SƠ lược về BUTANOl (SƠ lược về BUTANOl )

I SƠ LƯỢC VỀ BUTANOL: Butanol ( gọi rượu Butylic Butyl alcohol) rượu no, đơn chức, có CTPT C4H10O (C4H9OH) có phân tử gam M= 74.122 g/mol Butanol có bốn đồng phân: n –Butanol: Một số thông số vật lý n –Butanol: • Trạng thái vật lý: Là chất lỏng không màu • Khối lượng riêng 0,8098 g / cm (ở 20 ° C) • Nhiệt độ nóng chảy: −89.5 °C • Nhiệt độ sôi: 117.2 °C • Độ hòa tan nước: 7,7 g/100 ml (ở 20 ° C) • Chiết suất( n D ) : 1.399 ( 20 °C) • Độ nhớt: cP (ở 25 ° C) Iso-butanol: • • • • • • • Một số thông số vật lý iso-butanol: Trạng thái vật lý: Là chất lỏng không màu, độc Khối lượng riêng: 0,802 g / cm Nhiệt độ nóng chảy: -108 °C Nhiệt độ sôi: 108 °C Độ hòa tan nước: hạn chế hòa tan nước Chiết suất (n D ): 1.3959 ( 20oC) Độ nhớt: 3,95 cP 20o Sec- butanol: Một số thông số vật lý sec-butanol: • Trạng thái vật lý: chất lỏng không màu • Khối lượng riêng: 0,8063 g / cm ( 20 ° C) • Nhiệt độ nóng chảy: -114.7 °C • Nhiệt độ sôi: 99 °C • Độ hòa tan nước: 12.5 g/100 ml ( 20 ºC) • Chiết suất(nD): 1.3978 ( 20 ºC) • Có khả tự bốc cháy 406 ºC Tert-butanol: Một số thông số vật lý tert-butanol: • Trạng thái vật lý: chất lỏng không màu rắn màu trắng tùy thuộc vào nhiệt độ, có mùi giống mùi long não • Khối lượng riêng: 0.7809 g/cm • Nhiệt độ nóng chảy: 25 °C • Nhiệt độ sôi: 82 °C • Độ hòa tan nước: hòa tan tốt nước II TÍNH CHẤT HÓA HỌC: butanol tham gia số phản ứng sau: Phản ứng cháy: Các hợp chất hữu chứa C, H, O cháy tạo khí cacbonic (CO2) nước (H2O) giống hiđrocacbon nên rượu cháy tạo CO2 H2O C4H9OH + O2 → CO2 +H2O (số mol H2O > số mol CO2.) Phản ứng với kim loại kiềm M (Na, K, ): C4H9OH + M → C4H9OM + ½ H2 Phản ứng ete - hóa (Phản ứng tạo ete) với xúc tác H2SO4(đ), nhiệt độ 130÷140oC: C4H9OH + ROH → C4H9OR + H2O 2C4H9OH → C4H9OC4H9 + H2O Phản ứng đehiđrat - hóa rượu tạo hiđrocacbon không no với xúc tác H2SO4(đ), nhiệt độ ≥ 170oC ( thường 180oC): C4H9OH → C4H8 + H2O (Với đồng phân mạch nhánh tạo sản phẩm phụ có cấu tạo khác nhau) Phản ứng este - hóa (Phản ứng tạo este): C4H9OH + RCOOH → RCOO C4H9 + H2O Các phản ứng este hoá thuận nghịch, không hoàn toàn Muốn phản ứng xảy hoàn toàn theo chiều thuận phải dùng H2SO4 đặc để hút nước ∗ Lưu ý: − n-butanol iso-butanol : phản ứng chậm, không hoàn toàn − Sec-butanol: phản ứng chậm − Tert-butanol: gần không xảy phản ứng Phản ứng tạo dẫn xuất Halogen với HX: C4H9OH + HX → C4H9X + H2O Phản ứng xảy nhờ xúc tác ZnCl2,ở nhiệt độ cao Phản ứng xem phản ứng tạo este butanol acid vô HX phản ứng thuận nghịch Vận tốc phản ứng tăng dần với:  n-butanol iso-butanol < Sec-butanol < Tert-butanol  HCl < HBr < HI Phản ứng rượu bị oxi hóa hữu hạn CuO, đun nóng:  CH3CH2CH2CH2OH + CuO → CH3CH2CH2CHO + Cu +H2O  CH3CH(CH3)CH2OH +CuO → CH3CH(CH3)CHO + Cu +H2O  CH3CH(OH)CH2CH3 +CuO → CH3CO CH2CH3 + Cu +H2O  Tert-butanol coi không bị oxi hóa hữu hạn CuO Ngoài CuO, người ta sử dụng O2 không khí, với bột kim loại đồng (Cu) làm xúc tác, đun nóng, để oxi hóa hữu hạn rượu bậc tạo anđehit, rượu bậc tạo xeton, không oxi hóa hữu hạn rượu bậc III ĐIỀU CHẾ TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM : • Hidrat hóa anken (cộng nước vào anken): Đun nóng anken với nước chất xúc tác acid H2SO4, HCl, HBr, HClO4 Phản ứng theo chế electrophin theo quy tắc Markovnikov (quy tắc Macconhicop) C4H8 + H2O → C4H9OH (Xúc tác H+) • Thủy phân dẫn xuất halogen: Đun nóng halogen dung dịch kiềm C4H9Br + NaOH → C4H9OH + NaBr • Đi từ aldehyde xeton: Cộng hydro có xúc tác kim loại Ni,Pt tạo thành ancol bậc I C3H7 CHO + H2 → C4H9OH (Có xúc tác) IV ỨNG DỤNG: n-Butanol: a) Sản xuất sơn nhựa: • n-Butanol dung môi quan trọng cho công nghiệp sơn phủ bề mặt, có khả hòa tan tốt nhiều loại nhựa tự nhiên tổng hợp NH75A Urea, Phenol, Ethyl Cellulose, Polyvinyl Butyral nhiều loại Gum Nó thành phần quan trọng hầu hết loại sơn Nitrocellulose dùng để pha loãng cho loại sơn này.Nó tạo độ chảy làm láng bề mặt,cải thiện độ bóng, làm tăng khả chống đục tăng tương hợp nhựa so với loại Cồn có trọng lượng thấp • N-Butanol đồng dung môi với Xylene dung môi mạch thẳng khác, dung môi cho nhựa Amino sơn Ethyl Cellulose n- Butanol dung môi cho Vecni chất giảm độ nhớt cho sơn Alkyd, dùng 2% nButanol Vecni nhựa có dầu ngăn chặn đông tụ lon b) Ứng dụng khác: • n-Butanol sử dụng chất trung gian để sản xuất dung môi hữu khác butyl acrylate, methyl acrylate, butylacetate ete glycol • n-Butanol sử dụng dung môi trực tiếp công nghiệp hóa dẻo • n-Butanol sử dụng thành phần nước hoa dung môi để tách loại tinh dầu • n-Butanol sử dụng phần nguyên liệu sản xuất thuốc kháng sinh, hormone, vitamin… iso-Butanol: a) Sản xuất sơn nhựa: tương tự ứng dụng n-butanol b) Các ứng dụng khác: • Là nguyên liệu sản xuất acetate Isobutyl, dùng sản xuất sơn mài ngành công nghiệp thực phẩm tác nhân tạo hương • Dùng SX chất dẻo : Di-Isobutyl phthalate (DIBP) ester Iso - Butanol Acid dicarboxylic chất dẻo quan trọng cho plastic hổn hợp cao su • Dung môi cho công nghệ sản xuất Mực,là chất phụ gia cho chất tẩy rửa sàn nhà, tẩy màu, chất hòa tan Công nghiệp dệt • Là chất trung gian trong sản xuất nước hoa, chất tạo hương tổng hợp • Dung môi ly trích sản xuất thuốc kháng sinh, hormone, vitamine, alkaloid long não • Nguyên liệu ban đầu sản xuất chất giảm ma sát chất chống ăn mòn cho dầu động cơ… Sec-Butanol: • Mặc dù số sec-butanol sử dụng dung môi, chủ yếu chuyển đổi sang Methyl Ethyl Ketone ( "MEK"), dung môi quan trọng công nghiệp chất tẩy tốt, tẩy tất dầu, mỡ Nó dùng làm dung môi tẩy cho nhiều nhà máy công nghiệp, dùng mực in, đặc biệt dùng mực in màng plastic bao bì, dùng rộng rãi sản xuất da tổng hợp sản xuất dầu nhờn • Ester dễ bay sec-butanol có hương liệu dễ chịu sử dụng lượng nhỏ nước hoa hương vị nhân tạo Tert-butanol: • Được sử dụng dung môi, chất làm biến tính cho ethanol, thành phần chất • Là trung gian tổng hợp mặt hàng hóa chất khác MTBE( methyl tert-butyl ether), ETBE(ethyl tert-butyl ether) , TBHP( tert-butyl hidroperoxide), hương vị khác nước hoa Trong bốn loại đồng phân n- Butanol iso- Butanol ứng dụng sản xuất nhiều Ngoài ứng dụng butanol có ứng dụng quan trọng mong chờ sử dụng nhiên liệu động đốt Butanol trộn vào với xăng nồng độ cao ethanol, tạo hỗn hợp nhiên liệu kinh tế hỗn hợp xăng-ethanol sử dụng trực tiếp 100%  Sở dĩ Butanol có ứng dụng có ưu điểm sau:  Butanol chứa nhiều số octane có lượng cao ethanol Bởi đốt cháy butanol, lượng mạnh ngang đốt dầu lửa (110.000 Btu/ gallon butanol so với 84.000 Btu/ gallon ethanol 115.000 Btu/ gallon xăng) Ngoài ra, động sử dụng nhiên liệu butanol dễ khởi động thời tiết lạnh so với ethanol  Butanol tiêu thụ động đốt không sinh khí SOx, NOx khí carbon monoxide độc hại với môi trường CO2 sản phẩm phụ cháy butanol nên việc giảm thiểu lượng khí thải sinh đơn giản Hiệu suất cháy butanol cao so với ethanol nên lượng khí thải sinh  Butanol an toàn xử lí với giá trị Reid khoảng 0.33psi so với xăng 4,5 2,0 ethanol psi (Giá trị Reid thước đo tỷ lệ bốc chất, dung dịch)  Butanol ăn mòn ethanol vận chuyển phân phối thông qua đường ống dẫn có trạm xăng có khả hòa hợp với tạp chất nước hỗn hợp xăng ethanol lại hấp thụ phân tử nước ăn mòn đường ống CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT: Hiện giới có hai xu V hướng sản xuất Butanol:  Sản xuất Petro-Butanol từ sản phẩm cracking dầu mỏ (ở đề cập đến tổng hợp Butanol từ khí Propylenee)  Sản xuất Bio-Butanol cách lên men nguyên liệu sinh khối (Biomass) Công nghệ tổng hợp Oxo sản xuất Butanol từ khí Propylene:  Tổng hợp Oxo hay hydroformyl hóa phản ứng olefin với cacbon mono oxyt hydro Bản chất trình cộng hợp hydro nhóm formyl (-CHO) vào liên kết đôi olefin hidrocacbon xử lý hỗn hợp CO H2 có mặt xúc tác coban Với olefin bất đối xứng, phản ứng dẫn đến hình thành hai aldehyt hydro hóa tiếp tạo rượu tương ứng  Nguyên liệu trình khí propylene Các công nghệ nhằm ưu tiên tạo sản phẩm propylene trình chế biến dầu mỏ gồm có phương pháp sau: + Quá trình cracking naphta nước có xúc tác + Quá trình cracking dầu thô có xúc tác - trình FCC (fluid cracking catalyst) + Dehydro hóa khí propan + Tổng hợp propylene trình methathesis + Chuyển hóa methanol thành propylene Trong số phương pháp sản xuất propylene kể trên, hai phương pháp đầu phổ biến Trong phương pháp cracking naphta nước chiếm tỉ trọng 67%, phương pháp FCC chiếm 30%, có 3% cho phương pháp lại Tuy nhiên theo dự báo CMA, Inc đến năm 2010, tỉ trọng là: cracking naphta nước: 59%, trình FCC: 33% 8% cho phương pháp lại  Công nghệ sản xuất: Sau sản xuất, loại đồng phân tạo thành n-butanol sản phẩm có giá trị nên điều kiện công nghệ điều chỉnh để tăng tỷ lệ n-/iso- Điều phần đạt cách hạ nhiệt độ phản ứng, tăng áp suất CO biến tính xúc tác Hiện nay, giới có nhiều trình tổng hợp Oxo với điều kiện sản xuất, xúc tác thành phần sản phẩm khác Quá trình Xúc tác Điều kiện Sản phẩm Ruhrchemie Co2+, Co0 150oC, 30 MPa 70% mạch thẳng BASF HCo(CO)4 150oC, 30 MPa 70% mạch thẳng Kuhlmann HCo(CO)4 150oC, 30 MPa 70% mạch thẳng ICI Co2+ Áp suất cao 70% mạch thẳng Shell Co/PR3 180oC, MPa 88% mạch thẳng UCC HRh(CO)(PPh3)3 100oC, MPa 94% mạch thẳng • Các phản ứng trình: CH3-CH=CH2 +CO + H2 → C3H7CHO C3H7CHO +H2 → C4H9OH Các phản ứng xảy nhờ tác động xúc tác Tổng hợp Oxo với nguyên liệu propylenee diễn điều kiện sau: nhiệt độ 110÷180oC, áp suất 20÷35 MPa, tỷ lệ mol CO/H2 từ 1/1 đến 1/1,2; thời gian lưu 1÷5 phút, xúc tác 0,2÷ 1% khối lượng so với propylenee • Dưới công nghệ Ruhrchemie : Công nghệ Ruhrchemie tổng hợp Oxo sản xuất rượu Butanol • Quy trình công nghệ: Propylenee, xúc tác tuần hoàn xúc tác đưa lúc với khí tổng hợp (H2 + CO) vào thiết bị phản ứng Thiết bị dạng đa tầng có lớp vỏ lót bên thép hợp kim cao, trang bị hệ thống khuấy trộn hiệu dùng để tách nhiệt sinh phản ứng (∆H0298 = -125 kJ/mol) Nhiệt tận dụng để sản xuất áp suất thấp Dòng sản phẩm chuyển đến thiết bị tách coban, coban lắng xuống xả nhanh cất nhẹ Kim loại phân tách nhờ ly tâm, hệ xúc tác tái sinh tuần hoàn lại thiết bị phản ứng Dòng sản phẩm không lẫn xúc tác chứa 80 ÷85% khối lượng n- iso- aldehyt với tỷ lệ 4/1, rượu tương ứng, butyl format nhiều hợp chất tạo thành từ phản ứng phụ ngưng tụ aldol, axetal hóa, hydro hóa, chuyển tới dãy tháp chưng để tách cấu tử nặng Hỗn hợp n- iso- aldehyt hydro hóa thành rượu tương ứng Quá trình tiến hành ÷ 10MPa, 150 ÷ 200oC, với có mặt xúc tác đồng niken Sản phẩm hydro hóa tiếp tục chuyển tới dãu tháp chưng thứ hai để tách cấu tử nhẹ hai rượu Để tăng cường hiệu suất rượu, sản phẩm nặng đưa vào thiết bị xử lý cracking hydro hóa đặc biệt Mặc dù có cải tiến tỷ lệ n-/ iso- đồng sản phẩm isobutyaldehyt có ứng dụng gây trở ngại kinh tế cho trình Do đó, Ruhrchemie đề nghị công nghệ có phân xưởng cracking xúc tác isobutyaldehyt tuần hoàn sản phẩm cracking ( propylene, CO H2) Nếu hidro thay hơi, ta thu hỗn hợp gồm chủ yếu butanol Đây công nghệ BASF ( tổng hợp Reppe) sử dụng nhà máy Nhật Bản Nó tạo dòng sản phẩm chứa 88% n- butanol 12% iso- butanol Phản ứng liên quan là: CH3-CH=CH2 + 3CO + H2O → C4H9OH + CO2 ( ∆H0298 = -240 kJ/mol) Hệ thống làm việc 100oC; 1,5 MPa, có mặt xúc tác pentacacbonyl sắt Fe(CO)5, pyrolidon C4H7NO nước Công nghệ lên men Butanol từ nguyên liệu sinh học: trình lên men butanol theo công nghệ gọi trình lên men aceton-butanol sau lên men, sản phẩm tạo thành aceton butanol  Nguyên liệu trình tinh bột (các loại nguyên liệu có tinh bột) Yêu cầu nguyên liệu có glucid, nitơ photpho Do bột hạt ngũ 10 cốc nguyên liệu hoàn hảo có chứa tất thành phần cần thiết cho lên men Rỉ đường dịch thủy phân gỗ, rơm, bẹ ngô… nguyên liệu không đầy đủ nên bắt buộc phải trộn thêm bột ngũ cốc  Vi khuẩn lên men aceton-butanol thuộc nhóm vi khuẩn butyric, chúng có khả lên men dịch tinh bột mà không cần qua giai đoạn đường hoá Trong môi trường kiềm chúng tạo thành acid butyric dạng muối butyrate, môi trường acid chúng tạo thành aceton butanol Các loài điển hình như:Clostridium acetobutylicum, Clostridium saccharobutylicum,…Các vi khuẩn hô hấp yếm khí, có hình dạng không ổn định mà thay đổi theo thành phần dinh dưỡng môi trường theo lứa tuổi, có khả sinh bào tử, có hệ enzyme amylase, di chuyển nhờ tiêm mao Vì hiệu suất sản phẩm lên men thu cao điều kiện thật kỵ khí  Cơ chế lên men acetone-butanol theo Cleuberg biểu diễn sau: C6H12O6 → 2C3H6O3 CH3COCH(OH)2 → Hydrat metylglioxal CH3CHO + aldehyde axetic HCOOH acid formic • Phản ứng tách hidro: HCOOH → CO2 +2H CH3CHO + H2O ↔ CH3CH(OH)2 → CH3COOH + 2H • Phản ứng ngưng tụ: CH3CHO + CH3CHO →CH3CHOHCH2CHO ↔CH3CH =CHCH(OH)2 Aldehyde crotonic → CH3CH2CH2COOH ( acid butyric) CH3COOH + CH3COOH → CH3C(OH)2CH2COOH ↔ H2O + CH3COCH2COOH → CH3COCH3 (acetone) + CO2 • Phản ứng hydro hóa: 2H → H2 CH3CHO + 2H → CH3CH2OH CH3CH2CH2COOH + 4H → CH3CH2CH2CH2OH + H2O 11 Rượu butylic Như vậy, thông qua trao đổi chất vi khuẩn acetone-butylic mà môi trường tích tụ sản phẩm lỏng acetone, butanol, ethanol sản phẩm khí CO2 H2 Ngoài sản phẩm có loạt vật phẩm khác acid butyric, acid axetic, acid formic… Các acid axetic acid butyric sản phẩm trung gian trình lên men: acid butyric bị khử thành rượu butylic acid axetic bị chuyển thành acetone Trong trình lên men, acid butyric bị nhanh acid axetic Do đó, lượng rượu butylic tạo thành lớn lượng acetone Nhân giống dịch cháo tiệt trùng Hiệu suất sản phẩm trung tính thu cao tỉ lệ Vi khuẩn Nguyên liệu acetonebutylic glucid protein từ 5:1 đến 10:1 Tỉ lệ glucid:protein tốt 5,5:1 Nếu thấp tỉ lệ đó, lượng acetone rượu butylic tạo thành lớn hơn, Trộn với nước cao tỉ lệ lượng etylic tạo thành lớn Vì vậy, để đạt lượng butanol lớn hơn, ta điều chỉnh tỉ lệ glucid:protein thấp 5,5:1  Sơ đồ kĩ thuật sản xuất acetone- butylic: Dịch hồ Nước 12 Hơi (121oC atm) Nấu trùng Nước Làm nguội Khí CO2 + H2 Lên men Giấm chín Nước bã Chưng luyện Hơi acetone butanol ethanol  Về phương diện sinh hóa chia quy trình sản xuất acetonebutanol làm ba giai đoạn: Giai đoạn 1: Chuẩn bị dịch hồ để lên men: Nồng độ dịch hồ lên men không cao, gồm 8÷10% tính theo chất khô 4÷6% tính theo tinh bột • 13 Lượng butanol, acetone tạo tỉ lệ với nồng độ glucid giới hạn nồng độ 5,5÷6%, nồng độ glucid cao thừa lại không lên men Khi nồng độ butanol đạt đến xấp xỉ 1,5% (ứng với nồng độ ban đầu glucid 6%) trình lên men bị ngừng sản phẩm lên men độc chúng ức chế mạnh vi khuẩn • Giai đoạn 2: Lên men: Dịch lên men sau trùng cấy vi khuẩn Clostridium acetobutylicum vào Lên men tiến hành nhiệt độ từ 36÷38oC vòng 48÷72h Quá trình lên men chia hai thời kì:  Thời kì đầu thời kì tích tụ acid, giai đoạn vi khuẩn bắt đầu sinh sản mạnh, acid butyric tích tụ nhiều môi trường làm pH môi trường giảm xuống nên gọi thời kì lên men acid  Thời kì hai thời kì acetone-butanol hay gọi thời kì lên men rượu Lúc acetone butanol tạo thành môi trường acid làm cho độ acid chuẩn môi trường lên men bị giảm nhanh, giảm gần nửa so với giá trị cực đại cuối thời kì đầu Đồng thời xảy chuyển hóa cách nhanh chóng acid thành hợp chất tương ứng: acid butyric chuyển thành rượu butylic acid axetic bị chuyển thành acetone Tiếp độ acid chuẩn có tăng lên pH giảm đột ngột làm cho vi khuẩn bị chết nhiều nên vận tốc chuyển hóa chậm dần đến cuối thời kì lên men dừng hẳn Ngoài sản phẩm hydro, khí cacbonic lượng nhỏ acid axetic tạo thành Nếu cho vào môi trường lên men acid axetic thấy hiệu suất trình lên men tăng đến 72% so với lý thuyết Các khí sinh dẫn từ thùng lên men vào thiết bị gom khí thải • Giai đoạn 3: Chưng cất để tách sản phẩm: Sau lên men xong giấm chín bơm vào thiết bị chưng cất để tách thứ khỏi hỗn hợp  Trên bước cụ thể để lên men acetone-butanol công nghệ lên men ABE (acetone-butanol-ethanol) nguyên thủy ( sản phẩm sinh có tỉ lệ acetone÷ butanol÷ ethanol), lượng acetone butanol tạo thành thấp ( sản phẩm tạo thành đầu độc vi khuẩn lên men) Vì vậy, sau đời năm 1916 Chaim Weizmann, công nghiệp lên men ABE sử dụng rộng rãi thập kỉ 20 Đến năm 1940 sang năm 1950, với việc giá dầu giới giảm xuống thấp giá chất có chứa tinh bột đường ngô mật đường, trình lên men ABE giảm dần ngừng hoạt động diện rộng vào cuối năm 1950, việc sản xuất butanol công nghiệp chủ yếu thông qua đường hóa dầu 14 Đến năm 1970, yêu cầu nhiên liệu thay nguyên liệu hóa thạch ngày cao tập trung chủ yếu lên ethanol Tuy nhiên, vào thời điểm đó, người không nhận rằng, việc làm nước để nâng cao nồng độ ethanol pha trộn với nhiên liệu hóa thạch trình tốn lượng Mặt khác, ethanol dễ bay hơi, gây ăn mòn gây nổ nguyên nhân khiến vận chuyển hệ thống đường ống dẫn có ethanol trợ giá từ quyền nên tạo lợi nhuận để cạnh tranh với xăng Vì vậy, trải qua 30 năm, quy trình thâm canh sản xuất ethanol không đáp ứng nhu cầu nhiên liệu, lượng vấn đề môi trường Do đó, công nghiệp sản xuất butanol – nhiên liệu sinh học ethanol mặt lại quan tâm phát triển lần Với ý nghĩ đó, trình phát triển cách sử dụng trình nuôi cấy liên tục cố định vi khuẩn Clostridium tyrobutyricum Clostridium acetobutylicum để sản xuất sản lượng tối ưu butanol 4,64 g / L / h suất trình 42% áp dụng kỹ thuật nuôi cấy cố định trình lên men liên tục suất đạt 78% Đặc điểm trình lên men liên tục dịch đường men cho vào thùng đầu - gọi thùng lên men chính,luôn chứa lượng lớn tế bào 1mL dịch Khi đầy thùng đầu dịch lên men chảy sang thùng bên cạnh cuối thùng chứa giấm chín Quá trình lên men tiến hành sau: Đầu tiên men giống phát triển đưa vào thùng lên men cấp I,sau đưa sang thùng lên men cấp II đưa sang thùng lên men chính,sau đưa sang thùng lên men phụ Vấn đề chủ yếu lên men liên tục phải luôn khống chế số tế bào thùng lên men khoảng 100 đến 120 triệu/mL phải đảm bảo vô trùng Ưu điểm bật sơ đồ lên men liên tục dùng lượng lớn men giống thùng lên men nên lên men xảy nhanh,hạn chế phát triển tạp khuẩn Đồng thời nhiều men giống áp đảo tạp khuẩn mà tạo rượu nhanh,hạn chế phát triển chúng Mặt khác độ chua dịch đường cao,pH thấp yếu tố không thuận lợi cho vi khuẩn nấm men hoang dại Tuy nhiên lên men liên tục cần tính toán cẩn thận có biện pháp công nghệ phù hợp,nếu không phản tác dụng,dễ nhiễm khuẩn hàng loạt sử lý tốn giảm hiệu suất Nhiệt độ lên men khống chế sau : Đối với thùng lên men nên giữ 25 đến 27 độ C thùng lên men phụ từ 27 đến 30oC thùng lại 27 đến 28o C Trong điều kiện làm việc trình lên men kết thúc sau 60 đến 62 so với lên men gián đoạn 72 Sau trình lên men nhiệt độ giấm 34 đến 35oC Sau trình lên men kết thúc nồng độ rượu đạt đến 8%V, nồng độ đường sót đến 5g/l , tinh bột sót đến 6g/l , pH =4,8 đến 5,2 So với 15 trình lên men ABE thường, trình loại bỏ sản phẩm đồng hành axetic, lactic acid propionic, acetone, isopropanol ethanol Quá trình lên men sản xuất hydro, butyric acid, butanol carbon dioxide TÌNH HÌNH SẢN XUẤT BUTANOL : VI Hiện nay, việc nghiên cứu sản xuất butanol coi trọng phát triển Bên cạnh trình sản xuất petro-butanol từ dầu mỏ xu hướng sản xuất bio-butanol quan tâm phát triển với hy vọng trở thành loại nhiên liệu dần thay xăng sản xuất từ dầu mỏ  số nghiên cứu khoa học sản xuất bio-butanol bật: Các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học bang Ohio - Mỹ, vừa tìm phương pháp để tăng gấp đôi suất việc sản suất nhiên liệu sinh học butanol Giáo sư Sinh hóa học Shang-Tian Yang cho biết, thông thường lít nước vi khuẩn sản sinh 15gram chất lên men trước chất lên men trở lên độc hại sống sót vi khuẩn Ông đồng nghiệp tạo loại vi khuẩn hình que đột biến có tên khoa học Beijerinckii bình phản ứng sinh học có chứa chùm sợi vải polyester (vải nhân tạo dùng để may quần áo) Trong môi trường này, lượng butanol mà vi khuẩn đột biến Beijerinckii sản sinh lít nước lên tới 30 gram • Đội ngũ nhà nghiên cứu kỹ sư môi trường đứng đầu trường đại học Washington Louis miệt mài với kỹ thuật để sản xuất nhiên liệu sinh học Butanol từ nguyên liệu chứa lignocellulosic, phần sinh khối thực vật gồm có thân gỗ rơm đến bã nông nghiệp, xơ bắp vỏ trấu, tất chứa lượng lớn chất xơ số chất gỗ Các nhà nghiên cứu Bộ Nông nghiệp Mỹ tiến sĩ Bruce Dien Michael Cotta sử dụng kỹ thuật hóa học vật lý nhằm làm cho nguyên liệu chứa lignocellulosic khó phân rã trở nên dễ phân rã Sau đó, sinh khối chứa lignocellulosic đưa vào máy khử bao gồm việc nuôi cấy hỗn hợp có chọn lựa hàng ngàn vi khuẩn khác để chuyển đổi sinh khối thành hợp chất butirat hợp chất butirat biến đổi thành butanol cách sử dụng chất gây men Bước đột phá việc sử dụng loại nuôi cấy hỗn hợp Lợi ích loại nuôi cấy hỗn hợp cần lấy chất thải nguyên liệu biến đổi thành nguyên liệu đáng giá thông qua thao tác biến đổi độ Ph kiểu nuôi cấy Bằng cách trì trung tính, ta thu khí metan, hạ thấp độ Ph xuống, ta thu hợp chất butyrate (muối ester acid butyric) Sinh khối có • 16 chứa lignocellulosic đa dạng, tái tạo, cách hữu hiệu để xử lý chất thải Bằng cách sử dụng nó, mở cánh cửa hội kinh tế tốt cho nhà sản xuất vụ mùa dân cư nông thôn Do loại sinh khối có tính trung tính cacbon, nên ta lo lắng việc cacbon dioxit bị phát thải môi trường • Tháng năm 2008,Gs James Liao, Đại Học Y Khoa California, Los Angeles khám phá nguyên tắc sản xuất lượng sinh học từ vi trùng EColi Khoa học gia thay đổi số đường hóa học lên men vi trùng E Coli để sản xuất phân tử rượu có lượng cao, nhờ dùng E Coli sản xuất isobutanol từ glucose • Một nhóm nhà khoa học tới từ Trường Kỹ thuật UCLA Henry Samuel – Hoa Kỳ lai tạo loại vi khuẩn cyano (cyanobacterium) có khả “ăn” khí CO2 “nhả ra” iso-butanol Toàn trình lấy lượng trực tiếp từ mặt trời, thông qua trình quang hợp tự nhiên Trước tiên nhà nghiên cứu dùng phương pháp di truyền để làm tăng lượng enzyme cố định CO2 có tên RuBisCO từ loại vi khuẩn có tên Synechoccus elongates Sau họ cho thêm gene loại vi sinh vật khác tạo loài vi khuẩn có khả hấp thụ khí CO2, ánh sáng mặt trời tạo khí isobutyraldehyde Chất khí dễ dàng chiết xuất có nhiệt độ sôi thấp áp suất bay cao Loài vi khuẩn có khả tạo iso-butanol trực tiếp, nhà nghiên cứu cho phương pháp sử dụng chất xúc tác biến iso-butyraldehyde thành iso-butanol có giá thành rẻ nhiều  Tình hình sản xuất bio-butanol nước: • Trong nước: Ngày 26/6/2009 Thành phố Vũng Tàu, Công ty CP mía đường Lam Sơn (LASUCO) ký thoả thuận hợp tác với Công ty TNHH thành viên - Tổng công ty Dầu Việt Nam(PVOil), Công ty cổ phần “Zarubezhnef” thuộc tập đoàn dầu khí Nga Tổng công ty công nghệ sinh học Nga (KBT) thành lập “Công ty Cổ phần Công nghệ sinh học Việt Nam – viết tắt VBC” thực Dự án xây dựng nhà máy sản xuất biobutanol sản phẩm phụ từ nguyên liệu chứa xenlulô Thanh Hoá, công suất 100.000 butanol/năm   19/06/2009, Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro ký thỏa thuận hợp tác xây dựng nhà máy sản xuất butanol sinh học hệ thứ từ xenlulô Việt Nam • Thế giới: 17  Trong năm 1980, việc thủy phân vật liệu lignocellulosic sử dụng để sản xuất butanol quy mô công nghiệp Nga, trình phát triển thu hút nhà nghiên cứu butanol  Tháng 6/2006,Công ty BP (British Petroleum), công ty dầu lớn châu Âu, hợp tác với Công ty hóa chất DuPont Mỹ để phát triển, sản xuất kinh doanh loại nhiên liệu sinh học thay nhiên liệu dùng ngành giao thông vận tải.Các công ty dự kiến đưa sản phẩm n-butanol (butanol sinh học) năm 2007 bán Anh thành phần xăng Các công ty làm việc với British Sugar – chi nhánh công ty Associated British Foods - để chuyển đổi nhà máy lên men ethanol Anh, sử dụng củ cải đường để sản xuất 30.000 (hoặc triệu gallon) butanol/ năm Tháng năm 2009 hai đối tác tiếp nhận công ty sản xuất Biobutanol LLC Mỹ Trong năm 2009 BP DuPont thành lập công ty Butamax ™ Nhiên liệu sinh học nâng cao để thương mại hóa hợp tác họ  Trong năm 2009 , Gevo (công ty phát triển công nghệ sản xuất biobutanol hàng đầu Mỹ), thông báo Công nghệ tích hợp lên men (Gift ™) Gevo sử dụng nhà máy ICM (chuyên sản xuất ethanol) St Joseph, Missouri để sản xuất triệu gallon biobutanol / năm từ cải tiến nhà máy sản xuất ethanol có  Dự kiến năm 2010, nhà máy sản xuất biobutanol vào hoạt động khu vực BP Saltend, Hull, Vương quốc Anh 18