TIỂU LUẬN MÔN HỌC HÓA KỸ THUẬT ĐỀ TÀI QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
 « 
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
HÓA KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI: QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL
Người thực hiện : Trần Kim Thoa
MSSV : 09270411
Lớp : ĐHPT5LT
GVHD : TS. Đặng Kim Triết

Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 12-2010
MỤC LỤC
Lời mở đầu 3
1. Giới thiệu sơ lược về ethanol: 4
1.1. Lịch sử hình thành: 4
2. Một số ứng dụng 5
3. Tính chất: 6
3.1. Tính chất vật lý: 6
3.2. Tính chất hóa học: 6
3.2.1. Tính chất của một rượu đơn chức: 6
3.2.2. Phản ứng riêng: 7
3.2.3. Một số tính chất khác: 7
4. Các phương pháp sản xuất: 8
4.1. Phương pháp lên men: 9
4.2. Phương pháp làm tinh khiết: 10
4.3. Phương pháp thuỷ phân gỗ: 11
4.4. Phương pháp tổng hợp: 11
4.4.1. Từ andehyde acetic: 11
4.4.2. Từ etan: 11
2C2H6 + O2 → CH3CH2OH 11

4.5. Phương pháp hydrat hóa etilen 11
4.5.1. Phương pháp hydrat hoá gián tiếp etilen có axit sunfuaric tham gia: 12
4.5.2. Phương pháp hydrat hoá trực tiếp etilen: 13
5. Một số nguyên liệu dùng cho sản xuất ethanol: 15
5.1. Sản xuất cồn từ phế liệu nông nghiệp 15
5.2. Sản xuất cồn ethanol từ rơm. 16
6. Ethanol nguồn nhiên liệu của tương lai: 16
Câu hỏi trắc nghiệm: 19
Tài liệu tham khảo 21
Lời mở đầu
Ethanol là một là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của rượu
etylic, nó có rất nhiều ứng dụng trong đời sống con người và trong công nghiệp
sản xuất. Về nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol, nước ta gặp khá nhiều thuận
lợi khi có vùng trồng mía, lương thực và các cây lấy dầu khá lớn
Ethanol thường được sản xuất bằng phương pháp lên men và chưng cất
các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn như ngô, lúa
mạch, lúa mì, củ cải đường, củ sắn Ethanol còn được sản xuất từ các loại cây
cỏ có chứa cellulose. Ngoài ra trong công nghiệp chúng ta còn có thể tổng hợp
ethanol bằng phương pháp hydrat hóa etilen, tổng hợp từ etan,
Trong phạm vi bài tiểu luận này chúng ta cùng nhau tìm hiểu đôi nét về
ethanol và các phương pháp sản xuất ethanol. Trong quá trình tìm hiểu và thực
hiện bài tiểu luận em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ dạy tận tình của
thầy TS. Đặng Kim Triết. Với thời gian tìm hiểu còn hạn chế và kiến thức còn
có nhiều thiếu sót mong được sự đóng góp ý kiến của Thầy và các bạn để em có
thể rút kinh nghiệm và hoàn thành tốt hơn ở những bài tiếp theo.
Chân thành cảm ơn
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
1. Giới thiệu sơ lược về ethanol:
Ethanol, còn được biết đến như là rượu etylic hay rượu ngũ cốc hay còn gọi

là cồn, là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của rượu etylic, dễ
cháy, không màu, là một trong các rượu thông thường có trong thành phần của
đồ uống chứa cồn. Trong cách nói dân dã, thông thường nó được nhắc đến một
cách đơn giản là rượu. Công thức hóa học của nó là C
2
H
5
OH hay CH
3
-CH
2
-OH,
viết tóm tắt là C
2
H
6
O.
1.1. Lịch sử hình thành:
Ethanol đã được con người sử dụng từ thời tiền sử như là một thành phần
gây cảm giác say trong đồ uống chứa cồn. Các cặn bã khô trong các bình gốm
9000 năm tuổi tìm thấy ở miền bắc Trung Quốc đã gián tiếp cho thấy việc sử
dụng các đồ uống chứa cồn trong số những người sống ở thời kỳ đồ đá mới.
Việc chiết nó ra dưới dạng tương đối nguyên chất đã được thực hiện lần đầu tiên
bởi các nhà giả kim thuật Hồi Giáo và họ là những người đã phát triển ra nghệ
thuật chưng cất rượu trong thời kỳ của chế độ khalip (vua chúa Hồi giáo) thời
kỳAbbasid. Các ghi chép của Geber (721-815) đã đề cập tới hơi dễ cháy của
rượu được đun sôi. Alkindi (801-873) cũng đã miêu tả rõ ràng quá trình chưng
cất rượu. Việc chưng cất êtanol ra khỏi nước có thể tạo ra các sản phẩm chứa tới
96% êtanol. Ethanol nguyên chất lần đầu tiên đã thu được vào năm 1976 bởi
Johann Tobias Lowits , bằng cách lọc ethanol chưng cất qua than củi.

Antoine Lavoisier đã mô tả ethanol như là một hợp chất của cacbon, hidro
và oxy, và năm 1808, Nicolas-Théodore de Saussure đã xác định được công
thức hóa học của nó. Năm 1858, Archibald Scott Couper đã công bố công thức
cấu trúc của ethanol: điều này làm cho ethanol trở thành một trong các hợp chất
hóa học đầu tiên có sự xác định cấu trúc hóa học.
Ethanol lần đầu tiên được tổng hợp nhân tạo vào năm 1826, thông qua các
cố gắng độc lập của Henry Hennel ở Anh và S.G. Sérullas ở Pháp. Michael
Faraday đã điều chế ethanol bằng phản ứng hyđrat hóa ethylene với xúc tác axít
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
4
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
năm 1828, theo một công nghệ tương tự như công nghệ tổng hợp ethanol công
nghiệp ngày nay.
2. Một số ứng dụng
Ethanol là chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng, dễ hút ẩm, tạo hỗn hợp
đẳng phí với nước, nồng độ ethanol ở điểm đẳng phí là 89%, ethanol trộn với
nước có nhiệt độ sôi là 78,15
0
C. Ethanol là chất phân cực mạnh. Nó có thể trộn
lẫn với ete và nhiều dung môi khác; hoà tan nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ.
Ethanol dễ cháy và tạo hỗn hợp nổ với không khí. Ethanol có nhiều ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội.
Ethanol được dùng nhiều trong đời sống: ethanol sản xuất từ ngũ cốc được
dùng để bảo quản thực phẩm, pha chế các loại rượu uống khác nhau, có tác dụng
kích thích dịch vị trong ăn uống. nhưng nếu uống quá nhiều sẽ dẫn tới viêm dạ
dày, có thể mắt bênh suy dinh dưỡng, giảm thị lực…
Trong y tế ethanol (hay gọi là cồn) được dùng để sát trùng vết thương, sát
khuẩn, sản xuất dược phẩm, để chữa bệnh,
Ethanol còn là một sản phẩm hoá học: vì ethanol được dùng để điều chế

dung môi etylacetat (dùng cho công nghiệp sơn, dùng để chiết thuốc kháng
sinh ), etylclorua(dùng để tinh chế tetraetyl chì, làm chất chống nổ cho xăng
nhưng hiện nay đang hạn chế xăng pha chì), dietylete, etylamin. Ethanol là
nguyên liệu quan trọng để điều chế 1,3-butadien cho công nghệ sản xuất cao
su…
Ngoài ra ethanol còn được dùng trong công nghiệp để làm chất đốt, làm
dung môi hoà tan các hợp chất vô cơ cũng như hữu cơ.
Ethanol dùng để pha dung môi pha vecni, dược phẩm, nước hoa. Năm 1985
Mỹ sử dụng 5% sản lượng ethanol để pha vào xăng làm nhiên liệu chạy động cơ,
đến năm 1985 đã sử dụng 73%, Tây Âu là 28%.
Ngày nay, người ta còn dùng cồn tuyệt đối (trên 99,5%V) để thay thế một
phần nhiên liệu cho động cơ ô tô. Cồn có thể thay thế 20% - 22% trong tổng
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
5
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
lượng xăng thành "gasohol" để sử dụng trong ôtô và các phương tiện khác dùng
động cơ xăng. Đây là một hướng phát triển mới và đầy triển vọng của ngành
công nghiệp vì việc sử dụng cồn thay thế một phần cho xăng sẽ làm giảm bớt sự
ô nhiễm môi trường, để tiết kiệm năng lượng của các loại động cơ. Nó làm tăng
chỉ số octan của xăng, ngăn cản sự cháy kích nổ và dẫn đến có thể thay thế tetra
etyl chì là một chất độc.
Ethanol là một trong những sản phẩm hoá học đầu tiên mà loài người biết
đến, nhưng các phương pháp rượu sản xuất với quy mô công nghiệp chỉ mới
biết đến từ những năm 1930.
Ethanol có rất nhiều ứng dụng, chính vì vậy việc tạo ethanol tuyệt đối là
công việc cần thiết và được quan tâm phát triển.
3. Tính chất:
3.1. Tính chất vật lý:
Rượu eylic là một chất lỏng, không màu, mùi thơm dễ chịu, vị cay, nhẹ hơn

nước (khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15
o
C, sôi ở nhiệt độ 78,39
o
C, hóa rắn ở
-114,15 độ C, tan trong nước vô hạn. Sở dĩ rượu etylic tan trong nước vô hạn và
có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay aldehyde có khối lượng phân tử
xấp xỉ là do sự tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử rượu với nhau và với
nước.
3.2. Tính chất hóa học:
3.2.1. Tính chất của một rượu đơn chức:
Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm
thổ.
2 C
2
H
5
OH + 2 Na -> 2 C
2
H
5
ONa + H
2
Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và acid
với môi trường là acid sulfuric đặc nóng tạo ra este.
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
6
Tính chất hóa học của ethanol được
quyết định bới cấu trúc phân tử
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật

Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
C
2
H
5
OH + CH
3
COOH -> CH
3
COOC
2
H
5
+ H
2
O
Phản ứng loại nước như tách nước trong một phân tử để tạo thành olefin,
trong môi trường acid sulfuric đặc ở 170 độ C.
C
2
H
5
OH -> C
2
H
4
+ H
2
O
Hay tách nước giữa 2 phân tử rượu thành ether

C
2
H
5
OH + C
2
H
5
OH -> C
2
H
5
-O-C
2
H
5
+ H
2
O
Phản ứng oxi hóa, trong đó rượu bị oxi hóa theo 3 mức: oxi hóa không hoàn
toàn (hữu hạn) thành aldehyde, acid hữu cơ và oxi hóa hoàn toàn (đốt cháy)
thành CO
2
và H
2
O.
+ Mức 1: trong môi trường nhiệt độ cao
CH
3
-CH

2
-OH + CuO -> CH
3
-CHO + Cu + H
2
O
+ Mức 2: có xúc tác
CH
3
-CH
2
-OH + O
2
-> CH
3
-COOH + H
2
O
+ Mức 3:
C
2
H
5
OH + 3 O
2
-> 2 CO
2
+ 3 H
2
O

3.2.2. Phản ứng riêng:
+ Phản ứng tạo ra butadien-1,3 : cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp,
Cu + Al
2
O
3
ở 380-400
o
C, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nước
2C
2
H
5
OH -> CH
2
=CH-CH
2
=CH + 2 H
2
O + H
2
+ Phản ứng lên men giấm: oxi hóa rượu etylic 10
o
C bằng oxi không khí có mặt
men giấm ở nhiệt độ khoảng 25
o
C.
CH
3
-CH

2
-OH + O
2
-> CH
3
-COOH + H
2
O
3.2.3. Một số tính chất khác:
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
7
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
Tính chất Giá trị
Số UN 1170
Nhiệt độ tan 158,8 K (-114,3°C, -173,83°F)
Điểm tới hạn
514 K (241°C, 465.53°F) ở áp suất 63
bar
Δ
tan
H 4,9 kJ/mol
Δ
tan
S 31 J/mol•K
Δ
sôi
H 38,56 kJ/mol
pH 7,0 (trung tính)
ΔfH

0
lỏng
-277,38 kJ/mol
S
0
lỏng
159,9 J/mol•K
Cp 112,4 J/mol•K
ΔfH
0
khí
-235,3 kJ/mol
S
0
khí
283 J/mol•K
C
p
65,21 J/mol•K
Tác động cấp tính
Buồn nôn, gây mửa, gây trầm cảm.
Ngừng thở trong trường hợp nặng.
Tác động kinh niên Nghiện. Xơ gan.
Nhiệt độ tự cháy 425°C (797°F)
Mật độ giới hạn nổ 3,5-15%
Tính chất khác (tiếng Anh) NIST WebBook
4. Các phương pháp sản xuất:
Ethanol được sản xuất bằng cả công nghiệp hóa dầu, thông qua công nghệ
hyđrat hóa etylen, và theo phương pháp sinh học, bằng cách lên men đường hay
ngũ cốc với men rượu

GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
8
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
4.1. Phương pháp lên men:
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 (quan trọng nhất là Saccharomyces cerevisiae) chuyển hóa đường
trong điều kiện không có ôxy (gọi là yếm khí), chúng sản xuất ra ethanol và
cacbon điôxít CO
2
. Phản ứng hóa học tổng quát có thể viết như sau:
C
6
H
12
O
6
→ 2 CH
3
CH
2
OH + 2 CO
2
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 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 axid
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
xenluloza. 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 xenluloza là rất cao. Hãng
Iogen ở Canada đã đưa vào vận hành xí nghiệp sản xuất ethanol trên cơ sở
xenluloza đầu tiên vào năm 2004.
Phản ứng thủy phân cellulose gồm các bước:
+ Bước 1: Thủy phân xenluloza thành mantoza dưới tác dụng của men amylaza.
(C
6
H
10
O
5
)
n
-> C
12
H
22
O
11
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
9

Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
+ Bước 2: Thủy phân tiếp mantoza thành glucoza hoặc fructoza dưới tác dụng
của men mantaza.
C
12
H
22
O
11
-> C
6
H
12
O
6
+ Bước 3: Phản ứng lên men rượu có xúc tác là men zima.
C
6
H
12
O
6
-> 2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2
4.2. Phương pháp làm tinh khiết:

Đối với hỗn hợp ethanol và nước, điểm sôi hỗn hợp (azeotrope) cực đại ở
nồng độ 96% êtanol và 4% nước. Vì lý do này, chưng cất phân đoạn hỗn hợp
êtanol-nước (chứa ít hơn 96% êtanol) không thể tạo ra ethanol tinh khiết hơn
96%. Vì vậy, 95% ethanol trong nước là dung môi phổ biến nhất.
Hai hướng cạnh tranh nhau 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
benzen có thể 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 ethanol 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 đối với người có thể gây
tổn thương cho gan.
Ngoài ra, sàng phân tử có thể sử dụng để hấp thụ có chọn lọc nước từ dung
dịch 96% ethanol. Zeolit tổng hợp trong 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 CO
2
nóng. Ethanol tinh chất được sản xuất
theo cách này không có dấu tích của benzen, và có thể sử dụng như là nhiên liệu
hay thậm chí khi hòa tan có thể dùng để làm mạnh thêm các loại rượu như rượu
vang pooctô (có nguồn gốc ở Bồ Đào Nha hay rượu vang sherry (có nguồn gốc
ở Tây Ban Nha) trong các hoạt động nấu rượu truyền thống
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
10
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
4.3. Phương pháp thuỷ phân gỗ:
Trong gỗ chứa khoảng 50% xenlulozơ, dùng dung dịch H
2

SO
4
thuỷ phân
tạo thành glucozơ, sau đó lên men thành rượu hoặc từ nước thải snfit( là nguồn
nước thải của nhà máy giấy, nhà mấy gỗ, chứa pentozan, linhin, cá thành phần
xenlulozơ khác của gỗ).
4.4. Phương pháp tổng hợp:
Ngày nay các phương pháp tổng hợp rượu etylic được phát triển đáp ứng
nhu cầu công nghiệp.
4.4.1. Từ andehyde acetic:
CH
3
CHO + H
2
O →CH
3
CH
2
OH
Xúc tác cho phản ứng là Ni/ chất mang đồng (hoặc đồng, coban, vonfam
cromit). Nhiệt độ từ 180-220
o
C, hiệu suất chuyển hoá gần 100%. Phương pháp
này cho rượu có nồng độ cao nhưng giá thành đắt, vì vậy không sử dụng rộng rãi
trong công nghiệp.
4.4.2. Từ etan:
2C
2
H
6

+ O
2
→ CH
3
CH
2
OH
Phương pháp này phát triển ở nhiều nước vì etan là nguyên liệu rẻ tiền.
phản ứng tiếng hành thấp hơn áp suất khí quyển và nhiệt độ khoảng 270
o
C. Hiệu
suất chuyển hoá đạt 37%. Ngoài ra còn có một số sản phẩm phụ như methanol,
andehyde fomic, andehyde acetic, axit acetic, axit fomic…
4.5. Phương pháp hydrat hóa etilen
Với giá dầu mỏ tương tự như các mức giá của những năm thập niên 1990
thì công nghệ hyđrat hóa etilen là kinh tế một cách đáng kể hơn so với công
nghệ lên men để sản xuất êtanol 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
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
11
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
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
4.5.1. Phương pháp hydrat hoá gián tiếp etilen có axit sunfuaric tham gia:
Cơ chế và điều kiện phản ứng:
Quá trình tiến hành qua hai giai đoạn:
+Giai đoạn 1: quá trình hydrat hoá được thực hiên trong công nghiệp từ
những năm 1930. Etilen trong hỗn hợp khí chứa từ 35-95%. Phản ứng tiến hành
trong tháp hấp thụ ở 55-80

o
C và 10-35 at, nồng độ H
2
SO
4
là 94-98%. Giai đoạn
này có thể dùng xúc tát AgSO
4
. Etilen tác dụng với axitsufuric tạo thành mono
và diêtyl sunfat, phản ứng toả nhiệt(∆H= -243kJ/mol)
C
2
H
4
+ H
2
SO
4
→ C
2
H
5
OSO
2
OH
2C
2
H
4
+H

2
SO
4
→(C
2
H
5
O)
2
SO
2
+ Giai đoạn 2: thuỷ phân este bằng nước
Cả hai được thuỷ phân ở nhiệt độ tạo thành ethanol với nồng độ H
2
SO
4
sau
phản ứng thuỷ phân là 45-60%. Nếu nhiệt độ cao đồng thời hình thành sản phẩm
phụ dietyl ete
C
2
H
5
-O-SO
2
-OH + H
2
O→ C
2
H

5
OH+ H
2
SO
4
(C
2
H
5
0)
2
SO
2
+ 2H
2
O→ 2C
2
H
5
OH+H
2
SO
4
C
2
H
5
-O-SO
2
-OH + C

2
H
5
OH→ (C
2
H
5
)
2
O+ H
2
SO
4
(C
2
H
5
O)
2
SO
2
+ C
2
H
5
OH→2(C
2
H
5
)

2
O+ H
2
SO
4
Để giảm sản phẩm phụ người ta tách nhanh rượu ra khỏi vùng phản ứng
hay cho dư để tiến hành phản ứng thuỷ phân ete trong dung dịch có mặt xúc tác
H
2
SO
4
.
C
2
H
5
OC
2
H
5
+ H
2
O→ 2C
2
H
5
OH
Hiệu suất tạo thành ethanol là 86% tính theo etilen. Bằng phương pháp
hidrat hoá olefin có mặt H
2

SO
4
người ta điều chế được rượu ethanol, propanol,
butane, iso-butanol. Tuỳ từng loại olefin mà duy trì các điều kiện kĩ thuật khác
nhau.
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
12
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
4.5.2. Phương pháp hydrat hoá trực tiếp etilen:
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
hyđrat hóa êtylen. Phản ứng tiến hành trong pha khí ở 300
o
C, ở 70atm, xúc tác
H
3
PO
4
/SiO
2
. Do H
3
PO
4
dễ bay hơi và có tính ăn mòn mạnh thiết bị, gần đây
người ta nghiên cứu sử dụng xúc tác vonfam WO
3
H
2

C=CH
2
+ H
2
O → CH
3
CH
2
OH ∆H= -46kJ/mol
Chất xúc tác thông thường là axít phốtphoric, được hút bám trong các chất
có độ xốp cao chẳng hạn như điatomit (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 êtanol ở
mức độ công nghiệp năm 1947. 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.
Tỉ lệ mol hơi nước trên olefin là 0.6/1. Mức độ chuyển hoá sau mỗi lần
khoảng 4.5% theo olefin. Sản phẩm phụ thu được là dung dịch rượu khoảng
15%. Hiệu suất chung của rượu đạt 97%. Sản phẩm phụ hình thành là dietylete
và oligome etilen, polime
CH
2
=CH
2


CH
3
-CH
2
+

CH
3
-CH
2
-CH
2
-CH
2
*
và một lượng nhỏ tạo thành andehyde theo phản ứng khử hidro của rượu:
C
2
H
5
OH → CH
3
CHO + H
2
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 êtylen
đầu tiên được hydrat hóa gián tiếp bằng phản ứng của nó với acid sulfuric đậm
đặc để tạo ra etyl sulfat, sau đó chất này được thủy phân để tạo thành êtanol và
tái tạo axít sulfuric:
H
2
C=CH
2
+ H
2

SO
4
→ CH
3
CH
2
OSO
3
H
CH
3
CH
2
OSO
3
H + H
2
O → CH
3
CH
2
OH + H
2
SO
4
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
13
+H
2
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật

Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
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- C
21
H
29
N
2
O•C
7
H
5
O
2
-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.
4.5.2.1 Nguyên liệu:
Nhu cầu etilen trong những năm qua tăng rất mạnh. Năm 1970 sản xuất
17 triệu tấn, 1980- 45 triệu tấn, 1990-56 triệu tấn, 1993- 62 triệu tấn, 1997- 88
triệu tấn. etilen là sản phẩm của quá trình cracking và nhiệt phân dầu hoả. Ngừơi
ta dùng các phần cất dầu mỏ (etxăng, dầu mỏ) hoặc khí thiên nhiên và khí chế
biến dầu mỏ như etan, propan, butan, nhiệt phân trên 700
o
C(nhiệt độ có thể lên
tới trên 1000
o
C), sau đó chưng phân đoạn ở áp suất thấp để tách riêng các olefin(
nhiệt độ sôi: etilen -103

o
C, propilen -45
o
C, metan -160
o
C)
R
1
-(CH
2
)
4
-R
2
→ R
1
-CH
2
-CH
2
-CH
2
*
+ CH
2
-R
2
R
1
-CH

2
-CH
2
-CH
2
*
→ R
1
-CH
2
*
+ CH
2
=CH
2
R
1
-CH
2
-CH(CH
3
)-CH
2
*
→ R
1
-CH
2
*
+CH

3
-CH=CH
2
….
Hiệu suất tạo thành etilen từ etan có thể lên tới 80%, từ propan và phần
cất chứa hydrocarbon từ C4 ít hơn. Nguyên liệu dạng khí được đưa vào lò ống
dài 35-160m, đường kính 50-120mm. sản phẩm nhanh chống tách ra, để tránh
phản ứng tiếp theo của sản phẩm không no, làm lạnh hỗn hợp khí tới 280-650
o
C.
sau đó làm lạnh nhiều giai đoạn tới 35
o
C. Qua các giai đoạn làm sạch (H
2
S,
CO
2
) và làm khô hoá lỏng để chưng phân đoạn, tách riêng etilen, propilen, phân
đoạn C
4
và C
5
và các sản phẩm có nhiệt độ sôi cao hơn, cũng như thu được CH
2
và H
2
ở thể khí.
4.5.2.2 Dây chuyền sản xuất ethanol bằng hidrat hoá trực tiếp etilen:
Trong sản xuất người ta thực hiện quá trình liên tục tuần hoàn kín. Etilen và hơi
nước có áp suất 70atm được dẫn vào tháp trao đổi nhiệt (1) đun nóng khí lên 300

o
C
rồi dẫn vào tháp phản ứng (2) có chứa xúc tác H
3
PO
4
/Si0
2
, xảy ra phản ứng hydrat
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
14
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
hoá etilen tạo thành rượu etylic. Hỗn hợp sản phẩm ở dạng khí và hơi qua thiết bi
trao đổi (3) làm lạnh và qua tháp phân li (4) tách được dung dịch rượu loãng (15-
16%) và khí etilen chưa phản ứng. Khí tiếp tục rữa bằng nước tại tháp rữa (5), hơi
rượu được lấy ra ở đáy tháp rữa (5), hơi rượu được hấp thụ lấy ra ở đáy tháp rửa
cùng với rượu từ thiết bị phân li ra, đem đi tinh chế được rượu có nồng độ lớn nhất
95.6%. muốn có rượu khan phải chưng đẳng phí rượu-benzen-nước. Khí etilen chưa
phản ứng dẫn quay lại tháp phản ứng.
5. Một số nguyên liệu dùng cho sản xuất ethanol:
5.1. Sản xuất cồn từ phế liệu nông nghiệp
Một nhóm nghiên cứu thuộc Viện Sinh học nhiệt đới vừa thành công
trong việc sản xuất cồn từ bã khoai mì, khoai mì lát.
Hiện nay ở Việt Nam, việc sản xuất cồn chủ yếu từ rỉ đường mía nên hiệu
suất tạo cồn chưa cao, chưa tận dụng được các chế phẩm sản xuất từ cồn nên giá
thành cồn đắt hơn giá thành chung của khu vực. Rỉ đường mía là phụ phẩm của
ngành mía đường ở thể lỏng, màu nâu đỏ có chứa một số chất khoáng, kim
loại
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa

15
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
Bằng công nghệ đường hóa tinh bột, cứ 15 kg bã khoai mì hoặc 2,5 kg
khoai sẽ sản xuất được 1 lít cồn 94,5%. Cồn từ phế liệu nông nghiệp này sẽ có
giá rẻ hơn so với cồn từ rỉ đường mía khoảng 20%, mặt khác lại cho chế phẩm
sinh học dùng trong chăn nuôi giảm ô nhiễm môi trường do việc phơi bã khoai
mì gây ra.
Được biết, tổng sản lượng khoai mì tại Việt Nam là 2,7 triệu tấn/năm.
Mỗi ngày một nhà máy sản xuất tinh bột có công suất 200 tấn/ngày sẽ thải ra
khoảng 100 tấn bã khoai mì, độ ẩm 80%, tương đương khoảng 67 lít cồn.
5.2. Sản xuất cồn ethanol từ rơm.
TS Phan Đình Tuấn và các cộng sự thuộc Trung tâm Nghiên cứu công
nghệ hóa dầu, Trường ĐH Bách khoa TPHCM vừa thành công trong việc sản
xuất cồn ethanol 94% từ rơm. Cồn ethanol được cho là nhiên liệu của tương lai
gần, khá thân thiện với môi trường. Ở nước ta, đến nay việc sản xuất cồn ethanol
mới chỉ được thực nghiệm thành công từ khoai mì và chưa hề có tiền lệ nào về
sản xuất được từ rơm của cây lúa.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn bào chế được chủng loại enzym sử dụng
trong quá trình sản xuất cồn ethanol. Loại enzym này bước đầu cho chất lượng
tốt, có khả năng thay thế loại enzym nhập ngoại của Đan Mạch.
Hiện nay, nhóm nghiên cứu đang tiếp tục đầu tư để thực hiện dự án sản
xuất thử nghiệm cồn ethanol thay thế xăng. Được biết, nghiên cứu này được sự
hỗ trợ, tư vấn của các chuyên gia đến từ Trường ĐH Tokyo, Nhật Bản.
6. Ethanol nguồn nhiên liệu của tương lai:
Than đá, xăng dầu đang có nguy cơ cạn kiệt và không thể tái tạo, các nhà
nghiên cứu đã nỗ lực tìm kiếm nguồn thay thế. Trong số này, ethanol đang được
cho là phù hợp hơn cả.
Nhiên liệu này có thể làm giảm lượng khí phát thải của xăng và là chất
phụ gia để tăng trị số ốc-tan, loại trị số đo khả năng kích nổ. Các quốc gia phát

GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
16
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
triển hay đang phát triển đều có thể sản xuất được ethanol do công nghệ điều
chế không đòi hỏi ở mức cao siêu.
Theo các nhà khoa học, về mặt nhiệt lượng thì 1,5 lít ethanol có thể thay
cho 1 lít xăng. Nếu pha ethanol vào xăng, tùy theo độ tinh khiết của chúng có
thể giảm lượng xăng khoảng 10 - 15% mà công suất, hiệu suất và độ mài mòn
động cơ hầu như không đổi. Do có nguồn gốc từ cây trồng nên ethanol mang lại
rất nhiều lợi ích: an toàn năng lượng, giá nhiên liệu thấp, giảm khí CO2, tái sinh
nền nông nghiệp, tạo thêm nhiều việc làm cho nông dân và bảo vệ lớp đất bề
mặt. Việc sản xuất ethanol từ nguyên liệu sinh khối như: rơm, cành cây nhỏ, củi
tre đang có dấu hiệu rất khả quan, báo hiệu thời điểm đẩy mạnh việc sản xuất
và sử dụng nguồn nhiên liệu vô tận đang đến.
Từ kinh nghiệm của Bra-xin, gần đây, các quốc gia phát triển như Mỹ,
Đức, Nhật Bản cũng đặc biệt quan tâm đến ethanol và các loại nhiên liệu sinh
học khác. Mới đây, một ủy ban của Thượng viện Mỹ đã nhất trí thông qua nghị
quyết đòi hỏi các nhà máy lọc dầu nước này phải tăng lên hơn gấp 2 lần việc sử
dụng ethanol và các loại nhiên liệu có thể tái tạo được trước năm 2012. Điều này
có thể hạn chế việc nhập tới 2 tỷ thùng dầu thô trong khoảng từ năm 2006 đến
2012 Tất nhiên, trong cuộc chạy đua này, các hãng sản xuất ô tô hàng đầu như
Ford, Mercedes, General Motor, Daimler Chrysler, Toyota, Nissan cũng đã có
kế hoạch dài hơi để sản xuất những chiếc xe dùng nhiên liệu ethanol.
Về nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol, nước ta gặp khá nhiều thuận lợi
khi có vùng trồng mía, lương thực và các cây lấy dầu khá lớn. Hiện các nhà máy
đường trong nước đều có phân xưởng sản xuất ethanol và CO
2
từ rỉ đường. Vấn
đề lúc này là làm sao nâng cao độ tinh khiết trước khi có thể dùng chúng làm

nhiên liệu.
Mới đây, nhóm nghiên cứu của PGS Trần Khắc Chương, ĐH Bách khoa
TP Hồ Chí Minh đã công bố nghiên cứu thành công quy trình công nghệ có thể
sản xuất ra loại hóa chất phục vụ điều chế xăng sinh học từ những nguồn nguyên
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
17
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
liệu trong nước. Để sản xuất được xăng sinh học đủ tiêu chuẩn thì nhất thiết phải
có loại cồn 100% (cồn tuyệt đối), tức ethanol. Hiện tại, nhóm đã hoàn chỉnh quy
trình công nghệ và thiết kế, chế tạo mô hình thử nghiệm sản xuất cồn tuyệt đối
đạt công suất khoảng 100 kg/ngày và sử dụng loại hóa chất do chính nhóm chế
tạo. Ông Chương cho biết, một khi đã giải quyết được vấn đề sản xuất cồn tinh
khiết 100% bằng công nghệ trong nước với quy mô công nghiệp thì việc điều
chế ra xăng sinh học là việc nằm trong tầm tay của giới khoa học.
Với một nước phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn xăng dầu nhập khẩu như
Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu nhằm sử dụng và sản xuất ethanol là việc
làm rất đáng lưu tâm.
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
18
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
Câu hỏi trắc nghiệm:
Câu 1: Trong các phương pháp sản xuất ethanol thì phương pháp nào
cho hiệu suất cao nhất
a. Phương pháp lên men
b. Phương pháp thủy phân gỗ
c. Phương pháp hydrat hóa trực tiếp etilen
d. Phương pháp làm tinh khiết
Đáp án: C

Câu 2: Chọn đáp án đúng nhất :
a. Ethanol là chất không phân cực, dễ cháy và tạo hỗn hợp nổ
với không khí.
b. Ethanol là chất phân cực mạnh, dễ cháy và tạo hỗn hợp nổ với
không khí.
c. Ethanol là một chất lỏng, màu trắng, mùi thơm dễ chịu, vị cay,
nhẹ hơn nước, tan vô hạn trong nước.
d. Ethanol là một chất lỏng, không màu, mùi thơm dễ chịu, vị
cay, nặng hơn nước, tan rất ít trong nước.
Đáp án : B
Câu 3 : Ethanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn được sản xuất bằng
phương pháp nào sau đây :
a. Phương pháp lên men
b. Phương pháp hydrat hóa trực tiếp etilen
c. Phương pháp thủy phân gỗ
d. Phương pháp hydrat hóa gián tiếp etilen có sự tham gia của acid
sunfuric
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật
Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
Đáp án : A
Câu 4 : Trong các phương pháp sản xuất ethnol trong công nghiệp hiện
nay có thể tạo ra các sản phẩm chứa tối đa bao nhiêu % ethanol :
a. 96%
b. 95%
c. 98%
d. 100%
Đáp án : A
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa
Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM Tiểu luận môn Hóa Kỹ thuật

Khoa Công Nghệ Hóa Học Lớp DHPT5LT
Tài liệu tham khảo
[1]. Trần Thị Bính, Phùng Tiến Đạt. Hóa kĩ thuật đại cương, tập một,
NXBGD, 1988.
[2]. Phùng Tiến Đạt, Trần Thị Bính, Kĩ thuật hóa học, NXBGD, 1996.
[3]. Ngô Tuấn Kì, Enzym và đời sống, NXBKHKT Hà Nội, 1988.
[4]. />[5]. Một số tài liệu khác trên internet
GVHD: TS Đặng Kim Triết SVTH: Trần KimThoa