Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №16/2005

Я ИДУ НА УРОК

РЕПОРТАЖ С МЕСТА СОБЫТИЙ

Урок по теме
«Производство и применение этилового спирта»
10 класс

Ежегодно провожу этот урок у старшеклассников. Ранее раздел «Спирты и фенолы» изучался в 10-м классе, сейчас – в 11-м (я работаю по учебникам Л.С.Гузея, Р.П.Суровцевой, Г.Г.Лысовой). Ребята всегда с энтузиазмом участвуют в подготовке и проведении этого урока, коллеги и методисты оценивают его всегда положительно.

Цели. Сообщить сведения об основных способах получения этилового спирта, обсудить основные закономерности промышленного синтеза этанола из этилена, рассмотреть технологическую схему данного производства, показать связь применения вещества с его свойствами.

Действующие лица: ведущий (учитель); ученики – сотрудник научной лаборатории, технолог, аппаратчик, заместитель директора производства, врач-нарколог.

Роли распределяются заранее, подготовку ребят контролирует учитель.

Оборудование. Коллекция продукции на основе этанола (парфюмерия, косметика, средства по уходу за кожей, синтетические каучуки, продукты бытовой химии, лекарственные препараты, изделия химической отрасли промышленности, кондитерские изделия и напитки), таблица-схема промышленной установки для синтеза этанола, инструкция к уроку, тест на каждый стол, таблицы о влиянии алкоголя на организм человека.

На доске записана «шапка» таблицы 1, заполняемой по ходу урока.

Таблица 1

Производство этанола

Название процесса

Условия протекания реакции

Научные основы производства

Уравнение реакции

       

ХОД УРОКА

Ведущий. Добрый день, дорогие друзья! Наша встреча происходит на химическом заводе по производству этилового спирта. Сегодня мы рассмотрим, как осуществляется этот процесс в крупных масштабах, услышим о его особенностях, научных основах производства, подробнее узнаем о направлениях и перспективах использования этилового спирта. Начнем же «путешествие» с посещения лаборатории, где нашим собеседником будет ее научный сотрудник.

Сотрудник. Этиловый спирт находит широкое применение в качестве химического сырья. Для удовлетворения потребностей промышленности и народного хозяйства необходимы огромные количества этого вещества. Существуют различные способы получения этанола.

Наиболее старый способ – отгонка спирта из вина, отсюда и название «винный спирт». Спирт в данном случае образуется при брожении сахаристых веществ.

Позднее стали применять брожение крахмалсодержащих продуктов и целлюлозы. Предварительно крахмал и целлюлозу превращают в мальтозу или глюкозу, которые затем при помощи дрожжей сбраживают в спирт. Но производство этанола по этому способу требует большого расхода ценного сырья. К примеру на получение этилового спирта затрачивается около 10 т картофеля.

Наиболее совершенный и ныне распространенный способ получения этилового спирта – синтетический. И именно этот способ используется в нашем производстве.

Рабочие установки завода по синтезу спирта
Рабочие установки завода
по синтезу спирта

Синтетический способ получения этанола заключается в каталитической гидратации этилена водяным паром в газовой фазе. Реакция экзотермическая и обратимая:

С2Н4 + Н2О С2Н5ОН + 46 кДж.

Как сместить химическое равновесие в сторону образования конечного продукта и увеличить выход химической реакции?

Реакция идет с уменьшением числа молекул в смеси, поэтому для смещения равновесия вправо необходимо увеличить давление.

Чтобы скорость реакции была достаточной, необходимы катализатор и повышенная температура. Поскольку реакция экзотермическая, то слишком высокая температура будет способствовать смещению равновесия влево, в сторону реакции, идущей с поглощением теплоты.

Оптимальные условия гидратации этилена следующие: t = 280–300 °C, p = 7–8 МПа, катализатор – фосфорная кислота H3PO4, осажденная на твердом носителе. При этих условиях за одно прохождение через промышленный аппарат для синтеза около 5% исходного этилена превращается в спирт. Чтобы производство было рентабельным, необходимо осуществлять циркуляционный процесс, т.е. выделять спирт из смеси продуктов реакции, а этилен снова возвращать на гидратацию. Отходящие продукты (отходы) используют для нагревания веществ, поступающих на гидратацию. Таковы научные основы этого процесса. (В ходе рассказа заполняется табл. 1 на доске и в тетрадях.)

Таблица 1

Производство этанола

Название
процесса
Условия протекания реакции Научные основы
производства
Уравнение реакции
Kаталитическая гидратация этилена водяным паром t = 280–300 °C,
p = 7–8 МПа,
кат. – H3PO4 на твердом носителе
1) Циркуляционный процесс;
2) использование отходов реакции для нагревания исходных веществ
С2Н4 + Н2О С2Н5ОН + 46 кДж

Ведущий. Теперь, зная научные основы синтетического способа, познакомимся непосредственно с технологией производства спирта. И поможет нам в этом технолог цеха завода.

Технолог (рассказ у таблицы-схемы на доске). Синтез этанола осуществляется в контактном аппарате. Это цилиндрическая полая стальная колонна высотой около 10 м. Изнутри она футерована листовой медью с целью предохранения от коррозии и заполнена катализатором (Н3РО4 на носителе, например алюмосиликате). Этилен нагревается в теплообменнике продуктами реакции до необходимой температуры. Затем он смешивается с перегретым водяным паром в смесителе и поступает в верхнюю часть колонны синтеза, где и проходит химическая реакция. Продукты реакции отводятся из нижней части аппарата. В их составе – пары этанола, непрореагировавшие вещества, побочные продукты (например, диэтиловый эфир). Все последующие операции направлены на выделение чистого этилового спирта из этой смеси (в конденсаторах, сепараторах и т.д.). Через газоотделитель оставшийся этилен вновь направляют в колонку синтеза. Продукты реакции (в том числе неотделенный этилен) поступают в теплообменник, где охлаждаются, отдавая теплоту реакции этилену, подготавливаемому к гидратации.

А вот здесь находится пульт управления процессом, за которым аппаратчик руководит ходом гидратации.

Аппаратчик. В мои функции входит работа с контрольно-измерительными приборами. С их помощью удается следить за температурой в реакторе и других устройствах, за давлением этилена на входе и выходе из реактора, за расходом циркулирующего газа и пара, состоянием катализатора и за многими другими показателями. При отклонении процесса от стандартных параметров я принимаю необходимые меры для его нормализации.

Технолог. Теперь все детали – самое основное и важное в нашем производстве – вам известны.

Ведущий. Мы в кабинете заместителя директора производства. (Обращается в заместителю директора.) В вашем производстве занято много специалистов разных направлений. Расскажите, откуда к вам приходят кадры.

Заместитель директора. Специальности, которые востребованы на нашем производстве, можно получить в различных учебных заведениях. В частности, Санкт-Петербургский технологический институт и Московская академия тонкой химической технологии готовят по специальности «Химическая технология органических веществ», Воронежский и Ивановский химико-технологические институты помогут освоить машины и аппараты химических производств. Более подробную информацию можно получить в специализированных справочных изданиях.

Ведущий. Я полагаю, кого-то из учащихся заинтересует ваша информация. Еще хотелось бы узнать, на какие нужды, куда и как расходуется ваш продукт – этанол.

Заместитель директора (демонстрация коллекций продукции, таблиц). Поистине разнообразно и широко применение этанола (табл. 2, см. с. 32).

Таблица 2

Применение этилового спирта,
обусловленное его свойствами

Свойства Применение
Окисление с дегидратацией Получение уксусной кислоты, синтез лекарств
Растворитель Парфюмерная и пищевая отрасли промышленности, растворитель в производстве лаков, красок
Дегидратация с дегидрированием Производство бутадиенового и бутадиенстирольного каучуков
Горение В качестве горючего материала
Взаимодействие с галогенами Производство галогенпроизводных для медицины и органического синтеза
Бактерицидность Kак дезинфицирующее средство, обладает антисептическими свойствами

Еще об одном применении этилового спирта вам расскажет врач-нарколог.

Врач-нарколог. Всем хорошо известно, что этиловый спирт служит основой для производства алкогольных напитков. (Рассказ о влиянии алкоголя на организм человека.)

Ведущий. Наше время подходит к концу. Я благодарю всех, кто принял участие в сегодняшнем уроке. Спасибо за внимание. Сейчас вам предстоит ответить на вопросы теста.

Тест «Производство и применение этилового спирта»

1. Наиболее экономичным и перспективным является производство этанола:

а) брожением сахаристых веществ;

б) отгонкой из вина («винный спирт»);

в) синтетическим способом.

2. В основе синтетического способа производства этанола используется:

а) реакция гидратации;

б) гидролиз;

в) реакция гидрирования.

3. Реакция гидратации – это:

а) присоединение водорода;

б) присоединение воды;

в) разложение водой.

4. Как следует поступить с давлением в равновесной системе:

С2Н4 + Н2О С2Н5ОН + 46 кДж,

чтобы сместить равновесие вправо?

а) Повысить;

б) понизить;

в) не изменять.

5. Катализатор в реакции

а) смещает равновесие вправо;

б) ускоряет реакцию (прямую);

в) смещает равновесие влево;

г) замедляет прямую реакцию.

6. Принцип противотока используется в работе:

а) колонны синтеза;

б) теплообменника;

в) турбокомпрессора.

7. Уксусную кислоту получают из этанола по реакции:

8. Этанол используется в качестве горючего, т.к. реакция его горения:

а) необратимая;

б) экзотермическая;

в) некаталитическая.

9. Получение бутадиенового каучука из этанола по способу Лебедева основано на реакции:

а) гидратации с одновременным гидрированием;

б) гидролиза;

в) дегидратации с дегидрированием.

10. Для производства кондитерских изделий используется:

а) метанол;

б) этиленгликоль;

в) этанол.

В конце урока – доработка (проверка ответов на тесты) тестов, самопроверка. Учитель оценивает учащихся, подготовивших выступления, выставляет оценки за работу на уроке.

Ответы на задания теста:
1
– в, 2 – а, 3 – б, 4 – а, 5 – б, 6 – б, 7 – б, 8 – б, 9 – в, 10 – в.

В.Н.СМИРНОВА,
учитель химии
(пос. Уемский, Архангельская обл.)

Рейтинг@Mail.ru