳季均值与使用普通汽油比较，二氧化氮下降了8%与一氧化碳下降5%。

乙醇汽油唯一的缺点，是使用者感觉它比普通汽油动力下降，油耗增加，天热时还易于气阻熄火。

另外由于乙醇汽油一旦遇水就会分层，无法采用成本很低的管道输送，乙醇汽油储运周期只有4—5天，这影响使用乙醇汽油的方便性。

结论：

通过对乙醇的学习，让我了解了乙醇对农业、工业的重要性。

乙醇不仅是基础的有机化工原料和优质燃料，而且在对环境保护方面发挥着不可替代的作用。

全球大约12%的能量供应来自生物质的燃料，其中发展中国家大约35%的初级能源为生物质能，发达国家大约为3%，故随着社会的快速发展，能源问题与环保问题已是人类社会进步的绊脚石，故更好地解决能源环保问题已迫在眉睫，我们若充分的利用乙醇作为燃料，不仅来源便捷，成本廉价，更重要的是同时解决了能源、环保两大问题。

然而美中不足的是乙醇燃烧时不能够发出足够大的热量，故还不能大量的推广纯乙醇燃料，所以我们仍需努力，作更进一步的探究，争取把乙醇工业再推上一个新的巅峰。

【参考文献】：

1、酒精生产技术，科学出版社，沈力匀著

2、工业酒精国家标准（GB/T394·1—1994）

3、任波乙醇汽油转折[J].财经，2007，178；100-102

4、秦凤华.燃料乙醇蒸蒸日上[J].中国投资，2007,38-41