CC BY
45
ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
УДК 661.635
Блинков н. А.
влияние времени обработки на процесс обезвоживания этанола
Статья содержит анализ процесса образования кристаллогидратов, в результате образования которых безводная соль обезвоживает этанол. Показана зависимость скорости образования кристаллогидратов от количества свободной воды в смеси ее с этанолом. Предлагается для обезвоживания этанола использовать такие соли, которые практически не подвергаются гидролизу.
Илпчевые слова: адсорбент, этанол, кристаллогидрат, вода, обработка.
1. введение
В связи с обострением экологической обстановки на Земле активно ведутся работы в части замены чисто углеродного топлива на оксигенатные, то есть топлива, которые наряду с углеводородами содержат и спирты, чаще всего этанол [1].
Однако этанол, даже ректификат, содержит воду с объемной долей до 4 %. В связи с этим такой этанол не образует истинных растворов с углеводородной составляющей топлива. Поэтому, как показывает анализ литературных данных, в настоящее время проводится широкий спектр работ, связанных с обезвоживанием этанола [2—4].
Одним из способов решения указанной проблемы является применение твердофазных адсорбентов, способных химически связывать воду. Однако помимо реакции взаимодействия реагентов с водой с образованием кристаллогидратов или иного вида с ней взаимодействия также имеет место гидролиза, в результате которого может образоваться щелочь или кислота, которые хорошо растворимы в спирту и могут перейти в него, и вызвать коррозию двигателя.
Кристаллогидраты же представляют собой кристаллическую решетку, в которой содержатся, помимо исходного вещества, также другие молекулы (чаще всего — воды) [5].
При контакте безводной соли с молекулами вещества, связь с которым у катиона сильнее, чем с анионом, образуется новая кристаллическая решетка, в которую уже включены кристаллизационные молекулы. При этом выделяется энергия, равная разнице образования новых связей в кристалле минус разница разрыва связи между катионом и анионом [6].
Скорость образования кристаллогидрата в идеальных условиях равна скорости образования центров кристаллизации, которая эквивалентна скорости диффузии ионов вещества, входящего в состав образующегося кристаллогидрата, то есть фактически скорости самой химической реакции [7].
2. Анализ литературных данных и постановка проблемы
Известно, что многие кристаллические вещества, в частности, натревых солей ортофосфорной кислоты способны образовывать несколько кристаллогидратов
различных составов. Натрий гидрофосфат, который был выбран, дает кристаллогидраты с двумя, семью или двенадцатью молекулами воды [8].
Термическое разложение кристаллогидратов также всегда происходит последовательно — отщепляются при нагревании наибольшее число молей воды, затем меньшее число молей, и затем самое наименьшее с образованием безводной соли [9].
Анализ литературных данных, в частности, исследования кристаллизации натрий ортофосфатов разного уровня замещения ионов натрия, показывает, что образованию кристаллогидратов всегда предшествует образование их перенасыщенного раствора [10].
Дальнейшее же обезвоживание твердыми адсорбентами может дать различные результаты, в зависимости от того, какой адсорбент используется, и кристаллогидраты какого состава образуются [11].
3. Цели и задачи исследования
В связи с указанными выше проблемами, целью данной работы являлся подбор оптимальных условий для обезвоживания этилового спирта — как временного интервала, так и минимально необходимого избытка безводной соли. Так как в разных условиях возможно образование кристаллогидратов различных составов, то постепенно возможно образование как кристаллогидратов одного состава, так затем и нескольких других составов, так как образование кристаллогидратов является всегда последовательным процессом.
4. Экспериментальные данные и их обработка
В качестве широко известных твердых адсорбентов для обезвоживания этилового спирта, как указано ранее, известны такие вещества как кальций оксид или калий карбонат [12, 13]
Однако поэтому при эксперименте был осуществлен поиск адсорбента, способного поэтапно образовывать несколько кристаллогидратов с достаточно большой разницей присоединенных молекул воды. Среди вариантов рассматривался кальций оксид и калий карбонат, но в связи с их очевидными недостатками был выбран другой адсорбент — натрий гидрофосфат, способный образовывать дигидрат, гептагидрат и додекагидрат последовательно [14]. Для обезвоживания использовали
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 5/4(13], 2013, © Блинков Н. А.
ISSN 222Б-3780
ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
этиловый спирт-ректификат (азеотропный) с объемной долей этанола 80 %.
Для определения полученной объемной доли этанола применяли метод кулонометрического титрования, с помощью которого осуществляли точную оценку оставшейся объемной доли воды.
Проводили обезвоживание спирта с j(C2HsOH) = = 80 % с помощью безводного натрий гидрофосфата.
Для каждого измерения брали 50 см3 этилового спирта-ректификата, и 7 г обезвоженного натрий гидрофосфата. При этом исходили из того, что в 50 см3 спирта с объемной долей 80 % содержалось 10 см3 воды. Так, при образовании додекагидрата взятого количества достаточно для полного обезвоживания этилового спирта. Образование же двух или семиводного натрий гидрофосфата дает не полное обезвоживание этанола.
Так как натрий гидрофосфат в этаноле нерастворим, и не способен с ним взаимодействовать, то весь натрий гидрофосфат образует с водой пересыщенный раствор, а затем и кристаллогидрат.
В итоге было установлено, что сперва образовывался быстро, но только дигидрат, затем с умеренной скоростью гептагидрат и наиболее медленно происходило образование додекагидрата.
Измерение объемной доли этилового спирта проводили путем вычитания объемной доли воды, которую, в свою очередь, измеряли с помощью кулонометрического титрования по методу Карла Фишера [15].
5. выводы
С помощью проведенных экспериментов установлено, что в процессе обезвоживания этанола идет последовательное образование кристаллогидратов разной степени насыщенности водой, поэтому при обезвоживании этанола наблюдалось три «волны», в течение которых степень обезвоживания увеличивалась, что соответствовало образованию кристаллогидратов более высокой насыщенности водой.
литература
1. Поконова, Ю. В. Альтернативные топлива (заменители нефтяных топлив, биогаз) [Текст] / Ю. В. Поконова. — 3-е изд., испр. и допол. — СПб, 2011. — 32 с.
2. Стабников, В. Н. Перегонка и ректификация этилового спирта [Текст] / В. Н. Стабников. — М.: Пищевая промышленность, 1969. — 116 с.
3. Яровенко, В. Л. Технология спирта [Текст] / В. Л. Яро-венко, В. А. Маринченко, В. А. Смирнов и др.; под ред. проф. В. Л. Яровенко. — М.: Колос, 1999. — 464 с.
4. Wang, Y. A. Sclerotherapy of voluminous venous malformation in head and neck with absolute ethanol under digital subtraction angiography guidance [Text] / Y. A. Wang, J. W. Zheng, H. G. Zhu, W. M. Ye, Y. He, Z. Y. Zhang // Phlebology 2010. — № 25. — рр. 138—144.
5. Гидраты [Электронный ресурс] / ХиМиК. — Режим доступа: \www/ URL: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1022.html
6. Золотов, Ю. А. Золотой Фонд. Школьная энциклопедия. Химия [Текст] / Ю. А. Золотов. — М.: Дрофа, 2003. — 175 с.
7. Яблонский, Г. С. Кинетические модели каталитических реакций [Текст] / Г. С. Яблонский, В. И. Быков, А. Н. Горбань. — Новосибирск: Наука (сиб. Отделение), 1983. — 255 с.
8. Трифонов, Д. Н. Энциклопедический словарь юного химика [Текст] / Д. Н. Трифонов. — М.: Педагогка-Пресс, 1999. — 76 с.
9. Никандров, М. И. Исследование кристаллизации одно- двух-и трехзамещенных фосфатов натрия [Текст] / М. И. Никандров, И. С. Никандров, Ю. В. Краснов // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. — Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, 2010. — С. 249—254.
10. Птицина, О. А. Лабораторные работы по органическому синтезу [Текст] / О. А. Птицина, Н. В. Куплетская, В. К. Тимофеева, Н. В. Васильева, Т. А. Смолина. — М.: Просвещение, 1979. — 256 с.
11. Волынский, Н. П. Абсолютирование этилового спирта [Текст] / Н. П. Волынский, С. Е. Шевченко, А. И. Нехаев // Журнал общей химии. — 2009. — Т. 79, Вып. 2. — С. 336—337.
12. Медный купорос [Электронный ресурс] / Академик. — Режим доступа: \www7 URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf /епс1р/29306
13. Цветков, Л. А. Получение абсолютного спирта [Электронный ресурс] / Л. А. Цветков // Химический каталог. — Режим доступа: \www7 URL: http://www.ximicat.com /info.php?id=157
14. Гороновский, И. Т. Краткий справочник по химии [Текст] / И. Т. Гороновский, Ю. П. Назаренко, Е. Ф. Некряч. — К.: Наукова думка, 1987. — 132 с.
15. Определение воды по К. Фишеру [Электронный ресурс] / Органическая химия взгляд из лаборатории. — Режим доступа: \www7 URL: http://orgchemlab.com/index.php ^гу^/^^ег-Шгаиоп.^т1
вплив часу обробки на процес зневоднення етанолу
Стаття містить аналіз процесу утворення кристалогідратів, у результаті утворення яких безводна сіль зневоджує етанол. Доведена залежність швидкості утворення кристалогідратів від кількості води у суміші ії з етанолом. Пропонується для зневоднення етанолу використовувати такі солі, які практично не піддаються гідролізу.
Ключеві слова: адсорбент, етанол, кристалогідрат, вода, обробка.
Блинков Николай Андреевич, аспирант, кафедра общей и неорганической химии, Национальный технический университет «Харьковский политехнический университет», Украина, e-mail: [email protected].
Блінков Микола Андрійович, аспірант, кафедра загальної та неорганічної хімії, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна.
Blinkov Nikolay, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Ukraine, e-mail: [email protected]
TECHNOLOGY AUBIT AND PROBUCTION RESERVES — № 5/4(13], 2013
23--------------J
