Hỏi: Xin hỏi quy trình và công nghệ sản xuất cồn khô? (Phạm Văn Mười – TP. HCM)
Trả lời: Có rất nhiều công nghệ sản xuất cồn khô được công bố trên thế giới. Sau đây chúng tôi xin giới thiệu một công nghệ sản xuất cồn khô của tác giả Mỹ Scott Gartner.
Nguyên liệu sản xuất cồn khô gồm: cồn, dẫn xuất cellulose có lớp bao phủ ngăn chặn quá trình hydrat hóa, chất kiềm, chất ngăn tạo khói như nhôm trihydrat.
Các loại rượu có thể sử dụng sản xuất cồn khô là rượu có C1-C10 mạch thẳng, bậc hai hay bậc 3 hoặc mạch vòng. Rượu mạch thẳng bao gồm: metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutyl alcohol, tertbutyl alcohol, pentanol, octanol, isopentyl alcohol, neopentyl alcohol, hexanol, heptanol, octanol, nonanol và decanol hoặc là đồng phân của các rượu trên. Cũng có thể sử dụng rượu mạch vòng như: cyclopropanol, cyclobutanol, cyclopentanol, cyclohexanol, cycloheptanol, cyclooctanol, cyclononanol và cyclodecanol.
Tuy nhiên, rượu thích hợp nhất là các rượu ít carbon như: metanol, etanol, propanol, isopropanol.
Dẫn xuất cellulose thường được sử dụng trong sáng chế là ête alkyl cellulose và ête alkyl hydroxyalkyl. Dẫn xuất ête cellulose điển hình bao gồm metyl cellulose, etyl cellulose, propyl cellulose và butyl cellulose. Trong số dẫn xuất cellulose thích hợp là hydroxyalkyl alkyl cellulose. Hydroxyalkyl alkyl cellulose đặc trưng gồm: hydroxypropyl metyl cellulose, hydroxyetyl etyl cellulose, hydroxypropyl etyl cellulose, hydroxyetyl metyl cellulose, hydroxypropyl propyl cellulose, hydroxyetyl propyl cellulose.
Dẫn xuất cellulose thích hợp hơn cả là hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) có lớp bao phủ ngăn chặn quá trình hydrat hóa như một lớp axit hay glyoxylated. Dẫn xuất cellulose trong sáng chế này có lớp phủ đặc biệt trên bề mặt để làm chậm lại quá trình hydrat hóa khi hòa trộn với dung dịch cồn. Lớp phủ có thể là 1 loại axit tự nhiên như axit polyacrylic hoặc glyoxalated (như được miêu tả cụ thể trong sáng chế số US3072635).
Lớp phủ thích hợp là glyoxylate chứa một lượng nhỏ glyoxal đưa vào vật liệu cellulose để dễ dàng phân tán. Xử lý bằng glyoxal còn ngăn ngừa quá trình hydrat hóa vật liệu cho đến khi chất kiềm được thêm vào để tác động quá trình đông lại của nhiên liệu cồn.
Dẫn xuất hydroxypropyl metyl cellulose (HPMC) chứa 5-12% khối lượng nhóm Hydroxypropoxy và khoảng 27-30% khối lượng ête cellulose. Trong đó, thuận lợi hơn, dẫn xuất ête cellulose chứa 7-12% khối lượng nhóm hydroxypropoxy, 28-30% khối lượng nhóm methoxyl. Bất kỳ độ nhớt nào của ête cellulose cũng thỏa mãn yêu cầu.
Chất kiềm thì cần thiết để bắt đầu quá trình hydrat hóa; bất kì chất kiềm nào cũng có thể sử dụng để làm tăng độ pH lên trên 8. Các chất kiềm tiêu biểu là LiOH, NaOH, KOH, Cs(OH)2, Li2CO3, Na2CO3, K2CO3, CsCO3, Rb2CO3, Ca(OH)2, Mg(OH)2, SrCO3, Sr(OH)2, Ba(OH)2, BaCO3, BeCO3, hay bất kì chất nào có thể tạo kiềm để làm sệt cồn.
Chất ngăn khói được sử dụng trong thành phần nguyên liệu cồn là nhôm trihydrat. Chất ngăn khói khác có thể được sử dụng chuyển đổi với nhôm trihydrat và chúng bao gồm kiềm kim loại borax hoặc kết hợp kiềm kim loại borax với amoni sulfat, amoni chloride và amoni photphat. Các chất khác như dẫn xuất antimony oxit cũng phù hợp. Các loại muối có thể được thêm vào để điều chỉnh màu ngọn lửa.
Quá trình tạo sản phẩm cồn khô gồm các bước: hòa trộn cồn và hydroxypropyl methyl cellulose có lớp ngăn quá trình hydrat hóa tạo hồ. Thêm một lượng kiềm vào hỗn hợp để làm tăng độ pH lên 8 hoặc cao hơn để tăng hiệu quả đóng rắn.
Quá trình thực hiện diễn ra như sau: lấy 200ml cồn (170g etanol hoặc metanol hoặc isopropanol) + 50ml nước, trộn lẫn, sau đó thêm vào 10g HPMC tạo thành hồ lỏng, hồ lỏng này chứa nước trong một khoảng thời gian do lớp phủ hiện diện trong HPMC. Chất phủ trong HPMC kiềm hãm quá trình hydrat hóa. Trong khi dung dịch còn lỏng, nó được rót vào bình đựng chứa 2-4g chất kiềm, quá trình hydrat và đóng rắn xảy ra ngay lập tức. Không có chất lỏng dư còn lại sau khi đóng rắn. Theo sáng chế này, quá trình sản xuất này tránh được vấn đề bơm và trào nếu sử dụng vật liệu cellulose khác không có lớp phủ ngăn quá trình hydrat hóa. Lượng nhôm trihydrat được thêm vào từ 0,1-1%. Kết quả là cồn khô đốt cháy không sinh ra khói và mùi khó chịu. Lượng cồn trong viên nhiên liệu quyết định đến tốc độ cháy. Giảm hàm lượng cồn sẽ cho kết quả là nhiệt độ đốt cháy thấp hơn và tốc độ cháy cũng giảm.
Sản phẩm cồn khô thành phẩm chứa: 60-80% khối lượng cồn, 5-35% khối lượng nước, 1-4% khối lượng dẫn xuất cellulose và 0,1-1% chất ngăn khói như nhôm trihydrat.
Sáng chế đã cung cấp công thức và phương pháp sản xuất cồn khô cải tiến dùng để đun nấu và hâm nóng thức ăn. Nhiên liệu dạng cô đặc này có nhiều ưu điểm như: làm chậm lại sự bay hơi của nhiên liệu cồn, gia tăng tính an toàn nhiên liệu, cung cấp nhiên liệu đốt cháy có độ độc thấp, sản phẩm không để lại tro và mồ hóng sau khi cháy. Mặt khác, nhiên liệu dạng rắn theo sáng chế này có độ nhớt không thay đổi dẫn đến tốc độ cháy không thay đổi trong suốt quá trình cháy. Thêm vào đó, lượng nhôm trihydrat thêm vào hạn chế được khói và mùi khó chịu. Một ưu điểm khác là nhiên liệu dạng gel ổn định an toàn trong lưu trữ, vận chuyển, sử dụng và rất kinh tế.