Phương pháp điều chế etanol

Câu hỏi: Phương pháp điều chế etanol 

Lời giải:

    - Cồn Ethanol được sản xuất bằng khá nhiều cách tiêu biểu như thông qua công nghệ hydrat hóa ethylene hoặc dùng phương pháp sinh học đó là lên men đường hay ngũ cốc với men rượu.

    - Thông qua công nghệ hóa dầu Hydrat hóa ethylene

    - Ethanol được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ thông qua phương pháp hydrat hóa ethylene bằng xúc tác acid. Cho ethylene hợp nước ở 300 độ C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là acid wolframic hoặc acid phosphoric:

Ta có phương trình điều chế sau: 

H₂C=CH₂+ H₂O→CH₃CH₂OH

    - Thông qua con đường sinh học là lên men

    - Trong điều kiện không có oxy thì một số loại men rượu sẽ chuyển hóa đường tạo ra Ethanol và Cacbon dioxit CO₂.

Phương trình điều chế 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 dung môi 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.

    - Thông qua con đường làm tinh khiết giữa Ethanol và nước

    - Đối với hỗn hợp Etanol 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% etanol trong nước là dung môi phổ biến nhất.

Cùng Top lời giải đi tìm hiểu chi tiết về Ethanol nhé.

    - Ethanol là một hợp chất hữu cơ có công thức hóa học là C₂H₆O hay C₂H₅OH, thuộc dãy đồng đẳng của ancol. Chúng được sử dụng rất phổ biến trên khắp thế giới, là tương lai của ngành công nghiệp và cũng là nguồn nhiên liệu tiềm năng vô cùng lớn.

    - Ngoài tên gọi là ethanol, C₂H₆O còn được biết đến với các tên khác như Etanol, rượu etylic, ancol etylic.

TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA ETHANOL

Tính chất vật lý của Ethanol

    - Ethanol là chất lỏng trong suốt, không màu, có mùi thơm nhẹ và dễ cháy. Có vị cay đặc trưng. 

    - Ethanol tan vô hạn trong nước.

    - Nhẹ hơn nước với  khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15 độ C).

    - Dễ bay hơi, sôi ở nhiệt độ 78,39 độ C, hóa rắn ở -114,15 độ C.

Tính chất hóa học của Ethanol 

    - Ethanol mang tính chất của một rượu đơn chức, tham gia phản ứng thế H của nhóm –OH.

Tác dụng với kim loại

2 C₂H₅OH + 2Na  → 2 C₂H₅Na + H₂

Tác dụng với axit vô cơ

C₂H₅OH + HBr → C₂H₅Br + H₂O

Tác dụng với axit hữu cơ (phản ứng este hóa)

CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COO C₂H₅ + H₂O

Lưu ý: Các phản ứng phải được thực hiện trong môi trường axit, xúc tác nhiệt độ. Do phản ứng có tính thuận nghịch, do đó phải chú ý đến chuyển dịch cân bằng.

Tác dụng với ancol (xúc tác H₂SO₄ đậm đặc, 140 độ C)

C₂H₅-OH + H-O- C₂H₅ → C₂H₅-O- C₂H₅ + H₂O

Phản ứng tách nhóm -OH (xúc tác H₂SO4 đậm đặc, 170 độ C)

CH₃-CH₂-OH  → CH₂= CH₂ + H₂O

CH₃-CH₂-CHOH-CH₃  → H₂O + CH₃-CH=CH-CH₃ (sản phẩm chính của quá trình) 

             → H₂O + CH₃-CH₂-CH=CH₂ (sản phẩm phụ)

    - Phản ứng oxi hóa, trong đó Ethanol bị oxy hóa với 3 mức: Thành Aldehyde, axit hữu cơ và cacbonic, nước

+ Mức 1: Nhiệt độ cao: 

CH₃-CH₂-OH + CuO -> CH₃-CHO + Cu + H₂O

+ Mức 2: Xúc tác: 

CH₃-CH₂-OH + O₂ -> CH₃-COOH + H₂O

+ Mức 3: 

C₂H₅OH + 3 O₂ -> 2 CO₂ + 3 H₂O

ĐIỀU CHẾ CHẤT ETHANOL 

    - Cồn Ethanol được sản xuất bằng khá nhiều cách tiêu biểu như thông qua công nghệ hydrat hóa ethylene hoặc dùng phương pháp sinh học đó là lên men đường hay ngũ cốc với men rượu.

    - Thông qua công nghệ hóa dầu Hydrat hóa ethylene

    - Ethanol được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ thông qua phương pháp hydrat hóa ethylene bằng xúc tác acid. Cho ethylene hợp nước ở 300 độ C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là acid wolframic hoặc acid phosphoric:

Ta có phương trình điều chế sau: 

H₂C=CH₂+ H₂O→CH₃CH₂OH

    - Thông qua con đường sinh học là lên men

    - Trong điều kiện không có oxy thì một số loại men rượu sẽ chuyển hóa đường tạo ra Ethanol và Cacbon dioxit CO₂.

Phương trình điều chế 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 dung môi 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.

    - Thông qua con đường làm tinh khiết giữa Ethanol và nước

    - Đối với hỗn hợp Etanol 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% etanol trong nước là dung môi phổ biến nhất.

ỨNG DỤNG CỦA ETHANOL

ETHANOL ứng dụng trong công nghiệp

    - Etanol cũng được sử dụng trong các sản phẩm chống đông lạnh vì điểm đóng băng thấp của nó.

    - Etanol dùng để điều chế một số hợp chất hữu cơ như axit axetic, dietyl ete, etyl axetat…

    - Etanol được dùng làm dung môi hoặc chất pha để pha vecni, dược phẩm, nước hoa… 

    - Cồn Etanol dùng để pha chế xăng sinh học E5, E10, thường tỉ lệ xăng chiếm trên 90%. 

    - Ethanol dùng trong công nghiệp in, công nghiệp điện tử, dệt may.

    - Cồn Ethanol dùng trong ngành điện tử, lau vi mạch, bo mạch.

ETHANOL ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

    - Ethanol ứng dụng vào ngành công nghiệp thực phẩm hay còn gọi là cồn thực phẩm và có những ứng dụng sau đây:

    - Ethanol là một trong những nguyên liệu để tạo ra đồ uống có cồn mà hằng ngày chúng ta vẫn hay sử dụng như bia, rượu, … 

    - Ethanol còn được dùng như nước ướp gia vị

ETHANOL ứng dụng trong dược phẩm và y học

    - Ethanol được dùng như một chất chống vi khuẩn, sát trùng

    - Ethanol được dùng để điều chế thuốc ngủ 

    - Ethanol ở nồng độ nhất định còn là dung dịch dùng để tẩy rửa, vệ sinh các dụng cụ y tế.