noi ve cong nghe san xuat acid aceitc
1. Giới thiệu chung về Acid Acetic Acid acetic có công thức phân tử là CH 3 COOH, là một acid hữu cơ (Acid cacboxylic), mạnh hơn Acid cacbonic. Phân tử gồm có nhóm methyl (-CH 3 ) liên kết với nhóm cacboxyl (-COOH), khối lượng phân tử 60,5 kg/kmol. Acid acetic là một chất lỏng không màu, có mùi sốc, vị chua, có khả năng hút ẩm từ không khí. Nhiệt độ nóng chảy tnc = 16,63 0 C, nhiệt độ sôi ts = 118 0 C, tỷ trọng 1,049; độ nhớt ở 20 0 C là 1,21.10 -3 Ns/m 2 . Trong dung dịch acid acetic tồn tại các dạng (CH 3 COOH) 2 , (CH 3 COOH) 3 , sự tồn tại các phân tử kép như trên là do các liên kết hydro giữa các phân tử với nhau. Acid acetic tan trong nước và các dung môi thường (rượu aceton, cồn, eter, chloroform,…) với bất kỳ tỷ lệ nào, chúng hoàn toàn không tan trong CS 2 . Ngoài ra nó cũng là dung môi tốt cho nhiều hợp chất hữu cơ (nhựa, tinh dầu, ) Đặc biệt acid acetic hoà tan tốt ngay cả cellulose và các hợp chất của nó. Acid acetic rất bền với các chất oxi hoá như acid chromic, permanganat. Acid acetic có tác dụng phân huỷ da, gây bỏng, ăn mòn nhiều kim loại và hợp kim, hoà tan tốt nhiều chất vô cơ. 2. Ứng dụng của acid acetic Acid acetic là một loại acid hữu cơ được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và trong sản xuất công nghiệp Trong công nghệ thực phẩm, với hàm lượng 2-5%, người ta gọi dung dịch này là giấm ăn. Giấm ăn được sử dụng trong công nghệ thực phẩm để chế biến đồ hộp, rau quả, gia vị trong các bữa ăn gia đình. Lượng giấm ăn sử dụng trong công nghiệp thực phẩm là rất lớn, do đó việc sản xuất giấm ăn không thể mang tính chất thủ công truyền thống mà đã trở thành một ngành sản xuất theo quy mô công nghiệp ở nhiều nước trên thế giới. 3. Các phương pháp sản xuất acid acetic Acid acetic là một loại acid hữu cơ được ứng dụng rộng rãi và từ rất lâu. Do đó, loài người đã phát minh ra nhiều phương pháp khác nhau để sản xuất acid acetic, những phương pháp sản xuất acid acetic bao gồm: -Phương pháp hoá gỗ -Phương pháp hoá học -Phương pháp sinh học -Phương pháp kết hợp 3.1 Phương pháp hoá gỗ Cùng với sự phát triển của ngành khai thác và chế biến gỗ, loài người đã biết cách sản xuất ra acid acetic từ dạng nguyên liệu này. Bằng cách chưng cất gỗ đã lên men (giấm gỗ, bột gỗ, tách acid acetic trực tiếp từ nước ngưng khi chưng gỗ). Người ta thu được nhiều chất khác nhau, trong đó có acid acetic có hàm lượng rất lớn. Hiện nay phương pháp này không còn được sử dụng. 3.2 Phương pháp hoá học Từ C 2 H 2 và C 2 H 5 OH, C 2 H 4 tiến hành tổng hợp có xúc tác sẽ thu được acetandehyd, oxi hoá acetandehyd nhờ có xúc tác ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ thu được acid acetic. Giai đoạn oxi hóa acetandehyd thành acid, dùng xúc tác mangan, rồi sau đó chưng cất phân đoạn ở nhiệt độ : 50 0 C – 80 0 C để thu được acid có hiệu suất cao. Phương pháp này có giá trị thực tế khá cao nhưng do tạo nhiều sản phẩm phụ nên làm giảm hiệu suất phản ứng. Phương pháp mới nhất hiện nay là tổng hợp từ metanol và CO bằng phản ứng cacbonyl hoá: CH 3 OH + CO -> CH 3 COOH 3.3 Phương pháp sinh học Hiện nay người ta sản xuất acid acetic chủ yếu bằng phương pháp lên men (sản phẩm là giấm ăn). So với những phương pháp khác, phương pháp lên men có những ưu điểm: -Công nghệ sản xuất acid acetic hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường. -Quá trình chuyển hoá (hay quá trình lên men) được thực hiện ở điều kiện rất ôn hoà, không cần nhiệt độ cao, áp suất cao hay máy móc thiết bị phức tạp. -Nguyên liệu để sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên men rất dễ kiếm, có thể sử dụng nguyên liệu chứa đường (nước ép trái cây, nước ép dứa, nước ép mía, …), có thể sử dụng nguyên liệu chứa tinh bột hoặc cồn công nghiệp. •Nếu sản xuất từ nguyên liệu chứa tinh bột phải qua 3 giai đoạn chuyển hoá: -Giai đoạn chuyển hoá tinh bột thành đường -Giai đoạn chuyển hoá đường thành cồn -Giai đoạn chuyển cồn thành acid •Nếu sản xuất từ nguyên liệu chứa đường thì chỉ cần qua 2 giai đoạn: -Giai đoạn chuyển hoá đường thành cồn -Giai đoạn chuyển cồn thành acid. •Nếu sản xuất từ nguyên liệu đã chứa cồn thì ta chỉ cần tạo điều kiện thuận lợi để vi khuẩn acetic chuyển cồn thành acid acetic. Sản xuất acid acetic theo phương pháp sinh hoá thực chất là quá trình oxy hoá rượu etylic thành acid acetic nhờ một số vi khuẩn acetic khi có mặt của oxi. Từ trước đến nay đã xuất hiện 4 phương pháp: -Phương pháp lên men chậm -Phương pháp lên men nhanh -Phương pháp chìm -Phương pháp hỗn hợp 3.4 Phương pháp kết hợp Phương pháp này ra đời cùng với sự phát triển của công nghiệp hoá dầu và hoá gỗ nhằm tận dụng những phế liệu của nó, nâng cao hiệu quả kinh tế của các ngành này. Một vài quá trình của phương pháp này như sau: -Trước tiên người ta tiến hành oxy hoá các hydro cacbon thấp như propan, butan sẽ tạo thành acetandehyd, formandehyd, aceton và các sản phẩm khác. Acetandehyd được oxy hoá có xúc tác thành acid acetic. -Sau đó người ta trung hoà khối thuỷ phân này và tiến hành lên men để thu nhận được dung dịch chứa acid acetic. Phương pháp hỗn hợp được sử dụng nhiều hơn cả phương pháp thuỷ phân bột gỗ bằng acid ( phương pháp hoá học). 4. Sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên men 4.1 Bản chất của quá trình lên men acid acetic Lên men acid acetic là quá trình oxy hoá cồn thành acid acetic nhờ vi khuẩn acetic trong điều kiện hiếu khí. Mọi quá trình muốn hoạt động được đòi hỏi phải có năng lượng, để thực hiện được các hoạt động sống như sinh trưởng, sinh sản và phát triển thì vi sinh vật cần phải có năng lượng. Quá trình lên men là quá trình oxy hoá khử sinh học để thu năng lượng và các hợp chất trung gian cho tế bào sinh vật nhưng tế bào sống chỉ sử dụng năng lượng dưới dạng hoá năng tàng trữ trong mạch cacbon và được phóng ra do sự chuyển electron từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác. Các phản ứng sinh hoá xảy ra trong các quá trình lên men là những phản ứng chuyển hydro nhưng sự chuyển hydro cũng tương đương với sự chuyển electron vì nguyên tử hydro có thể tách thành proton H + và electron. Các enzym xúc tác quá trình tách nguyên tử hydro khỏi cơ chất gọi là enzyme dehydrogenaza. Trong quá trình lên men giấm, rượu etylic được oxy hoá thành acid acetic. Ở đây sự chuyển hydro được thực hiện nhờ sự xuất hiện của NADP (Nicotinamit adenin dinucleotit photphat dạng oxy hoá). Hydro được NADP nhận (trở thành NADPH 2 ) được chuyển qua chuỗi hô hấp để thu năng lượng, song cơ chất không bị phân giải hoàn toàn nên được gọi là quá trình oxy hoá không hoàn toàn. 4.2 Cơ chế phản ứng của quá trình lên men acid acetic Lên men giấm là quá trình oxy hoá rượu etylic thành acid acetic nhờ có enzym alcohol oxydaza xúc tác trong điều kiện hiếu khí: CH 3 CH 2 OH + O 2 -> CH 3 COOH + H 2 O + 117 Kcal Để chuyển hoá thành acid acetic, rượu và oxy phải thâm nhập vào tế bào vi khuẩn , ở đây nhờ có enzyme của vi khuẩn xúc tác, rượu được chuyển hoá thành acid acetic theo một quá trình sau: C 2 H 5 OH + ½ O 2 -> CH 3 CHO (Acetaldehyd) + H 2 O CH 3 CHO + H 2 O -> CH 3 CH(OH) 2 (Hydrat acetaldehyd) CH 3 CH(OH) 2 + ½ O 2 -> CH 3 COOH + H 2 O Acid acetic tạo thành sẽ thoát ra khỏi tế bào của vi khuẩn và đi vào môi trường. Khi môi trường hết rượu thì vi khuẩn giấm sẽ oxy hoá acid acetic thành CO2 và H2O theo phương trình sau: CH 3 COOH + 2O 2 = 2CO 2 + 2H 2 O Đây chính là sự “quá oxy hoá” rất có hại cho quá trình lên men giấm. Vì vậy, trong dịch lên men phải còn dư một lượng rượu khoảng 0,3-0,5% để đảm bảo không bao giờ cho oxy hoá hết rượu nhằm tránh hiện tượng “quá oxy hoá”. Quá trình sản xuất acid acetic: Quá trình oxy hoá rượu thành acid acetic: . 1. Giới thiệu chung về Acid Acetic Acid acetic có công thức phân tử là CH 3 COOH, là một acid hữu cơ (Acid cacboxylic), mạnh hơn Acid cacbonic. Phân tử. Đặc biệt acid acetic hoà tan tốt ngay cả cellulose và các hợp chất của nó. Acid acetic rất bền với các chất oxi hoá như acid chromic, permanganat. Acid acetic