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乙醇的制备方法

2022.5.19
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zhaoqisun

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工业制备

工业上一般用发酵法、合成法和联合生物加工法制取乙醇。

1.发酵法

发酵法是用淀粉原料(如谷类、薯类、玉米、高粱或野生植物果实)和糖质原料(如糖蜜、亚硫酸废液)等发酵,前者是主要的发酵原料。发酵法是在酿酒基础上发展起来的,在相当长的历史时期内,曾是生产乙醇的唯一工业方法。在这个过程中,发生了一系列复杂的生化反应。以淀粉原料为例,整个生产过程包括原料蒸煮、糖化剂制备、糖化、酒母制备、发酵及蒸馏等工序。原料中的可溶性淀粉在酶的作用下水解为糖,再经过酵母菌发酵生成乙醇并放出二氧化碳(用糖质原料不需经过淀粉水解成葡萄糖这一步)。发酵液中乙醇的质量分数约为6%~10%,再经蒸馏工艺将乙醇浓缩为大约95.57%的酒精溶液。生产过程中的主要化学反应式为: 

2.合成法

随着近代有机工业的发展,可利用炼焦油、石油裂解所得的乙烯来合成乙醇。该法中的原料乙烯,可大量取自石油裂解气,成本低,产量大,并且能大量节约粮食。化学合成法有直接水合法和间接水合法两种,工业上普遍采用前者。 

⑴直接水合法:乙烯与水蒸气在有机磷催化剂存在的条件下,经高温高压作用,可直接发生加成反应生成酒精。该法步骤简单,无腐蚀问题,但要求原料气中乙烯纯度在98%以上,需采用特殊的方法分离裂解其中的各种成分,对设备、材料都提出了较高要求。其化学反应式为:

⑵间接水合法:又称为硫酸水合法,是用硫酸与乙烯经加成作用生成硫酸氢乙酯,再进行水解,生成乙醇和硫酸。该法对原料气体的纯度要求不高,设备简化。缺点是对设备腐蚀严重,酸消耗多。其化学反应式为: 

3.联合生物加工法

生物转化使用的原料大多为粮食作物,大量使用会影响到粮食安全,而利用生物能源转化技术生产乙醇,可缓解非再生化石能源日渐枯竭带来的能源压力。因秸秆、麸皮、锯木粉等农业、工业废弃物含有大量的木质纤维素,所以来源广泛的纤维素是很有潜力的生产乙醇的原料。另外,在生物燃料的生产过程中,纤维素的预处理和纤维素酶的生产成本较高,故减少预处理,增强纤维素酶活性,提高发酵产物的产量和纯度,减少中间环节也是降低生产成本的途径。联合生物加工不包括纤维素酶的生产和分离过程,而是把糖化和发酵结合到由微生物介导的一个反应体系中,因此与其他工艺过程相比较,底物和原料的消耗相对较低,一体化程度较高。这种综合方法的未来发展前景广阔。 

煤制乙醇的工艺路线煤制乙醇的工艺路线

此外,近年来有文献报道了煤制乙醇的方法。煤制乙醇是以煤为原料经气化为合成气或者以工厂废气(主要成分均为一氧化碳和氢气)为原料,生产乙醇。目前,以煤为源头生产燃料乙醇的工艺路线主要包括四条,都需要首先将煤气化为合成气。从合成气生产燃料乙醇主要有两种方法,即直接法和间接法。直接法可由两条工艺路线实现:合成气化学催化路线和合成气厌氧发酵路线。间接法制乙醇是先采用成熟的甲醇合成技术,将合成气转化为甲醇,然后再将甲醇羰基化为醋酸,最后再进行醋酸直接加氢或者将醋酸酯化后加氢生产乙醇。

实验室制备

乙醇是常用的有机溶剂,在许多有机化学反应中,无论是作为反应物还是溶剂,乙醇的纯度有时都对化学反应有着很大的影响。市售普通工业酒精是含95.6%乙醇和4.4%水的恒沸混合物,其沸点为78.15 ℃,用蒸馏的方法不能将乙醇中的水完全除去。若要得到含量较高的乙醇,可以把工业酒精与生石灰在一起进行加热回流,使乙醇中的水分与氧化钙充分反应,生成不挥发性的氢氧化钙而除去。然后再采用蒸馏的方法把乙醇蒸出,这样得到的乙醇的纯度可达99.5%。其化学反应式为: [19]

若要得到纯度更高的无水乙醇,可用金属镁进行处理,也可用分子筛法进行制取。


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