Tài liệu Thiết kế tháp chưng cất xuyên lỗ hệ ethanol nước

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC -----------oOo----------- ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT XUYÊN LỖ HỆ ETHANOL-NƯỚC GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN SVTH: PHAN KHÁNH HÀ MSSV: 2004160042 LỚP: 07DHHH3 TP. HỒ CHÍ MINH, 06/2019 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ : KHOA CNHH – BỘ MÔN QT&TB CNHH-SH-TP PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH &THIẾT BỊ Sinh viên thực hiện đồ án: …............................................................................. Ký tên:……………… Cán Bộ hướng dẫn: Tên đồ án: ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… STT Ngày Nội dung hướng dẫn CBHD ký tên 01 02 03 04 04 06 07 08 09 10 GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 2 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC 11 12 13 14 (Phiếu theo dõi tiến độ được đóng vào đầu quyển báo cáo; sinh viên đánh máy điền thông tin cá nhân và tên đồ án,GVHD và SVTH có trách nhiệm điền nội dung hướng dẫn và ký tên vào bảng theo dõi đây là tiêu chuẩn đánh giá tính nghiêm túc thực hiện đồ án của SV, đồ án thực hiện trong 12 tuần, 1 trong những tiêu chí được phép bảo vệ là tối thiểu 10 chữ ký GVHD ) GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 3 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM BỘ CÔNG THƯƠNG KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚ Tp. Hồ Chí Minh Khoa: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Bộ Môn: QT&TB CNHH-SH-TP ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT QUÁ TRÌNH &THIẾT BỊ TRONG CNHH Họ và tên sinh viên:Phan Khánh Hà ………Chữ kí: ……………. MSSV: Lớp:……………………………………………………………………………… .Ngành:………………………………………………………………………....... .I. Đầu đề đầu án ( Tên đồ án ) Thiết kế tháp chưng cất xuyên lỗ hệ etanol-nước II. Nhiệm vụ đồ án ( nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu ): Nhập liệu: hỗn hợp ban đầu 1200kg/h Nồng độ nhập liệu: 30% (nồng độ % khối lượng) Nồng độ sau chưng cất đạt 90% (nồng độ % khối lượng) Nhiệt độ ban đầu: 30 oC III. Nội dung các phần thuyết minh tính toán: Phần 1: Tổng quan ………………………………………………………………………........……... …………………………………………………………………........................ ………………………………………………………………………........…….. ………………………………………………………………………………… Phần 2: Quy trình công nghệ 2.1. Thiết lập sơ đồ quy trình công nghệ (vẽ sơ đồ hệ thống thiết bị) GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 4 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC 2.2. Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ (thuyết minh toàn quy trình theo sơ đồ hệ thống thiết bị) Phần 3: Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng 3.1. Tính toán cân bằng vật chất 3.2. Tính toán cân bằng năng lượng Phần 4: Tính toán thiết bị chính Phần 5: Tính toán và lựa chọn thiết bị phụ ………………………………………………………………………........……. …………………………………………………………………........................... ....................................................................................................................... Phần 6: Tính kinh tế ………………………………………………………………………........…….. …………………………………………………………………........................... ........................................................................................................................ IV.Các bản vẽ và đồ thị ( loại và kích thước bản vẽ ): ………………………………………………………………………........…… …………………………………………………………………........................... V. Ngày giao đồ án: 26/01/2019 VI.Ngàyhoànthànhđồán:..…………………………………………………. VII.Ngàynộpđồán:………………………………………………………….. TpHCM ngày…….tháng …….năm 2019 TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký và ghi rõ họ tên) GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ tên) Trang 5 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Hiền Sinh viên thực hiện: Phan Khánh Hà Mssv: 2004160042 Đề tài đồ án: Thiết kế chưng cất tháp mâm xuyên lỗ hệ Ethanol- Nước Nhận xét: …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… Ký và ghi rõ họ tên GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 6 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Sinh viên thực hiện: Phan Khánh Hà MSSV: 2004160042 Đề tài đồ án: Thiết kế tháp chưng cất mâm xuyên lỗ hệ Ethanol-Nước Nhận xét: …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Ký và ghi rõ họ tên GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 7 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN……………………..6 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN .............................................. 7 LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. 12 LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................. 13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ........................................................................... 14 1. Tổng quan về nguyên liệu ............................................................................. 14 1.1 Khái niệm ................................................................................................ 14 1.2 Ứng dụng ................................................................................................. 14 1.3 Tính chất hóa học .................................................................................... 16 1.3.1 Tính chất của rượu đơn chức ........................................................... 17 1.3.2 Phản ứng riêng ................................................................................. 17 1.4 Sản xuất ................................................................................................... 18 1.4.1 Hydrat hóa etilen ............................................................................. 18 1.4.2 Lên men ........................................................................................... 19 1.4.3 Làm tinh khiết.................................................................................. 20 2. Công nghệ chưng cất hỗn hợp Ethanol- Nước .............................................. 22 2.1 Phương pháp thực hiện ............................................................................ 22 2.2 Loại tháp chưng cất ................................................................................. 23 3. Sơ đồ quy trình công nghệ và thuyết minh quy trình công nghệ .................. 25 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ ....................................................................... 25 3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ ........................................................... 25 CHƯƠNG 2:CÂN BẰNG VẬT CHẤT…………………………………….27 1 Cân bằng vật chất…………………………………………………………...27 1.1 Các số liệu ban đầu .............................................................................. 27 GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 8 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC 1.2 Các ký hiệu .......................................................................................... 27 1.3 Xác định suất lượng và sản phẩm đáy ................................................. 27 2. Chỉ số hồi lưu ................................................................................................ 29 2.1 Đồ thị cân bằng Ethanol-Nước ............................................................... 29 2.2 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp ........................................................... 30 2.2.1 Chỉ số hồi lưu tối thiểu .................................................................... 30 2.2.2 Chỉ số hồi lưu thích hợp .................................................................. 30 3 Phương trình đường làm việc ......................................................................... 31 4 Xác định số mâm lí thuyết và số mâm thực tế ............................................... 32 4.1 Xác định số mâm lí thuyết ....................................................................... 32 4.2 Xác định số mâm thực tế ......................................................................... 33 CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG ................................................. 36 1 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng cất ...................................................... 36 2 Cân bằng năng lượng các thiết bị truyền nhiệt ............................................... 39 2.1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ ........................................... 39 2.2 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh……………40 2.3 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm nguội sản phẩm đáy có trao đổi với dòng nhập liệu ......................................................................................... 40 2.4 Cân bằng nhiệt lượng đun sôi dòng nhập liệu ........................................ 41 CHƯƠNG 4: TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH ........................................................ 42 1 Đường kính tháp ............................................................................................. 42 1.1 Đường kính đoạn cất .............................................................................. 42 1.1.1 Lượng hơi trung bình đi trong tháp ............................................... 43 1.1.2 Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp............................................... 45 1.2 Đường kính đoạn chưng ........................................................................ 46 1.2.1 Lượng hơi trung bình đi trong thápError! Bookmark not defined. GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 9 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC 1.2.2 Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp .......................................... 48 2 Chiều cao tháp………………………………………………………………50 3 Mâm lỗ- trở lực của mâm ............................................................................... 50 3.1 Cấu tạo mâm lỗ ...................................................................................... 50 3.2 Độ giảm áp của pha khí qua 1 mâm ...................................................... 50 3.2.1 Độ giảm áp qua mâm khô.......................................................... 50 3.2.2 Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm ................... 52 3.2.3 Độ giảm áp do sức căng bề mặt ................................................ 54 3.3 Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động .................................................... 56 CHƯƠNG 5: TÍNH CƠ KHÍ ......................................................................... 58 1 Bề dày thân tháp ............................................................................................ 58 2 Đáy và nắp thiết bị ......................................................................................... 60 3 Bích ghép thân, đáy và nắp ........................................................................... 61 4 Đường kinh các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn ....................................... 62 4.1 Vị trí nhập liệu .................................................................................... 62 4.2 Ống hơi ở đỉnh tháp ............................................................................. 63 4.3 Ống hoàn lưu ....................................................................................... 64 4.4 Ống dẫn chất lỏng ở đáy tháp ............................................................. 65 4.5 Ống dẫn chất lỏng từ nồi đun ( sản phẩm đáy) .................................. 66 4.6 Tai treo và chân đỡ ............................................................................. 67 CHƯƠNG 6 : CÁC THIẾT BỊ PHỤ ............................................................. 69 1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh .................................................................... 69 1.1 Xác định hệ số truyền nhiệt ................................................................. 69 1.1.1 Xác định bề mặt truyền nhiệt và cấu tạo của thiết bị ................. 74 1.2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh ....................................................... 74 1.2.1 Xác định hệ số truyền nhiệt .................................................... 76 GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 10 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC 1.2.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt ................................................. 80 1.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy .......................................................... 81 1.3.1 Xác định hệ số truyền nhiệt .................................................... 82 1.3.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt ................................................. 85 1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy ..................... 86 1.4.1 Xác định hệ số truyền nhiệt ..................................................... 87 1.4.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt ................................................. 90 1.5 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu ............................................................... 92 1.5.1 Xác định hệ số truyền nhiệt ................................................... 93 1.5.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt ................................................ 97 2 Bồn cao vị ....................................................................................................... 98 2.1 Tổn thất đường ống dẫn..................................................................... 98 2.1.1 Xác định vận tốc dòng nhập liệu trong ống dẫn .................... 98 2.1.2 Xác định hệ số ma sát trong đường ống ............................... 99 2.2 Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu ..... 100 2.2.1 Vận tốc dòng nhập liệu trong ống dẫn ............................... 101 2.2.2 Xác định hệ số ma sát trong đường ống ............................. 101 2.2.3 Xác định tổng hệ số tổn thất cục bộ ................................... 101 2.3 Chiều cao bồn cao vị ..................................................................... 102 3 Bơm ............................................................................................................ 103 3.1 Năng suất…………………………………………………………103 3.2 Cột áp……………………………………………………………..104 3.2.1 Tính tổng trở lực trong ống…………………………….…104 3.2 2 Tính cột áp của bơm……………………………………...107 3.3 Công suất…………………………………………………………107 4 Tính bảo ôn thiết bị………………………………………………………..107 GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 11 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CHƯƠNG 6: TÍNH KINH TẾ………………………………………………110 LỜI KẾT…………………………………………………………………….113 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………...114 LỜI CẢM ƠN GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 12 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Em chân thành cảm ơn Khoa Công nghệ hóa học, trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện tốt đồ án này Em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Thanh Hiền đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh nói chung, quý thầy cô trong Bộ môn Quá trình Thiết bị nói riêng đã dạy dỗ chúng em những kiến thức đại cương cũng như các kiến thức chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng em chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án này Em chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2019 Sinh viên thực hiện GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 13 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC LỜI MỞ ĐẦU Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung đó là ngành công nghiệp hóa học. Đặc biệt là ngành Hóa chất cơ bản. Hiện nay trong nhiều ngành sản xuất hóa học cũng như sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản xuất hoặc nhu cầu sử dụng. Ngày nay các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng cất, cô đặc hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp thích hợp. Đối với hệ Ethanol - Nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Ethanol. Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư hóa - thực phẩm tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản phẩm hóa chất thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ đồ án môn học của em là thiết kế tháp chưng cất hệ Ethanol - Nước hoạt động liên tục với năng suất nhập liệu là 1200 Kg/h có nồng độ 30% mol Ethanol, thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 90% Ethanol. GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 14 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1 Tổng quan về nguyên liệu: 1.1 Khái niệm: Ethanol có công thức phân tử : CH 3  CH 2  OH .Khối lượng phân tử bằng 46,07 đvC. ( Còn gọi là rượu etylic, cồn etylic hay cồn thực phẩm). Là một chất lỏng có mùi đặc trưng, dễ cháy, không màu, không độc và tan nhiều trong nước. Nó hòa tan vô hạn trong nước và một số hợp chất hữu cơ như : eter, metanol, acetone, diacetone alcohol… 1.2 Ứng dụng : Một số thông số vật lý và nhiệt động của Ethanol :  Nhiệt độ nóng chảy : -114,3 oC ;  Nhiệt độ sôi : 78,4 oC ;  Tỷ trọng : d420 = 810 (Kg/m3)  Pha :  Độ nhớt : 1,200 Cp ở 20oC Lỏng Ethanol có nhiều ứng dụng hơn metanol, nó đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Đây là nguyên liệu dùng để sản suất hơn 150 mặt hàng khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành: công nghiệp nặng, y tế và dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến gỗ và nông nghiệp. GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 15 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC + Công nghiệp cao su tổng hợp + Động lực. + Dung môi hữu cơ: pha sơn.. + Nguyên liệu. + Rượu mùi + Dấm. Nhiên liệu. + Thuốc súng không khói. + Nhiên liệu hoả tiễn, bom bay. + Thuốc trừ sâu. + Đồ nhựa. + Keo dán. + Hương liệu. + Thuốc nhuộm. + Tơ nhân tạo. + Sát trùng. + Pha chế thuốc. + Sơn. Sơ đồ tóm tắt vị trí của etanol trong các ngành công nghiệp. - Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: hydrat hoá etylen với xúc tác H2SO4; thuỷ phân dẫn xuất halogen và ester của etanol khi đun nóng với nước xúc tác dung dịch bazơ; hydro hoá aldyhyt acetic; từ các hợp chất cơ kim… - Trong công nghiệp, điều chế ethanol bằng phương pháp lên men từ nguồn tinh bột và rỉ đường. Những năm gần đây, ở nước ta công nghệ GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 16 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC sản suất etanol chủ yếu là sử dụng chủng nấm men Saccharomyses cerevisiae để lên men tinh bột: C6H6O6 Nấm men Zymaza 2C2H5OH + 2CO2 + 28 Kcal Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanol và CO2. 5% nguyên liệu chuyển thành sản phẩm phụ: glyxêrin, acid sucxinic, dầu fusel, metylic và các acid hữu cơ(lactic, butylic…). 2 . Nước: - Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt. - Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau: Khối lượng phân tử: 18 đvC Nhiệt độ sôi: 100oC - Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước biển) và rất cần thiết cho sự sống. - Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất và là dung môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học. 1.3 Tính chất hóa học Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của Etanol GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 17 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Tính chất hóa học của etanol được quyết định bới cấu trúc phân tử 1.3.1 Tính chất của một rượu đơn chức: Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ. Ví dụ: 2 C2H5OH + 2 Na -> 2 C2H5ONa + H2 Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và axit với môi trường là axit sulfuric đặc nóng tạo ra este. Ví dụ: C2H5OH + CH3COOH -> CH3COOC2H5 + H2O Phản ứng loại nước như tách nước trong một phân tử để tạo thành olefin, trong môi trường axit sulfuric đặc ở 170 độ C: C2H5OH -> C2H4 + H2O Hay tách nước giữa 2 phân tử rượu thành ether C2H5OH + C2H5OH -> C2H5-O-C2H5 + H2O Phản ứng oxi hóa, trong đó rượu bị oxi hóa theo 3 mức: DDOCHAU(hữu hạn) thành aldehyde, axit hữu cơ và oxi hóa hoàn toàn (đốt cháy) thành CO2 và H2O. Ví dụ ở mức 1, trong môi trường nhiệt độ cao CH3-CH2-OH + CuO -> CH3-CHO + Cu + H2O Mức 2, có xúc tác: CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2O Mức 3 C2H5OH + 3 O2 -> 2 CO2 + 3 H2O 1.3.2 Phản ứng riêng: Phản ứng tạo ra butadien-1,3: cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp, ví dụ Cu + Al2O3 ở 380-400 độ C, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nước GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 18 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC 2C2H5OH -> CH2=CH-CH=CH2 + 2 H2O + H2 Phản ứng lên men giấm: oxi hóa rượu etylic 10 độ bằng oxi không khí có mặt men giấm ở nhiệt độ khoảng 25 độ C. CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2O 1.4 Sản xuất: Etanol 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. 1.4.1 Hyđrat hóa etilen Etanol 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 bằng xúc tác axít, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho etilen hợp nước ở 300 độ C, áp suất 7080 atm với chất xúc tác là axit wolframic hoặc axit phosphoric: H2C=CH2 + H2O → CH3CH2OH 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 etanol ở mức độ công nghiệp năm 1947. Các chất xúc tác rắn, chủ yếu là các loại ôxít 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 êtylen đầu tiên được hyđrat hóa gián tiếp bằng phản ứng của GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 19 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC nó với axít sulfuric đậm đặc để tạo ra êtyl sulfat, sau đó chất này được thủy phân để tạo thành etanol và tái tạo axít sulfuric: H2C=CH2 + H2SO4 → CH3CH2OSO3H CH3CH2OSO3H + H2O → CH3CH2OH + H2SO4 Etanol 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 metanol) hay khó chịu (chẳng hạn denatonium- C21H29N2O•C7H5O2-là một chất rất đắng, gây tê). Etanol biến tính có số UN là UN 1987 và etanol biến tính độc hại có số là UN 1986. 1.4.2 Lên men Etanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn etanol 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 etanol và cacbon điôxít 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 etanol 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 GVHD: NGUYỄN THỊ THANH HIỀN Trang 20