CỒN ETHANOL TUYỆT ĐỐI

 

1.Khái quát :

– Cồn Ethanol tuyệt đối, còn gọi là ethyl alcohol, alcohol tinh khiết, là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của rượu methylic, là chất lỏng dễ bay hơi, dễ cháy, không màu. Cồn Ethanol là một trong các rượu thông thường trong thành phần đồ uống có chứa cồn.

– Công thức hóa học của nó là C2H5OH, hay CH3-CH2-OH, viết tóm tắt là C2H6O.

Tùy theo quá trình lên men của nguyên liệu (từ mía hay khoai mì), mà ta có :

a. Cồn Ethanol tuyệt đối (Cồn tuyệt đối) : loại bỏ hoàn toàn nước trong ethanol với hàm lượng 99.60

b. Cồn thực phẩm

c. Cồn công nghiệp : là cồn khi sản xuất từ khoai mì chưa loại bỏ hoàn toàn tạp chất nên sử dụng cho công nghiệp

Cồn công nghiệp 95 (95% Ethanol + 5% methanol)

Cồn công nghiệp  95 (95% ethanol  +5% IPA)

d.Cồn sinh học : sử dụng làm nhiên liệu

Lưu ý: Cồn công nghiệp (rượu ethanol và 1 chất độc hại) không được sử dụng trong nước giải khát sẽ gây ngộ độc.

 2.Tính chất

– Cồn Ethanol là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi, có mùi đặc trưng. Khi cháy với ngọc lửa màu xanh không khói tạo thành carbon dioxide và nước.

Các tính chất của ethanol chủ yếu do sự hoạt động của nhóm hydroxyl(OH) và do mạch Carbon ngắn. Vì có nhóm OH nên có thể tham gia vào các liên kết với phân tử hydro, làm cho nó có độ nhớt và ít bay hơi so với các hợp chất hữu cơ cùng trọng lượng phân tử.

– Ethanol là một dung môi linh động, có thể hòa tan trong nước với các hợp chất hữu cơ khác: acid acetic, acetone, benzene, cacbon tetraclorua,chloroform, diethyl ether,ethylene glycol, glycerin, nitromethane, pyridine,và toluene. Có thể tạo hỗn hợp với hydrocacbon béo chẳng hạn như pentan và hexane, và với clorua béo như trichloroethane và tetraloethylene.

– Với liên kết hydro làm cho ethanol tinh khiết có khả năng hút ẩm trong không khí . Nhóm phân cực của hydroxyl làm ethanol có thể hòa tan các hợp chất ion đặc biệt như natri và kali hydroxit, magnesium chloride, clorua calci….Vì các phân tử ethanol có cấu trúc không phân cực nên sẽ hòa tan các chất không phân cực, bao gồm các loại tinh dầu, nhiều hương liệu, màu sắc và thành phần trong dược

– Cồn Ethanol là một loại rượu đơn chức. Nó có độ nóng chảy ở -117,30Cvà sôi ở 78.50C. Nó có thể hòa tan với nước với mọi tỷ lệ. Ethanol và nước tạo ra hỗn hợp đẳng phí , là tạo một hỗn hợp đun sôi không đổi, nên việc tách nước trong hỗn hợp ethanol rất khó khăn.

– Việc tách nước trong ethanol để tạo thành cồn tinh khiết, ethanol tuyệt đối là không thể có được bằng cách chưng cất đơn giản.

3.Điều chế

– Cồn Ethanol được sản xuất bằng cả công nghiệp hóa dầu, thông qua công nghệ hydrat hóa ethylene, và phương pháp sinh học, bằng cách lên men đường hay ngũ cốc với men rượu

a.Hydrat hóa ethylene

– Ethanol được sử dụng như là nguyên liệu công nghiệp và thông thường nó được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ,chủ yếu là thông qua phương pháp hydrat hóa ethylene bằng xúc tác acid,được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho ethylene hợp nước ở 300 độC, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là acid wolframic hoặc acidphosphoric:

H2C=CH2+ H2O→CH3CH2OH

– Chất xúc tác thông thường là acid phosphoric , được hút bám trong các chất có độ xốp cao chẳng hạn như điatamit (đất chứa tảo cát) hay than củi; chất xúc tác này đã lần đầu tiên được công ty dầu mỏ Shell sử dụng để sản xuất ethanol ở mức độ công nghiệp năm1947. Các chất xúc tác rắn, chủ yếu là các loại oxit kim loại khác nhau, cũng được đề cập tới trong các sách vở hóa học.

-Trong công nghệ cũ, lần đầu tiên được tiến hành ở mức độ công nghiệp vào năm 1930 bởi Union Carbide, nhưng ngày nay gần như đã bị loại bỏ thì ethylen đầu tiên được hyđrat hóa gián tiếp bằng phản ứng của nó với acid sulfric đậm đặc để tạo ra ethyl sulfat, sau đó chất này được thủy phân để tạo thành ethanol và tái tạo axít sulfuric:

H2C=CH2+ H2SO4→ CH3CH2OSO3H

CH3CH2OSO3H + H2O→CH3CH2OH + H2SO4

– Cồn Ethanol để sử dụng công nghiệp thông thường là không phù hợp với mục đích làm đồ uống cho con người (“biến tính”) do nó có chứa một lượng nhỏ các chất có thể là độc hại (chẳng hạn methanol) hay khó chịu (chẳng hạn denatonium- C21H29N2O•C7H5O2-là một chất rất đắng, gây tê). Ethanol biến tính có số UN là UN 1987 và ethanol biến tính độc hại có số là UN 1986.

b. Lên men

– Cồn Ethanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn Ethanol sử dụng làm nhiên liệu, được sản xuất bằng cách lên men: khi một số loài men rượu nhất định chuyển hóa đường trong điều kiện không có oxy (gọi là yếm khí), chúng sản xuất ra ethanol và cacbon dioxit CO2. Phản ứng hóa học tổng quát có thể viết như sau:

C6H12O6→ 2 CH3CH2OH+ 2 CO2

– Quá trình nuôi cấy men rượu theo các điều kiện để sản xuất rượu được gọi là ủ rượu . Men rượu có thể phát triển trong sự hiện diện của khoảng 20% rượu, nhưng nồng độ của rượu trong các sản phẩm cuối cùng có thể tăng lên nhờ chưng cất.

– Để sản xuất cồn Ethanol từ các nguyên liệu chứa tinh bột như hạt ngũ cốc thì tinh bột đầu tiên phải được chuyển hóa thành đường. Trong việc ủ men bia, theo truyền thống nó được tạo ra bằng cách cho hạt nảy mầm hay ủ mạch nha. Trong quá trình nảy mầm, hạt tạo ra các enzym có chức năng phá vỡ tinh bột để tạo ra đường. Để sản xuất ethanol làm nhiên liệu,quá trình thủy phân này của tinh bột thành glucoza được thực hiện nhanh chóng hơn bằng cách xử lý hạt với acid sulfuric loãng,enzym nấm amylas, hay là tổ hợp của cả hai phương pháp.

 

– Về tiềm năng, glucoza để lên men thành Ethanol có thể thu được từ cenluloza.Việc thực hiện công nghệ này có thể giúp chuyển hóa một loại các phế thải và phụ phẩm nông nghiệp chứa nhiều xenluloza, chẳng hạn lõi ngô, rơm rạ hay mùn cưa thành các nguồn năng lượng tái sinh.Cho đến gần đây thì giá thành của các enzym cellulas có thể thủy phân cenluloza là rất cao. Hãng Iogen ở Canada đã đưa vào vận hành xí nghiệp sản xuất ethanol trên cơ sở cenluloza đầu tiên vào năm 2004.

Phản ứng thủy phân cellulose gồm các bước:

Bước 1, thủy phân xenluloza thànhmantoza dưới tácdụng của men amylaza.

(C6H10O5)n-> C12H22O11

Bước 2, thủy phân tiếp mantoza thành glucoza hoặc fructoza dưới tác dụng của menmantaza.

C12H22O11 -> C6H12O6

Bước 3, phản ứng lên men rượu có xúc tác là men zima.

C6H12O6 -> 2 C2H5OH+2 CO2

– Với giá dầu mỏ tương tự như các mức giá của những năm thập niên 1990 thì công nghệ hyđrat hóa êtylen là kinh tế một cách đáng kể hơn so với công nghệ lên men để sản xuất ethanol tinh khiết. Sự tăng cao của giá dầu mỏ trong thời gian gần đây, cùng với sự không ổn định trong giá cả nông phẩm theo từng năm đã làm cho việc dự báo giá thành sản xuất tương đối của công nghệ lên men và công nghệ hóa dầu là rất khó.

c.Làm tinh khiết

– Đối với hỗn hợp Ethanol và nước, điểm sôi hỗn hợp (azeotrope) cực đại ở nồng độ 96% ethanol và 4% nước. Vì lý do này, chưng cất phân đoạn hỗn hợp ethanol-nước (chứa ít hơn 96% ethanol) không thể tạo ra ethanol tinh khiết hơn 96%. Vì vậy, 95% ethanol trong nước là dung môi phổ biến nhất.

 4.Ứng dụng :

a.Nhiên liệu hoặc phụ gia xăng dầu:

–  Ethanol có thể sử dụng như nhiên liệu (thông thường trộn lẫn với xăng) và dùng trong các quy trình công nghiệp khác

–  Hỗn hợp xăng (90%) và cồn ethanol (10% thường thu được bằng cách lên men nông sản) hoặc xăng dầu (97%) và methanol hoặc rượu.

–  Ethanol được sử dụng trong các sản phẩm chống đông lạnh vì điểm đóng băng thấp của nó.

b.Đồ uống có cồn :

–  Ethanol là thành phần chính của đồ uống có cồn, khi uống, ethanol chuyển hóa như 1 năng lượng cung cấp chất dinh dưỡng

c. Nguyên liệu :

– Cồn Ethanol là thành phần  quan trọng trong công nghiệp và  sử dụng rộng rãi như một hợp chất hữu cơ khác,bao gồm ethyl halogenua, ethyl ester, diethyl ether, acid acetic, ethylamin ,…

d. Thuốc sát trùng :

– Cồn Ethanol được sử dụng trong y tế và chống vi khuẩn

– Dung dịch chứa 70% ethanol chủ yếu được sử dụng như chất tẩy uế. Nó là hiệu quả trong việc chống lại phần lớn các loại vi khuẩn và nấm cũng như nhiều loại virus,…nhưng không hiểu quả trong việc chống lại các bào tử vi khuẩn

e. Làm dung môi : 

– Có thể hòa tan trong nước và các dung môi khác. Cồn Ethanol  có trong sơn, cồn thuốc, các sản phẩm chăm sóc cá nhân như nước hoa và chất khử mùi…

f.Dược : 

– Về mặt y dược, ethanol là thuốc ngủ, mặc dù nó ít độc hại hơn so với các rượu khác, cái chết thường xảy ra nếu nồng độ cồn trong máu vượt quá khoảng 5%.

– Có thể giảm thị lực, bất tỉnh sẽ xảy ra ở nồng độ thấp hơn.