基本介紹
- 中文名：乙醇提取法
- 外文名：Ethanol Extraction Method
簡介,成分結構,套用領域,乙醇製備,
簡介
乙醇提取法是指利用乙醇的溶解性,將乙醇作為溶劑對物質進行分離提純的方法。在化學實驗、化工提純、化學製藥和中醫藥劑的製取等廣泛套用。
成分結構
乙醇結構式為CH3CH2OH，是醇類的一種，是酒的主要成份，所以又叫酒精，俗稱火酒。化學式也可寫為C2H5OH或EtOH，Et代表乙基。乙醇與甲醚是同分異構體。
乙醇的物理性質主要與其低碳直鏈醇的性質有關。分子中的羥基可以形成氫鍵，因此乙醇黏度很大，也不及相近相對分子質量的有機化合物極性大。室溫下，乙醇是無色易燃，且有特殊香味的揮發性液體。
λ=589.3nm和18.35°C下，乙醇的折射率為1.36242，比水稍高。
脫水反應
乙醇可以在濃硫酸和高溫的催化發生脫水反應，隨著溫度的不同生成物也不同。
如果溫度在140℃左右生成物是乙醚
CH3CH2-OH + HO-CH2CH3 → CH3CH2OCH2CH3 + H2O
如果溫度在170℃左右，生成物為乙烯
CH2HCH2OH →CH2=CH2 + H2O
套用領域
乙醇是常用的燃料、溶劑和消毒劑，也用於製取其他化合物。工業酒精含有少量甲醇，醫用酒精是濃度為75%左右的乙醇。
在中藥提取、 酊劑的製備中常用到，多用滲漉法，亦可用浸漬法，溶解法或稀釋法。如下。
（1）滲漉法：以規定濃度的乙醇為溶劑，按“滲漉法”操作，在多數情況下，收集滲漉液達到酊劑全量的3/4時，應停止滲漉，壓榨藥渣，壓榨液與滲漉液合併，添加適量溶劑至所需量，靜置一定時間，分取上清液，下層液濾過，合併即得。若原料為毒性藥時，收集滲漉液後應測定其有效成分的含量，再加適量溶劑使符合規定的含量標準。如顛茄酊等。
（2）浸漬法：以規定濃度的乙醇為溶劑，按“冷浸漬法”操作，收集浸漬液，靜置24小時，濾過，自濾器上添加浸漬時所 用乙醇至規定量，即得。如十滴水等。
（3）溶解法：將處方中藥物直接加入規定濃度的乙醇溶解至需要量，即得。此法適用於化學藥物及中藥有效部位或提純品酊劑的製備，如複方樟腦酊等。
（4）稀釋法：以藥物的流浸膏或浸膏為原料，加入規定濃度的乙醇稀釋至需要量，混合後，靜置至澄清，虹吸上清液，殘渣濾過，合併上清液及濾液，即得。如遠志酊等。
乙醇製備
製備原料有澱粉、乙烯、磷酸、硫酸、葡糖澱粉酶，衍生產品為鹽酸乙醇液、二硫化硒、環氧乙烷、對二乙基苯、聯苯、6-甲氧基-2-乙醯萘、戊基氰基三聯苯、乙醛、甲醛、乙醇鈉、乙醚、乙酸乙酯、乙醇（無水）、復盆子酮等。
工業上一般用澱粉發酵法或乙烯直接水化法製取乙醇：
1、發酵法
發酵法制乙醇是在釀酒的基礎上發展起來的，在相當長的歷史時期內，曾是生產乙醇的唯一工業方法。
發酵法的原料可以是含澱粉的農產品，如穀類、薯類或野生植物果實等；也可用製糖廠的廢糖蜜；或者用含纖維素的木屑、植物莖稈等。這些物質經一定的預處理後，經水解（用廢蜜糖作原料不經這一步）、發酵，即可製得乙醇。
2、乙烯水化法
乙烯直接水化法，就是在加熱、加壓和有催化劑存在的條件下，是乙烯與水直接反應，生產乙醇：
CH2═CH2+ H─OH→C2H5OH
此法中的原料—乙烯可大量取自石油裂解氣，成本低，產量大，這樣能節約大量糧食，因此發展很快。
3、煤化工
工業制乙醇還主要是通過乙烯氫化製得，而適合中國國情的技術就是利用煤化工技術，將煤轉化為合成氣，直接或者間接的合成乙醇。
4、聯合生物加工
利用生物能源轉化技術生產乙醇能緩解非再生化石能源日漸枯竭帶來的能源壓力。來源廣泛的纖維素將是很有潛力的生產乙醇原料。然而由於各種原因，一般的發酵法生產乙醇成本較高，乙醇生產難以規模化。聯合生物加工技術，一體化程度高，能有效降低生產成本，未來發展前景廣闊。
①原因
生物轉化使用的原料是玉米等糧食作物，但是這些原料的大量使用會影響到糧食安 全，所以秸稈、麩皮、鋸木粉等農業、工業廢棄物等含有大量的木質纖維素，將是很有潛力的乙醇發酵原料。另外，生物燃料的生產過程中，纖維素的預處理和纖維素酶的生產成本較高。因此減少預處理，增強纖維素酶的活性，提高發酵產物的產量和純度，減少中間環節也是降低生產成本的途徑。
②原理
聯合生物加工 (consolidated bioprocessing，CBP)不包括纖維素酶的生產和分離過程，而是把糖化和發酵結合到由微生物介導的一個反應體系中，因此與其他工藝過程相比較，底物和原料的消耗相對較低，一體化程度較高。
③工藝
生理學研究和14C標記的纖維素實驗說明，生長於纖維素上的微生物的生物能量效益取決於胞內低聚糖攝取過程中β一糖苷鍵磷酸解的效率，並且這些效益超過了纖維素合成的生物能量成本。這些研究為纖維素分解菌在纖維素上快速生長提供了實驗依據和理論依據。 套用聯合生物加工的關鍵是構建出能完成多個生化反應過程的酶系統，使纖維素原料通過一個工藝環節就轉變為能源產品。一些細菌和真菌具有CBP所需要的特性，所以改造現有的微生物已成為研究的熱點。以基因重組等為代表的生物工程技術已經使這種構想成為現實，並為設計出更完善的CBP酶系統提供了可能。對相關的微生物改造主要有以下3個策略：[6][7][12]
天然策略
是將本身可產生纖維素酶的微生物，尤其是厭氧微生物進行改造，使其適應CBP生產的要求。這種策略關鍵在於，提高對乙醇的耐受力，減少副產物的生成，導入新的代謝基因將糖化產物全部或者大部分進行發酵，從而產出高濃度的乙醇。
重組策略
是通過基因重組的方法表達一系列的外切葡聚糖酶和內切葡聚糖酶等纖維素酶基因，使微生物能以纖維素為唯一碳源，將來源於纖維素的糖類完全或者大部分進行發酵。 重組策略所遇到的問題有：(1)外源基因共表達對細胞的有害性。(2)需要在轉錄水平使外源基因適量表達。 (3)一些分泌蛋白可能摺疊不正確。因為纖維素降解蛋白合成之後必須要正確摺疊才能分泌並行使功能。未正確摺疊的蛋白分泌後要通過內質網結合蛋白降解，而且對內質網造成壓力。
共培養策略
共培養策略有兩層含義：一是指發酵液中存在的不同的類型的微生物，利用廣泛類型的糖類底物。例如將僅能利用己糖的熱纖維梭菌與能利用戊糖的微生物進行共培養。這能避免不同生物間的底物競爭，實現乙醇產量最大化。二是指存在不同特性的微生物相互協作，加強發酵效果。
④特點
i、提高乙醇耐受力
高濃度的乙醇能改變細胞膜上的受體蛋白，阻遏糖酵解和代謝循環，最終抑制細胞的生長和發酵。許多證據表明，乙醇耐受基因不是單一的基因，全轉錄工程提供了一個新方法。例如分別通過三種轉錄調控因子基因的突變，釀酒酵母的乙醇耐受力有所提高。
ii、提高糖轉運效率
糖類不能自由地穿過細胞膜，微生物是通過特定的糖轉運蛋白來利用糖類，所以了解糖轉運機制是必要的。轉運蛋白作為培養基中糖濃度的“感受器”，可產生相應的胞內信號．不同的糖轉運蛋白在不同的濃度下行使功能，從而使微生物在較廣的範圍內利用糖類。
這是生物方法的綜合運用。當然，還有其他的生產工藝方法，基本原理都是運用生物發酵的方法生產乙醇，如：木質纖維素原料酶水解產乙醇，玉米秸稈發酵生產乙醇等。這些基本的發酵方法通過聯合生物加工，可以大大提高乙醇的生產效率、減低生產成本。
⑤提純
99.5%的乙醇可以用鎂條煮沸回流製得99.9%的乙醇。
i、分批萃取精餾法
乙醇的生產離不開精餾、萃取等化工流程。氧化鈣脫水法、共沸精餾、吸附精餾、滲透汽化、吸附法、萃取精餾法和真空脫水法等多用在乙醇的回收和提純的方面。實際生產中較成熟的方法是共沸精餾和萃取精餾,這2 種分離方法多以連續操作的方式出現。在一些領域生產乙醇設備簡單、投資小,可單塔分離多組分混合物,或同一塔可處理種類和組成頻繁更換的物系。分批共沸精餾可以同時滿足這些要求,但是分批共沸精餾所需的塔板數較多,產品中常含有微量的苯不能套用於醫藥和化學試劑領域,且生產中易發生苯中毒事故。
分批萃取精餾(BED) 則無以上缺點，且可以同時具備分批精餾與萃取精餾兩者的優點。其工藝特點是連續萃取精餾至少需要3 個精餾塔的工藝來完成：乙醇稀溶液富集到共沸組成(乙醇質量分數95.7 %) ，萃取精餾回收無水乙醇，回收溶劑以循環使用。並且連續萃取精餾法只適於原料組成固定的、規模較大的連續生產中。而且設備投資少，僅用單塔可完成原料富集、萃取精餾和溶劑回收3 項任務；且精密度高，可根據實際生產的需求，靈活地調節產品純度；節省操作成本、無需連續操作；此設備也可用於回收其他有機溶劑。
ii、分子篩固定床吸附法（簡稱分子篩法）
分子篩是一種無色、無臭、無毒的新材料,在無水乙醇製備和其他共沸混合物分離過程中無需添加第三組分,生產過程幾乎無毒害三廢排放；共沸法牽涉到苯、環已烷等高毒性的第三組分。工藝簡單可靠、產品質量優，是一種環保、節能型工藝。
優點是可以降低設備安裝高度，提高固定床有效吸附量及成品質量穩定性。產生的廢氣、廢渣、廢液均有很好的處理方法。
