---

CỒN ETHANOL TUYỆT ĐỐI

 

I. 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: C₂H₆O hoặc C₂H₅OH.

- Nồng độ:,99.5%

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

 

1. Cồn Ethanol tuyệt đối (Cồn tuyệt đối) : loại bỏ hoàn toàn nước trong ethanol với hàm lượng 99.50%

2. 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

3. Cồn sinh học : sử dụng làm nhiên liệu

 

II. Tính chất

 

-Chất lỏng không  màu trong suốt, mùi thơm dễ chịu và đặc trưng, vị cay, nhẹ hơn nước (khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15o C), dễ bay hơi (nhiệt độ sôi 78,39o C), hóa rắn ở -114,15oC, tan trong nước vô hạn, tan trong eter và chloroform hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời.

Sở dĩ rượu etylic tan vô hạn trong nước và có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay aldehyd là do sự tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử ethanol với nhau

 

- Ethanol là một dung môi linh hoạt , có thể hòa tan trong nước và nhiều hợp chất hữu cơ khác như: 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.

 

- Các liên kết hydro làm cho ethanol tinh khiết có tính hút ẩm , hút hơi nước trong không khí . Tính phân cực của nhóm chức hydroxyl làm cho etanol có thể hòa tan một số hợp chất ion 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.Với tính chất này mà người ta dùng rượu để ngâm thuốc bắt hay thuốc nam.

  

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

 

III. 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

 

1. Điều chế bằng công nghệ Hydrat hóa ethylene

 

- Ethanol công nghiệp thông thường 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^o C, 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 diatamit (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.

 

-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 sử dụng trong công nghiệp thì không phù hợp với mục đích làm đồ uống cho con người do nó có chứa một lượng nhỏ các chất có thể là độc hại (chẳng hạn methanol) hay khó chịu (chẳng hạn denatonium-là một chất rất đắng, gây tê). 

 

2. Điều chế bằng Lên men

 

- Cồn Ethanol để sử dụng trong các 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 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 hay enzym nấm amylas, hay là tổ hợp của cả hai phương pháp.

 

- Về cơ bản, glucoza để lên men tạo 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 Cenluloza, 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 từ 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 men mantaza.

C₁₂H₂₂O₁₁ -> C₆H₁₂O₆

 

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

C₆H₁₂O₆ -> 2 C₂H₅OH+2 CO₂

 

- Với giá dầu mỏ những năm thập niên 1990 thì công nghệ hyđrat hóa etylen 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.

3. Làm tinh khiết ethanol

 

- Đối với hỗn hợp ethanol và nước, điểm sôi hổn hợp cực đại ở nồng độ 96% ethanol và 4% nước. Vì lý do này, chưng cấc 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.

Hai hướng có thể sử dụng trong sản xuất ethanol tinh chất: Để phá vỡ điểm sôi hỗn hợp nhằm thực hiện việc chưng cất thì một lượng nhỏ benzene được thêm vào, và hỗn hợp lại được chưng cất phân đoạn một lần nữa. Benzen tạo ra điểm sôi hỗn hợp cấp ba với nước và ethanol nhằm loại bỏ ethanol ra khỏi nước, và điểm sôi hỗn hợp cấp hai với êtanol loại bỏ phần lớn benzen. Ethanol được tạo ra không chứa nước. Tuy nhiên, một lượng rất nhỏ (cỡ phần triệu) benzen vẫn còn, vì thế việc sử dụng ethanol này làm thức uống đối với người có thể gây tổn thương cho gan.

Ngoài ra,để sản xuất ethanol tinh chất sử dụng sang phân tử để hấp thụ có chọn lọc nước từ dung dịch 96% êtanol. Zeolit tổng hợp dạng viên tròn có thể sử dụng, cũng như là bột yến mạch. Hướng tiếp cận bằng zeolit là đặc biệt có giá trị, vì có khả năng tái sinh zeolit trong hệ khép kín về cơ bản là không giới hạn số lần, thông qua việc làm khô nó với luồng hơi CO₂ nóng. Ethanol tinh chất được sản xuất theo cách này không có benzen, và có thể sử dụng như là nhiên liệu hay thậm chí khi hòa tan vào các đồ uống có cồn

 

IV . Ứng dụng

 

1. Dùng làm 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.

 

2. Đồ uống có cồn 

 

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

3. 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 ,…

 

4. Vệ sinh - khử trùng

 

Dung dịch chứa 70% ethanol chủ yếu được sử dụng như là chất tẩy uế. Ethanol cũng được sử dụng trong các gel vệ sinh kháng khuẩn phổ biến nhất ở nồng độ khoảng 62%. Khả năng khử trùng tốt nhất của ethanol khi nó ở trong dung dịch khoảng 70%; nồng độ cao hơn hay thấp hơn của êtanol có khả năng kháng khuẩn kém hơn. Ethanol giết chết các vi sinh  bằng cách biến tính protein của chúng và hòa tan Lipid của chúng. Nó hiệu quả trong việc chống lại phần lớn các loại Vi khuẩn và Nấm cũng như nhiều loại Virus, nhưng không hiệu quả trong việc chống lại các bào tử vi khuẩn.

5. Làm dung môi  

 

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

- Làm thuốc sát khuẩn:

 

V. Hướng dẫn An toàn

- Nên dùng dụng cụ bảo hộ cần thiết khi tiếp xúc nhiều với cồn ethanol như:khẩu trang,găng tay…

- Khi bị dính cồn ethanol vào bộ phận hở trên cơ thể như mắt thì phải đi rửa ngay và đến cơ sở y tế gần nhất.

 

VI. Bảo quản

 

- Bảo quản nơi thoáng mát, tránh xa các nguồn nhiệt.

- Khi xảy ra sự cố cháy dùng bột, hóa chất khô, bọt CO₂, phun sương mù để chữa cháy. TUYỆT ĐỐI KHÔNG DÙNG NƯỚC CHỮA CHÁY.