CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ETYLIC (C2H5OH)

CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ETYLIC (C2H5OH)

CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ETYLIC (C2H5OH)
Đánh giá

Rượu etylic được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống như dùng làm dung môi, dùng trong ngành y học và công nghiệp thực phẩm.

CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT

Phương pháp lên men

Quá trình dịch hóa

Mục đích: Amilaza là loại enzim chuyển hoá tinh bột. Bình thường tinh bột không ở trạng thái hoà tan nên tác dụng của men amilaza lên nó rất khó khăn, quá trình dịch hoá làm phá vỡ cấu trúc của hạt tinh bột và chuyển về trạng thái hoà tan, giúp cho sự tác dụng của amilaza lên nó hiệu quả hơn

–   Thường nấu ở t0~ 1450C (ng/ liệu chưa nghiền kỹ) hoặc t0~1300C (ng/ liệu nghiền kỹ)

–  Những biến đổi xảy ra trong quá trình dịch hóa:

Khi đun tinh bột với nước lên tới 400C, hạt tinh bột bắt đầu trương nở, khi nhiệt độ cao hơn thể tích của hạt tinh bột tiếp tục tăng, mối liên kết giữa các phần tử của hạt

tinh bột yếu dần và tới một lúc nào đó thì các phần tử tinh bột tan ra, hiện tượng này gọi là hồ hóa.

Photpho trong mối liên kết tinh bột bị đứt ra ở dạng tự do và tạo thành axit photphoric.

Quá trình đường hóa

–  Do nấm men không có khả năng chuyển hóa tinh bột thành rượu. Chúng chỉ có khả

năng sử dụng đường và chuyển đường thành rượu. Vì vậy sau khi dịch hóa và trước khi lên men, tinh bột cần được chuyển thành đường. Sự chuyển hoá tinh bột thành đường có thể xảy ra nhờ xúc tác hóa học (axit, bazơ) hoặc men amilaza (của thóc mầm hoặc nấm mốc).

+ Chuẩn bị dịch amilaza từ thóc mầm:

Thóc  phân loại  làm sạch  ngâm  nảy mầm  sấy   nghiền  phối chế dịch men

+ Hiện nay ngành vi sinh vật học phát triển mạnh và được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp, ngành sản xuất rượu đã áp dụng quá trình đường hóa nhờ dịch amilaza từ nấm mốc.

* Để đường hóa khối cháo người ta tiến hành như sau:

–  Làm lạnh khối cháo đến nhiệt độ thích hợp cho sự hoạt động của men amilaza.

–  Trộn dịch men với khối cháo để làm loãng và đường hóa

–  Làm nguội dịch đường hóa đến nhiệt độ lên men và bơm sang bộ phận lên men.

Quá trình lên men rượu

–  Là quá trình biến đường thành rượu etylic dưới tác dụng của nấm men.

– Nhiệt độ lên men 25 – 300C. Hai phản ứng (1) và (2) xảy ra trong khoảng 50 giờ. Từ 1 tấn ngũ cốc cho khoảng 280 kg etanol và 260 kg CO2 (sản xuất nước đá khô và nén vào chai, dùng trong đời sống và sản xuất). Hỗn hợp phản ứng chứa 8-12% etanol.

Lên men là giai đoạn cuối cùng và chủ yếu nhất của quá trình sản xuất rượu. Trong quá trình này, các chất men của nấm men thực hiện quá trình thủy phân đường phức tạp thành đường đơn giản, còn các đường đơn giản như glucoza, fructoza có thể lên men trực tiếp và nhanh.

Ngoài rượu etylic còn tạo thành một số sản phẩm phụ như glixerin, axit succinic, axetaldehyt, metylic và một hỗn hợp amilic, butilic…gọi chung là dầu fulzen. Thường 95% đường chuyển thành rượu và CO2, còn 5% đường biến thành các sản phẩm phụ khác.

–   Lên men chính: Tốc độ lên men nhanh, 90-95% tổng lượng rượu tạo thành ở giai đoạn này – – Lên men phụ: Tốc độ lên men chậm, đường tiếp tục được chuyển hóa thành rượu và các sản phẩm tạo hương thơm cho rượu thành phẩm.

Các chỉ tiêu kỹ thuật của dấm chín được đánh giá bằng các chỉ số sau:

Độ lên men: Là độ đường sau khi lên men. Được tính theo % độ saccaromet.

Độ axit: Là chỉ tiêu đánh giá độ tinh khiết của quá trình lên men. Trong quá trình lên men độ axit tăng lên 0,2% do sự hoạt động sống của nấm men. Nếu độ axit tăng lên quá mức cho phép chứng tỏ có sự hoạt động của vi khuẩn và gây ức chế sự hoạt động của nấm men.

Độ rượu của dấm chín là  %  rượu thu được trong quá trình lên men.

Chưng cất và tinh chế rượu etylic

–  Chưng cất: Mục đích chính là tách rượu etylic cùng các tạp chất dễ bay hơi ra khỏi dấm chín, sau khi chưng cất ta thu được cồn thô.

–  Tinh chế: tách rượu etylic trong cồn thô ra khỏi các tạp chất dễ bay hơi khác Rượu vang (do lên men từ nước quả), rượu cần là loại rượu không chưng cất.

Phương pháp thuỷ phân gỗ

Gỗ được thủy phân bằng dung dịch H2SO4 loãng (0,3-1%) ở nhiệt độ 160- 1800C và áp suất 12 atm. Trong quá trình thủy phân các polisaccarit chuyển thành monosaccarit

(C6H10O5)n +  nH2O   —>      nC6H12O6

xenlulozơ                                  glucozơ

Trong gỗ có khoảng 50% xenlulozơ, sau khi thuỷ phân tạo thành glucôzơ theo phản ứng trên, tiến hành lên men để tạo thành rượu.

Phương pháp tổng hợp

–   Sản xuất rượu bằng phương pháp tổng hợp cho hiệu suất thu hồi cao và nồng độ rượu cao

Thường tổng hợp rượu etylic theo phương pháp hydrat hoá olefin. Rượu tổng hợp được sử dụng làm cao su tổng hợp, axit acetic, hương liệu, dược phẩm và nhiều chất khác.

* Nguyên liệu:  là etilen

Etilen là sản phẩm của quá trình cracking và nhiệt phân dầu mỏ. Người ta dùng các phần cất dầu mỏ (xăng, dầu hoả), hoặc khí thiên nhiên, khí chế biến dầu mỏ có chứa etan, propan, butan… nhiệt phân trên 7000C, sau đó chưng phân đoạn ở áp suất thấp để tách riêng các olefin

Hidrat hoá gián tiếp có axit sunfuric tham gia

Nguyên liệu: hỗn hợp có 47-50% thể tích etilen, 50 – 52% etan và 1% chất khác.

+ Giai đoạn 1: Etilen tác dụng với axit sunfuric tạo thành etyl sunfat axit và este đietyl sunfat.

C2H4   +  H2SO4  –>  C2H5OSO2OH

2C2H4 +  H2SO4  –>  (C2H5O)2SO2

Điều kiện tối ưu của phản ứng: áp suất riêng phần của etilen là 15at, t0= 70-850C và nồng độ axit sunfuric 97 -98%.

+ Giai đoạn 2: Thủy phân este bằng nước.

C2H5 – O – SO2 -OH  +  H2O –>  C2H5OH + H2SO4 

(C2H5O)2SO2  + 2 H2O –> 2C2H5OH + H2SO4

Trong quá trình còn có sản phẩm phụ là đietyl ete. Để giảm sản phẩm phụ, ta tách nhanh rượu ra khỏi vùng phản ứng, hay cho dư nước để tiến hành phản ứng thuỷ phân ete.

C2H5OC2H5   +  H2O  –>  2C2H5OH      (t0 thích hợp là 90-1000C)

Cần tính toán tỉ lệ H2O/H2SO4  sao cho sau khi thủy phân nồng độ H2SO4  ≥ 50-60%

Phương pháp hiđrat hóa trực tiếp etilen

Điều kiện: t0  = 280-3000C; P = 70at; xúc tác H3PO4/silicagen hoặc alumino silicat.

Trong xúc tác chứa 35% H3PO4 tự do và có khả năng làm việc trong 400-500 giờ, sau đó giảm hoạt tính phải thay mới. Đây là phương pháp đơn giản và được phát triển nhanh.

CH2= CH2   +  H2O = C2H5OH        DH = – 46,2 Kj/mol.

Phản ứng tiến hành trong pha hơi. Do H3PO4 dễ bay hơi và ăn mòn mạnh thiết bị, gần đây người ta sử dụng xúc tác vonfram oxit WO3.

Tỉ lệ hơi nước/olefin là 0,6/1 đến 0,7/1. Mức độ chuyển hóa sau mỗi quá trình

» 4,5% theo etilen hoặc 7% theo nước. Hiệu suất xúc tác theo rượu 200 kg/m3h. Sản phẩm thu được là dung dịch rượu 15%. Tuy mức độ chuyển hóa sau mỗi lần nhỏ nhưng do tuần hoàn etilen nên hiệu suất chung của rượu đạt 95%.