1. KỸ THUẬT SẢN XUẤT ETANOL (RƯỢU ETYLIC C2H5OH)
1.1. Tính chất và ứng dụng
Etanol là chất lỏng sôi ở nhiệt độ 78,30C, tạo với không khí hỗn hợp đẳng phí có
95,6% rượu, sôi ở 78.10C, tan vô hạn trong nước.
Trước đây etanol là nguyên liệu quan trọng để sản xuất axetanđehit ở Mỹ, Anh và
CHLB Đức. Nhưng từ năm 1983 Mỹ ngừng sản xuất theo phương pháp này, vì axit
axetic được sản xuất từ axetanđehit không kinh tế bằng sản xuất theo phương pháp
cacbonyl hóa metanol.
Brazin, Ấn Độ, Pakistan, Peru sản xuất etilen từ rượu etylic (điều chế từ lên men
ngũ cốc) bổ sung thêm nguồn etilen từ dầu mỏ, bằng đehiđrat hóa etanol ở 300–3600C
có mặt lớp xúc tác rắn nhôm oxit, aluminosilicat hoặc H3PO4.
Rượu etylic được dùng để điều chế dung môi etyl axetat (dùng cho công nghiệp sơn,
dùng để chiết thuốc kháng sinh), etyl clorua (dùng điều chế tetraetyl chì, làm chất chống
nổ cho etxăng, nhưng hiện nay đang hạn chế dùng xăng pha chì), đietyl ete, etyl amin.
Rượu etylic là nguyên liệu quan trọng điều chế 1,3-butađien để sản xuất cao su…
Rượu etylic được dùng làm dùng môi pha xecni, dược phẩm, nước hoa, etăng…
Năm 1985 Mỹ sử dụng 5% sản lượng tượu etylic pha vào etăng làm nhiên liệu chạy
động cơ, đến năm 1995 đã sử dụng 73%, Tây Âu – 28%.
Rượu etylic 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 rượu etylic sẽ dẫn tới viêm dạ dày, cơ thể mắc bệnh suy dinh dưỡng, giảm thị lực…
Rượu etylic là một trong những sản phẩm hóa học đầu tiên mà loài người biết đến,
nhưng các phương pháp sản xuất rượu với quy mô công nghiệp chỉ bắt đầu từ năm 1930.
1.2. Các phương pháp sản xuất
1.2.1. Phương pháp lên men
Nguồn nguyên liệu là tinh bột (ngô, khoai lang, khoai tây, sắn…) đem nấu chín,
để nguội, trộn với men, ủ và ngâm, cuối cùng là chưng cất lấy rượu: hoặc gỉ đường (từ
mía, củ cải đường, sau khi kết tinh đường, phần gỉ đường còn lại – chứa 48 – 56%
đường). Ngoài ra có thể sản xuất rượu etylic từ nước ép quả (chứa 6-12% frucotozơ),
hoặc từ dịch thải kiềm, từ nước thải của các nhà máy hoa quả.

Mantozơ

Tinh bột
1


Sau đó, nhờ men mantalaza, đường mantozơ được lên men thành đường glucozơ:
t
C12H22O11 
2C6H12O6
o

Đường glucozơ có mặt men zimaza được lên men thành rượu
C6H12O6

t

2C2H5OH + 2CO2
o

Có thể thủy phân tinh bột bằng axit hoặc bằng men, sinh ra các enzim, sinh ra các
enzim (α – amilaza, β – amilaza và glucoamilaza).
Nhiệt độ ủ men 30 - 50oC. Hai phản ứng trên xảy ra trong khoảng 50 giờ. Từ 1 tấn
ngũ cốc cho khoảng 280kg etanol và 260kg CO2. Hỗn hợp phản ứng chứa 8-12% etanol.
Đem hỗn hợp chưng cất lấy được etanol, loại rượu này còn được gọi là rượu chưng cất.
Sau đó tiến hành tinh chế để được rượu có nồng độ cao và tách khỏi các tạp chất. CO2
là một sản phẩm phụ, dùng để sản xuất nước đá khô nén vào chai, dùng trong đời sống
và sản xuất.
Để chuyển hóa tinh bột thành đường nhờ vi sinh vật, có thể sử dụng ở nước ta 3
loại qui trình khác nhau:

- Quy trình mycomalt dạng nấm mốc đường hóa được thực hiện ở Công ti Rượu
Hà Nội và ở hầu hết các địa phương khác.
- Quy trình amilo dạng nấm mốc được thực hiện ở Công ti Rượu Bình Tây (thành
phố Hồ Chí Minh).
- Quy trình bánh men là một kiểu giữ giống và nhân giống nấm men để sản xuất
rượu truyền thống (rượu gang, rượu đế). Để làm bánh men, người ta sử dụng bánh men
gốc (để làm giống) bóp nhỏ ra, trộn với bột gạo, một số vị thuốc đông y (hoặc bột lá
cây), tạo độ ẩm và nhiệt độ hích hợp cho nấm men phát triển (mọc trắng, bánh men nở
to) sau đó hong khô và bảo quản bằng cách treo lên gác bếp.
Các vị thuốc đông y thường được sử dụng để sản xuất bánh men là (số lượng và
chủng loại thay đổi tùy thuộc vào từng công thức ở các địa phương khác nhau – khối
lượng kí hiệu là F): đinh hương (2,6); uất kim (2,5); bạch chỉ; nhục quế (3,7); xuyên
khung (4,0); cam thao (2,3); thiên nam linh (4,6); sài bá (4,6); hoàng bá (0,6); thạch cao
(2,9); trần bì (5,0); phụ tử (2,0); mộc hương (3,1); bạc hà (5,5); tế tân (2,2); quân tử
(3,0); tang diêp (1,8); phòng phong (2,9); bào sâm (3,0); hạnh nhân (5,0); phục linh(3,0);
xuyên truật( 1,9); ích chỉ (2,1); ngô thù (3,0); hoàng liên (0,2)… (với F=1 không có tác
dụng, F>1 có tác dụng kích thích, F<1 có tác dụng ức chế).

2


Loại rượu vang (do lên men từ nước quả, chứa 10-20% rượu), rượu cần (đồng bào
dân tộc thường dung trong ngày lễ hội) là loại rượu không chưng cất, dùng loại men lá cây.
Bia, chứa 3,5 – 5% rượu, được lên men từ mầm đại mạch (một số nước thay bằng
ngô, gạo, kê hoặc đường), hoa hublông, nước và men bia.
1.2.2. Phương pháp thủy phân gỗ
Trong gỗ có khoảng 50% xdenlulozơ, dung dung dịch H2SO4 thủy phân gỗ tạo
thành glucozơ, sau đó lên men để thành rượu hoặc từ nước thải sunfit (là nguồn nước
thải lớn của nhà máy giấy, nhà máy gỗ, chứa pentozan, lignin, các thành phần xenlulozơ
khác của gỗ).

1.2.3. Phương pháp tổng hợp
Ngày nay các phương pháp tổng hợp rượu etylic được phát triển, đáp ứng nhu
cầu của các ngành công nghiệp.
- Từ anđehit axetic
CH3CHO + H2  CH3CH2OH

H = -134,6 kJ/mol

Xúc tác cho phản ứng là Ni/chất mang đồng (hoặc đồng, coban, vonfram cromit).
Nhiệt độ từ 180 – 2200C, hiệu suất chuyển hóa gần 100%. Phương pháp này cho rượu có
nồng độ cao, nhưng giá thành đắt, vì vậy không được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
- Từ etan
2C2H6 + O2  2C2H5OH
Phương pháp này phát triển ở nhiều nước vì etan là nguyên liệu rẻ tiền. Phản ứng
tiến hành ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển và có nhiệt độ khoảng 2700C. Hiệu suất
chuyển hóa đạt 37%. Ngoài ra còn có một số sản phẩm phụ như methanol, anđehit fomic,
anđehit axetic, axit axetic, axit fomic v.v…
- Từ etilen
Bằng hiđrat hóa gián tiếp hoặc trực tiếp etilen, người ta thu được rượu etylic
CH2=CH2 + H2O  CH3-CH2-OH
+ 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 crackinh và nhiệt phân dầu mỏ. Người ta dung các phần cất dầu
mỏ (etxăng, dầu hỏa) hoặc khí thiên nhiên và khí chế biến dầu mỏ như etan, propan, butan,

3


nhiệt phân trên 7000C (nhiệt độ có thể lên tới 11000C), sau đó chưng phân đoạn ở áp suất

thấp để tách riêng các olefin (𝑡𝑠𝑜 etilen = -1030C, propilen = -450C, metan = -1600C).
R1 -CH2-CH2-CH2-CH2-R2

→

R1-CH2-CH2-CH2O + OCH2-R2

R1-CH2-CH2-CH2O

→

R1-CH2O + CH2=CH2

R1-CH2-CH(CH3)-CH2O

→

R1-CH2O + CH3-CH=CH2 v.v....

Hiệu suất tạo thành etilen từ etan có thể len tới 80% từ propan và phần chất chứa
hiđrocacbon từ C4 ít hơn. Nguyên liệu dạng khí được đưa vào lò ống, dài 35 - 160m,
đường kính 50 - 120mm. Sản phẩm nhanh chóng tách ra để tránh phản ứng tiếp theo của
sản phẩm không no, làm lạng hỗn hợp khí bằng nước đến 280 - 6500C. Sau đó làm lạnh
nhiều giai đoạn đến 3500C. Qua các giai đoạn làm sạch (H2S, CO2) và làm khô, hóa lỏng
để chưng phân đoạn, tách riêng etilen, propilen, phân đoạn C4 và C5 và các sản phẩm có
nhiệt độ sôi cao hơn, cũng như thu được CH4 và H2 ở dạng khí.
+ Phương pháp hiđrat hóa gián tiếp có axit sunfuric tham gia
Quá trình tiến hành qua 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Quá trình hiđrat hóa được thực hiện trong công nghiệp từ năm 1930.
Etieln trong hỗn hợp khí chưa 35 - 95%. Phản ứng tiến hành trong tháp hấp thụ ở 55 800C và 10 - 35atm, nồng độ H2SO4 94 - 98%. Giai đoạn này có thể dùng xúc tác

Ag2SO4. Etilen tác dụng với axit sunfuric thành môn và đietyl sunfat, phản ứng tỏa nhiệt
(∆H = - 243kJ/mol):
C2H4 + H2SO4

→

C2H5OSO2OH

2C2H4 + H2SO4

→

(C2H5O)2SO2

Giai đoạn 2: Thủy phân este bằng nước
Cả hai este được thủy phân ở nhiệt độ 70 - 1000C tạo thành etanol, với nồng độ
axit H2SO4 sau phản ứng thủy phân là 45 - 60%. Nếu nhiệt độ cao đông thời hình thành
sản phẩm phụ đietyl ete:
C2H5-O-SO2-OH + H2O

→

C2H5OH + H2SO4

(C2H5O)2SO2 + 2H2O

→

2C2H5OH + H2SO4


C2H5-O-SO2-OH + C2H5OH

→

(C2H5)2O + H2SO4

(C2H5O)2SO2 + 2C2H5OH

→

2(C2H5)2O + 2H2SO4

Để giảm sản phẩm phụ, người ta tách nhanh rượu ra khỏi vùng phản ứng, hay cho
dư nước để tiến hành phản ứng thủy phân ete:
C2H5OC2H5

+ H2 O →

2C2H5OH

4


Hiệu suất tạo thành etanol 86% tính theo etilen. Bằng phương pháp hiđrat hóa
olefin có mặt H2SO4, người ta điều chế được các loại rượu etanol, propanol, butanol,
iso-butanol. Tùy theo từng loại olefin mà duy trì các điều kiện kĩ thuật khác nhau.
Phương pháp hiđrat hóa gián tiếp ở Mĩ từ năm 1974, Tây Âu và Pháp đến giữa
những năm 80 không sử dụng.
+Phương pháp hiđrat hóa trực tiếp etilen
Quá trình hiđrat hóa trực tiếp etilen, được Shell sử dụng lần đầu tiên năm 1947, là

phản ứng thuận nghịch và tỏa nhiệt:
CH2=CH2 + H2O ↔

C2H5OH

ΔH = -46kJ/mol

Phản ứng tiến hành trong pha khí ở 300°C, 7atm, xúc tác H3PO4/SiO2. Do H3PO4
dễ bay hơi và ăn mòn mạnh thiết bị, gần đây người ta nghiên cứu sử dụng xúc tác
vonfram oxit WO3.
Tỉ lệ mol hơi nước/olefin là 0,6/1. Mức độ chuyển hóa sau mỗi lần khoảng 4,5%
theo etilen. Sản phẩm thu được là dung dịch rượu khoảng 15%. Hiệu suất chung của
rượu đạt 97%. Sản phẩm phụ hình thành là đietyl ete và oligome etilen:

và một lượng nhỏ tạo thành anđehit theo phản ứng khử hiđro của rượu:
C2H5OH → CH3CHO + H2
Dây chuyển sản xuất etanol bằng hidrat hoá trực tiếp etilen (hình):
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 thiết bị trao đổi nhiệt (1) đun nóng khí lên 300°C,
rồi dẫn vào tháp phản ứng (2) có chứa xúc tác H3PO4/SiO2, xảy ra phản ứng hiđrat hoá
etilen tạo thành rượu etylic. Hỗn hợp sản phẩm ở dạng khí và hơi qua thiết bị trao đổi
nhiệt (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 được rửa bằng nước tại tháp rửa (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



Hình 1: Sơ đồ sản xuất etanol bằng phương pháp hiđrat hoá trực tiếp etilen

6