Одержання абсолютного спирту

Очищений абсолютний спирт у невеликих кількостях виробляють для органі­чного синтезу та лабораторних робіт. Нарівні з цим в Україні розвивається вироб­ництво технічного абсолютного спирту, що використовується як добавка до мотор­ного палива. Технічний абсолютний спирт у своєму складі містить усі супутні лет­кі домішки (ефіри, альдегіди, вищі спирти та ін.). Виробництво технічного абсолю­тного спирту для використання в сумішевих паливах розвинуто в США, Канаді, Франції, де його вже два десятиріччя одержують із меляси, пшениці, кукурудзи,

Спирт можна абсолютувати (зневоднювати) зв'язуванням води твердими або рідкими матеріалами (наприклад, негашеним вапном, гліцерином) та ректифіка­цією під вакуумом або в присутності солей, при цьому азеотропна точка зміщуєть­ся у бік більшого вмісту спирту. ЦІ способи одержали деяке розповсюдження у лабораторній практиці.

У промисловості для абсолютування, як правило, використовують методи со­рбції води на молекулярних ситах, або за допомогою ректифікації з утворенням потрійних нероздільнокиплячих (азеотропних) сумішей. Така суміш утворюється при додаванні до ректифікованого спирту (що містить етанол і воду) третього ком­понента, наприклад, бензолу, циклогексану, трихлоретану або деяких інших речо­вин. На цей час як третій компонент при абсолютуванні спирту використовують циклогексан.

Циклогексан - вуглеводень (С₆Н₁₂), прозора, безбарвна, легколетка рідина з молекулярною масою 84,16, температурою кипіння 80,8° С, температурою плав­лення 6,6° С, густиною 0,778 кг/дм³. Пари циклогексану з повітрям утворюють вибухонебезпечну суміш. Температура спалаху - 18° С, температура займання -260° С. Концентраційні межі займання -1,2...10,6 об. %.

Циклогексан - токсична речовина, гранично допустима концентрація (ГДК) у повітрі робочої зони виробничих приміщень 80 мг/м³. Циклогексан у воді нероз­чинний, з етанолом розчиняється у будь-яких співвідношеннях. Разом з етиловим спиртом та водою утворює азеотропну суміш, що містить 17 мас. % етанолу, 7 мас. % води й 76 мас. % циклогексану і має температуру кипіння 62,1° С.

Сутність процесу зневоднення спирту полягає у наступному. У ректифікаційну колону як живлення вводиться концентрований (95...96 об. %) спирт й додається пе­вна кількість циклогексану. У процесі ректифікації в колоні утворюється азеотропна суміш, яка поводить себе як ЛЛК І виходить з колони у вигляді верхнього продукту в пароподібному стані. Вниз по колоні зсувається зневоднений етанол, як ВЛК; уся вода, що надійшла до колони із спиртом, виводиться з азеотропною сумішшю.

Пари азеотропної суміші при конденсації дають гетерогенну рідку суміш, яка розшаровується, утворюючи верхній (легкий) шар, що містить 93...94 мас. % цик­логексану, 6...7 мас. % етанолу й незначну кількість води, та нижній (важкий) шар, що містить 69...71 мас. % етанолу, 21...23 мас. % води і 6...8 мас. % циклогексану.

На рис. 10.47 наведена схема установки для абсолютування спирту. Вихідний ректифікований спирт, як правило, подається на 10-ту зверху тарілку зневоднюючої

(дегідратаційної) колони 1. До колони на верхню тарілку вводиться деяка кількість циклогексану. При підведенні до колони теплоти (обігрівання колони закритою па­рою - випарник 10) суміш етанолу, води й циклогексану розділяється на ЛЛК (азе­отропна суміш) та ВЛК (зневоднений спирт). Останній виводиться з куба ко­лони, охолоджується у теплообміннику 11 і надходить до збірника товарного аб­солютного спирту.

Рис, 10.47 Схема установки для одер­жання абсолютного спирту: 1 - зневод­нююча колона (ОК); 2 - дефлегматор ОК; 3 - конденсатор ОК; 4,5 - конден­сатор і дефлегматор регенераційної колони; 6 - декантатор І ступеня; 7,12 - теплообмінники, 8 - декантатор II ступеня; 9 - регенераційна колона; 10-випарник ОК; 11 -холодильник абсолютного спирту; АС - абсолютний спирт

Пари азеотропної суміші конденсу­ються у дефлегматорі зневоднюючої ко­лони 2 й конденсаторі 3. Конденсат у де­кантаторі першого ступеня 6 розшаро­вується. Верхній шар, що містить в ос­новному циклогексан, надходить на зро­шення зневоднюючої колони (флегма). Нижній шар, що містить в основному етанол, воду й деяку кількість циклоге­ксану (~- 6...8 %), охолоджується у теп­лообміннику 7 до температури - 20° С; при цьому зменшується розчинність ци­клогексану в спирто-водяній суміші, внаслідок чого він спливає, утворюючи верхній шар. Охолоджена суміш прохо­дить декантатор другого ступеня 8. Вер­хній шар (в основному циклогексан) з декантатора 8 надходить на тарілку жи-• влсння зневоднюючої колони 1, а ниж­ній спиртоводяний шар (після підігрі­вання у теплообміннику 12) спрямову­ється на 16-ту живильну тарілку реге­нераційної колони 9.

У регенераційній колоні спирт кон­центрується разом з деякою кількістю циклогексану. Колона оснащена дефлегмато­ром і конденсатором, з обігріванням, як відкритою, так й закритою парою.

Конденсат пари, що містить в основному регенерований етиловий спирт, з дефлегматора 5 і конденсатора 4 частково надходить на живильну тарілку зневод­нюючої колони, а частково (більша частина) на зрошення колони 9 (флегма).

Зневоднююча й регенераційна колони, як правило, мають 60...65 тарілок. У зневоднюючій колоні постійно циркулює певна кількість циклогексану, який вико­нує роль переносника води з колони у декантатор.

При роботі установки підтримується такий режим: тиск у нижній частині ко­лони 25...ЗО кПа; у верхній частині - 1...5 кПа; температура в кубі зневоднюючої колони 82...83° С; над 23-ю тарілкою (рахуючи знизу) 68...75° С; над тарілкою жи­влення 63...64° С; над верхньою - 61,5...62° С.

Температура в кубі регенераційної колони 104... 105° С; на тарілці живлення 85...87 °С; над верхньою тарілкою 76.,.77° С.

Очищений абсолютний спирт повинен задовольняти такі вимоги: концентра­ція етанолу - не менше 99,8 % об., вміст альдегідів - не більше 5 мг в 1 дм спирту, вміст органічних кислот - не більше 10 мг в 1 дм³ спирту. Спирт не повинен місти­ти сухого залишку, мінеральних кислот, лугів, фурфуролу. Повинен бути прозорим, безбарвним та не мати сторонніх запаху й смаку.

Абсолютний спирт технічний, що використовується як високооктанова кисне­вмісна добавка до автомобільного бензину, згідно з ТУ У 18.475-98, повинна відпо­відати таким умовам:

Зовнішній вигляд: прозора безбарвна або світло-жовта рідина.

Концентрація органічних кисневмісних речовин, об. %, не менше 99,3

Густина при 20° С, кг/дм³, не більше............................................. 0,791

Показник заломлення не менше.............................................. 1,3613

Концентрація сухого залишку, мг/дм³, не більше.......................... 50,0

Концентрація вільних кислот у перерахунку

на оцтову кислоту, мг в 1 дм³ безводного спирту, не більше........ 20,0

Концентрація води, об. %, не більше................................................ 0,2

Концентрація вищих спиртів С₃...С₅, мг/дм³, не більше............... 12000

Концентрація циклогексану, об. %, не більше.................................. 0,5

Технічний абсолютний спирт мож­на одержувати з технічного ректифіко­ваного спирту, що містить усі супутні йому леткі домішки (наприклад, категорії В). У ряді випадків при виробництві спирту з меляси процес ректифікації проводять з виробленням двох умовних продуктів. З бражки у процесі брагоректифікації виді­ляється й піддається очистці основна час­тина спирту з одержанням спирту вищої очистки, а всі спиртовмісні побічні погони (із спиртовловлювачів і конденсаторів;

Рис. 10.48 Схема установки для одер­жання абсолютного технічного етанолу безпосередньо із бражки: 1 - брагоректи-фікаційна колона; 2 - зневоднююча колона; 3 - декантатор

головна фракція, сивушний спирт і сивушна фракція) використовуються для виро­бництва абсолютного технічного спирту. Це дає можливість одержувати ректифі­кований спирт підвищеної якості.

На рис. 10.48 наведена апаратурно-технологічна схема установки для одер­жання абсолютного технічного (паливного) етанолу безпосередньо з бражки. Уста­новка має брагоректифікацІйну колону 1 і зневоднюючу колону 2. Виділення спир­ту з бражки, його концентрування й регенерація спирту, що надходить з декантато­ра 3, здійснюється в браго ректифікаційній колоні, що має 18...20 тарілок у відгін-ній частині та 40...50 тарілок у концентраційній.

На абсолютування І дал спирту звичайно витрачається 15...20кг гріючої пари, приблизно 0,25 холодної води та біля 0,01 кг циклогексану. Втрати останнього компенсуються періодичним додаванням його до зневоднюючої колони. Гранично допустимі втрати спирту при абсолютуванні складають приблизно 0,1 % вихідної кількості спирту, що вводиться до установки.