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.

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

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

С₂Н₄ + Н₂О С₂Н₅ОН + 46 кДж.

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

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.

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