دانلود مقاله اتانول

مدل مولکول اتانول اتانول یا الکل اتیلیک یا اتیل الکل با فرمول C۲H۵OH ترکیب شیمیائی با بوی خاص و آتشگیری است که در نوشیدنی‌های الکلی وجود دارد.

این الکل همان ماده‌ای است که خاصیت مست کنندگی دارد و در نوشیدنی‌های الکلی با درصد‌های مختلف پیدا می‌شود.

علاوه بر این در صنایع مختلف کاربرد فراوان دارند.

این کاربردها در عطرها و ادکلن‌ها و همچنین در وانیل و همچنین به عنوان سوخت در برخی ماشین‌های جدید می‌باشد.

برای استفاده از این الکل در صنایع عطر سازی استفاده می‌کنند.

مخمر آبجو ، قارچی است که با جوانه‌زدن تکثیر می‌شود، اگر این قارچ در مجاور یک ماده قندی تخمیر شود، موادی از خود خارج می‌کند که خاصیت آنزیمی داشته و موجب دگرگونی قند می‌شود.

در بین قندها ، گلوکز به فرمول C۶H۱۲O۶ است که در انگور وجود دارد که پس از تخمیر باعث ایجاد الکل می‌شود.

تاریخچه اتانول برای انسان از دوران باستان شناخته شده بود، زیرا این ماده ، جزء اصلی مشروبات الکلی است.

جداسازی آن بصورت اتانول نسبتا خالص احتمالا اولین بار توسط "جابر بن حیان" که صنعت تقطیر را گسترش داد، انجام شده است.

البته بیشتر گمان می‌رود که اتانول خالص توسط "محمد زکریای رازی" دانشمند ایرانی تولید شده باشد.

فرایند تولید اتانول مورد استفاده در نوشابه‌ های الکلی توسط فرایند تخمیر از متابولیسم گلوکز توسط گونه مخصوصی از مخمرها در غیاب اکسیژن تولید می‌شود و در پایان فرایند تخمیر غلظت اتانول را با تقطیر بالا می‌برند.

برای مخلوط اتانول با آب بالاترین نقطه آزئوتروپ جوش برای 95% الکل و 5% آب است.

بنابراین جزء تقطیر شده مخلوط اتانول و آب نمی‌تواند خالصتر از 95 درصد باشد.

برای تولید اتانول خالص‌تر ، مقدار کمی بنزن به آن اضافه می‌شود.

بنزن ، آزئوتروپ سه‌گانه ‌ای با آب و اتانول تشکیل می‌دهد و مخلوط دوباره تقطیر می‌شود.

نتیجه این فرایند بدست آوردن اتانول بدون آب است.

با این همه چند ppm بنزن در اتانول باقی می‌ماند که جذب آن در بدن از مشخصه‌های آسیب کبدی است که در افراد الکلی دیده می‌شود.

تولید اتانول صنعتی اتانول سوخت نسبتا خوبی برای موتورهاست و در صنعت ، بصورتهای مختلفی استفاده می‌شود.

اتانول مورد مصرف در صنعت را معمولا از واکنش کاتالیزوری آب با اتیلن تولید می‌کنند.

این یک واکنش افزایشی است که در آن یک مولکول آب شکافته شده ، قطعات حاصل از آن به اتمهای کربن در پیوند دوگانه اضافه می‌شود.

این فرایند ، تولید اتانول اقتصادی‌تر از تولید آن با مخمر است.

امروزه برای تولید تجارتی آسان آن تخمیر مواد آلی زائد مانند خرده چوب و خاک اره پیشنهاد شده است.

اتانول صنعتی برای مصرف انسان ، نامناسب است، زیرا به آن ، مقادیر کمی متانول و مواد سمی دیگر اضافه می‌شود.

خواص فیزیکی اتانول ، مایعی قابل احتراق و بی‌رنگ بوده ، یکی از انواع الکلهای موجود در نوشابه‌های الکلی است.

گرانروی آن ، مانند آب است و بوی نسبتا تندی دارد.

در صنعت بعنوان حلال و ماده واسطه شیمیایی برای تولید بیشتر ترکیبات آلی استفاده می‌شود.

بدلیل تشکیل پیوند هیدروژنی با هر نسبتی در آب حل می‌شود.

اتانول در مقایسه با ترکیبات آلی که وزن مولکولی یکسانی با آن دارند، نقطه جوش بالاتری دارد.

به عنوان مثال نقطه جوش پروپان که تقریبا وزن مولکولی برابری با اتانول دارد، 43- درجه سانتی‌گراد است، درحالی‌که نقطه جوش اتانول 78 درجه سانتی‌گراد است.

دلیل این اختلاف ، وجود پیوندهای هیدروژنی مربوط به گروه OH است که نیروی جاذبه میان مولکولهای مجاور را افزایش می‌دهد.

اتانول خاصیت ضعیف اسیدی و بازی از خود نشان می‌دهد که خاصیت بازی آن بدلیل جفت الکترون تنهای اکسیژن بوده و خاصیت اسیدی آن ، بخاطر پیوند هیدروژن با عنصر الکترونگاتیو اکسیژن است.

اتانول با فلزات فعال ( Na و K و Mg و … ) وارد واکنش شده ، اتوکسید ایجاد می‌کند.

کاربرد اتانول بدلیل نقطه ذوب پائین در صنعت ضدیخ‌سازی استفاده می‌شود.

حلال بسیار خوبی است و در صنعت عطرسازی ، رنگسازی و … استفاده می‌شود.

محلول %85 – 70 آن بعنوان محلول ضدعفونی کننده کاربرد دارد.

اتانول با تغییر دادن پروتئین و حل کردن چربی ، میکرو ارگانیسمهای آنها را از بین می‌برد.

البته این عمل فقط در برابر باکتریها و ویروسها و قارچها موثر است، ولی در مقابل هاگ ، باکتریها تاثیری ندارد.

اتانول همچنین در صنایع مشروبات الکلی به میزان گسترده ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ساختمان اتانول نکته مهم مصرف بیش از حد مشروبات الکلی ، بدلیل وجود اتانول در ترکیب آنها باعث ایجاد عوارض بسیاری در سلامتی انسان می‌شود که عبارتند از : عوارض حاد تهوع ، استفراغ ، افسردگی ، تنگی نفس.

عوارض مزمن اعتیاد به الکل (الکسیم) ، سایروز کبدی ، تاثیر در سلسله اعصاب مرکزی ، تولید اتانول از میکروب استفاده از نوعی میکروب به تولید سوخت زیستی ارزشمند اتانول منجر شده است.

استفاده از نوعی میکروب به تولید سوخت زیستی ارزشمند اتانول منجر شده است.

دانشمندان چند سالی است که متوجه شده اند استفاده از نوعی مولکول موسوم به Q microbe می تواند در تولید سوخت زیستی ارزشمندی همچون اتانول موثر باشد و اخیراً این تحقیق را در قالب پروژه یی برای ارگانیسم های تک سلولی به سوخت زیستی آغاز کرده اند.

این باکتری هم اکنون در کانون توجه محققان دانشگاه ماساچوست آمهرست قرار گرفته است.

«سوسان لشن» از محققان شرکت «اتانول خورشیدی» در این دانشگاه تلاش یک دهه گذشته دانشمندان را برای استفاده از این میکروب به عنوان تبدیل کننده ارگانیسم های تک سلولی به سوخت زیستی اتانول به واقعیت تبدیل می کند.

محققان معتقدند استفاده از این میکروب در فرآیندهای کربن طبیعی که به آنزیم های اضافی نیازی نیست نیز کاربرد فراوان دارد.

این میکروب می تواند خمیر چوب و باکتری مواد پسماند ذرت ها را با راندمان بالایی به اتانول تبدیل کند.

به گفته محققان این میکروب توانایی های غیرمعمولی نیز دارد از آن جمله می تواند طیف وسیعی از مواد گیاهی را مورد مصرف قرار دهد.

این میکروب می تواند به راحتی مولکول های سلولز را در هم بشکند.

تولید اتانول در داخل نانو لوله‎ های کربن (86/06/29 ) مطالعات نشان داده‎اند که می‌توان از اتانول به‌عنوان سوختی تجدیدپذیر استفاده کرد.

منحصربه‌فردترین کاربرد اتانول، استفاده از آن به‌عنوان سوخت اتومبیل و مکمل سوخت است.

اتانول طی فرایند تخمیر قند و به‌وسیله مقادیر معینی از مخمّرها تولید می‎شود.

این فرایند با پیش‎ماده‎ای که شامل مقادیر مناسبی از قند یا موادی نظیر نشاسته یا سلولز که می‎توانند به قند تبدیل شوند، انجام می‎شود.

در آمریکا پیش‎ماده اولیه برای تولید اتانول ذرت است.

در برزیل(عمده‎ترین تولیدکنندۀ اتانول در جهان)، پیش‎مادۀ اولیه از قند نیشکر حا‌صل می‎شود؛ در حالی که بحث‌های گسترده‌ای درباره فوائد اقتصادی و زیست‎محیطی ناشی از کاربرد سوخت‌های سازگار با محیط زیست برای سوخت اتانولی مطرح است، به نظر می‎رسد که استفاده از فناوری‌نانو(نانولوله کربنی) راه حل خوبی را برای این منظور فراهم کند.

شهرت نانولوله‎های کربن به‌عنوان ماده‎ای امیدبخش برای کاتالیز کردن واکنش‌ها بسیار چشمگیر است.

همینک، پژوهشگران چینی از نانولوله‎ های کربنی پرشده با نانوذرات رادیم، به‌عنوان راکتورهایی برای تبدیل مخلوط گازی مونوکسید کربن و هیدروژن به اتانول استفاده می‎کنند.

به نظر می‎رسد این اولین مثال از فعالیت و انتخاب‎پذیری یک واکنش کاتالیزشده با فلز در فاز گازی باشد که کمک چشمگیری به پیشرفت یک واکنش درون یک ظرف واکنش از جنس نانولوله کربنی می‎کند مطالعات نشان داده‎اند که می‌توان از اتانول به‌عنوان سوختی تجدیدپذیر استفاده کرد.

همینک، پژوهشگران چینی از نانولوله‎های کربنی پرشده با نانوذرات رادیم، به‌عنوان راکتورهایی برای تبدیل مخلوط گازی مونوکسید کربن و هیدروژن به اتانول استفاده می‎کنند.

به نظر می‎رسد این اولین مثال از فعالیت و انتخاب‎پذیری یک واکنش کاتالیزشده با فلز در فاز گازی باشد که کمک چشمگیری به پیشرفت یک واکنش درون یک ظرف واکنش از جنس نانولوله کربنی می‎کند.

بیو اتانول بیو تکنولوژی شاخه ای از مهندسی شیمی است که به خواص میکروارگانیسم ها و کاربرد های آنها پرداخته می شود.

میکرو ارگانیسم ها به دو دسته یو کاریوتها و پروکاریوتها تقسیم می شوند که یوکاریوتها تک سلولی و پروکاریوتها نیز حداقل شامل دو سلول هستند.

باکتری ها از دسته یوکاریوتها و قارچ ، جلبک و کپک ها از خانواده پروکاریوتها می باشند.

یوکاریوتها دارای ساختمان ساده و پروکاریوتها نیز ساختمان پیچیده ای دارند.

بیشترین کاربرد های بیو تکنولوژی مربوط به تولید اتانول است که بیو اتانول نامیده می شود.

معروفترین میکروارگانیسم هایی که برای تولید اتانول استفاده می شوند شامل باکتری زیگوموناس موبیلیس ، مخمر ساکارومایسیس سرویسیه ، قارچ موکور ایندیکوس و قارچ موکور همیلیس می باشند.

روش های تولید بیو اتانول در بیو راکتور شامل روش ناپیوسته ، پیوسته و خوراکدهی ناپیوسته می باشد.

تحقیقات نشان داده که استفاده از روش خوراکدهی ناپیوسته دارای بیشترین راندمان تولید اتانول است.

در بین تمام میکروارگانیسم ها قارچ موکور ایندیکوس و موکور همیلیس دارای بیشترین راندمان می باشند و راندمان تولید اتانول توسط این دو قارچ ۴۴ درصد است.

دسته بندی دیگر میکروارگانیسم ها شامل روش هوازی و بی هوازی می باشد که در روش بی هوازی گلوکز با اکسیژن واکنش داده و تولید اتانول می کند که به همراه اتانول مقداری آب نیز تولید می شود.

مواد اولیه برای تولید اتانول ۱- مواد قندی: شامل میوه جات ، ضایعات نیشکر، شیره چغندر قند و ...

۲- مواد نشاسته ای : شامل گندم ، جو، سیب زمینی و ...

۳- مواد لیگنوسلولزی: سبوس گندم ، سبوس جو ، خرده چوب و ...

اتانول (اتیل الکل) عضو دوم سری الکل الیفاتیک می باشد که دارای بوی مطبوع و بی رنگ می باشد.برای مصارف صنعتی تقریبا همه اتانولی که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد دارای 95 % اتانول و 5% آب می باشد که بطور ساده الکل 95% نامیده می شود.

اگر چه الکل خالص نیز موجود می باشد و به آن الکل مطلق گفته می شود.

آماده سازی الکل اتانول 95%( 95% اتانول موجود در آب) با استفاده از تقطیر محلول حاصل از تخمیر قند ها به دست می آید.

واکنش اتن با بخار اغلب اتانول مورد استفاده در صنعت با استفاده از واکنش مابین اتن و بخار به دست می آید.

C2H4 + H2O ==> C2H5OH Ethene Steam Ethanol تخمیر الکل یک محلول ساکاروز که مخمر به آن اضافه می شود ، گرم می شود.

یک آنزیم که در مخمر وجود دارد به صورت معکوس اضافه می شود.و به صورت یک کاتالیست برای تبدیل ساکاروز به گلوکز و فروکتوز عمل میکند.

Invertase C12H22O11 + H2O ==> C6H12O6 + C6H12O6 Sucrose Glucose Fructose گلوکز و فروکتوز به وسیله آنزیم زیماز که در مخمر وجود دارد به اتانول و دی اکسید کربن تبدیل می شوند.

 zymase  C6H12O6 ==> 2C2H5OH + 2CO2  Ethanol فرآیند تخمیر در سه روز و در دمای بین 25 تا 30 درجه سلسیوس انجام می شود .

اتانول سپس به وسیله تقطیر جزئی بدست می آید.

اتانول کامل اتانول ابتدا با مخلوط آب حاصل می شود سپس از این محلول به وسیله تقطیر جزئی به دست می آید .

اگر چه نقطه جوش اتانول (78.3) کمتر از نقطه جوش آب (100) است ، ماده کاملا به وسیله تقطیر جدا نمی شود .

در عوض یک مخلوط آزئوتروپ (مخلوطی از 95% اتانول و 5% درصد آب حاصل می شود.) و نقطه جوش آزئو تروپ 78.15 درجه سلسیوس می باشد.

ماده فرار ماده ای است که دارای کمترین نقطه جوش است و در ظرف تقطیر زودتر زودتر تقطیر می شود.

این ماده آزئوتروپ اتانول 95% است که دارای کمترین نقطه جوش می باشد.

جداسازی مخلوط به وسیله تقطیر جزئی انجام می شود زیرا بخار دارای ترکیب متفاوتی از مایع می باشد.

خواص فیزیکی اتانول اتانول یک مایع بی رنگ با بوی آشکار می باشد که کاملا محلول در آب و حلال های آلی است و خیلی هیدروسکوپیک می باشد.

Melting Point -1150C Boiling Point 780C Specific Gravity 0.79.

خواص شیمیائی اتانول احتراق اتانول C2H5OH + 3O2 ==> 2CO2 + 3H2O Ethanol اکسیداسیون اتانول اتانول اکسید می شود با : دی کرومات پتاسیوم اسیدی شده، دی کرومات سدیم اسیدی شده ، پرمنگنات سدیم اسیدی شده، [O] C2H5OH ==> CH3CHO + H2O Ethanol Ethanal اتانول پیشتر به اتانوئیک اسید اکسید می شود (یعنی استیک اسید) اگر عامل اکسید دار کردن به مقدار اضافی وجود داشته باشد.

[O] CH3CHO ==> CH3COOH Ethanal Ethanoic Acid عامل اکسید شدن برای این واکنش یک مخلوطی از دی کرومات سدیم یا دی کرومات پتاسیم و اسید سولفوریک مورد استفاده قرار می گیرد که واکنش می دهد و اتم های اکسیژن تولید می شود.

Na2Cr2O7 + 4 H2SO4 ==> Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + 4H2O + 3[O] دی هیدراسیون اتانول هنگامی که اتانول با اسید سولفوریک غلیظ شده با اسید اضافی مخلوط شده و تا 170 درجه سلسیوس گرم می شود.(دو مول اتانول یک مول آب را از دست می دهد.) H2SO4 C2H5OH ==> C2H4 + H2O 170 degC هنگامی که اتانول با اسید سولفوریک غلیظ شده و با مقدار اضافی الکل مخلوط شده و تا دمای 140 درجه سلسیوس گرم می شود .

دی اتیل اتر تقطیر می شود .(دو مول اتانول یک مول