ПРОИЗВОДСТВО СПИРТА

Этано́л (эти́ловый спирт, метилкарбино́л, ви́нный спирт, часто в просторечии просто «спирт» или алкого́ль) — 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 психоактивным веществом и воздействующий как депрессант на центральную нервную систему человека.

Этиловый  спирт также используется как топливо, в качестве растворителя и как наполнитель в спиртовых термометрах

  Брожение

Основная  статья: Биоэтанол

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

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

Производительность  современного спиртового завода около 30 000—100 000 литров спирта в сутки.

Гидролизное производство

Основные  статьи: Гидролизный спирт, 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. В 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:

CH₂=CH₂ + H₂O → C₂H₅OH.

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

CH₂=CH₂ + H₂SO₄ → CH₃-CH₂-OSO₂OH (этилсерная кислота).

CH₃-CH₂-OSO₂OH + H₂O → C₂H₅OH + H₂SO₄.

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.^[2]

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. 
 
 

Пищевая промышленность

Наряду  с водой, является основным компонентом спиртных напитков (водка, виски, 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 %. В 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.^[6]

Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E1510.

Энергетическая ценность этанола — 7,1 ккал/г.

Производство  топливного этанола из зерновых культур  стремительно растет. По данным Ассоциации Возоб-

новляемых видов топлива (RFA) примерно 87 американских заводов по производству спирта вырабатывают

более 14.6 миллиардов литров в год. Только в марте 2005 года американская промышленность топливного

этанола достигла рекордного результата – 1.2 миллиарда  литров, что превышает показатели прошлого года

на 14%. RFA также рассчитывает, что 15 дополнительных заводов, строящихся в США, добавят  около 3.4 мил-

лиарда литров к годовому производству индустрии. Если такая тенденция продолжится, то производство

топливного  этанола превзойдет ожидаемые результаты и к 2012 году достигнет показателя 30 миллиардов

литров. За пределами США примерное производство топливного этанола в Европе - 94 миллиона галлонов в

2004 году, и ожидается достижение 3.8 миллиард  литров к 2008 году; в Азии –  около 120 миллионов галло-

нов топливного этанола было произведено в 2004 году, к 2008 году планируется достигнуть производства 2.3

миллиарда литров в год.

До недавнего  времени заводы по производству спирта обрабатывали зерно и другое крахмалосодержащее

сырье в присутствии термостабильных ферментов для превращения крахмала в сбраживаемый сахар. Этот

традиционный  подход вскоре будет заменен на технологию, использующую новую платформу ферментов,

разработанных компанией Genencor International. Genencor’s STARGEN™ - линия ферментов для гидролиза

гранул  крахмала, которая превращает необработанный крахмал в сбраживаемый сахар непрерывно в про-

цессе одновременного осахаривания и ферментации. Есть несколько потенциальных преимуществ этой новой