无水乙醇的制备方法
绝对无水乙醇的制备
绝对乙醇:市售的无水乙醇一般只能达到99.5%的纯度,在许多反应中需要用纯度更高的绝对乙醇,经常需要自己制备。通常工业用的95.5%的乙醇不能直
接用蒸馏法制取无水乙醇,因95.5%乙醇和4.5%的水形成恒沸点混合物。要把水除去,第一步是加入氧化钙(生石灰)煮沸回流,使乙醇中的水与生石灰作
用生成氢氧化钙,然后再将无水乙醇蒸出。这样得到无水乙醇,纯度最高越99.5%。纯度更高的无水乙醇可用金属镁或金属钠进行处理。
[步骤]:
a.无水乙醇
(99.5%)的制备:在500ml圆底烧瓶中,放置200ml95%乙醇和50g生石灰,用木塞塞紧瓶口,放置至下次实验。下次实验时,拔去木塞,装上
回流冷凝管,其上端接一氯化钙,在水浴上回流加热2-3h,稍冷后取下冷凝管,改成蒸馏装置。蒸去前馏分后,用干燥的吸滤瓶或蒸馏瓶做接受器,其支管接一
氯化钙干燥管,使与大气相通。用水浴加热,蒸馏至几乎无液滴流出为止。称量无水乙醇的质量或量其体积,计算回收率。
b.绝对乙醇(99.95%)的制备:
①用金属镁制取。在250ml的圆底烧瓶中,放置0.6g干燥纯净的镁条,10ml99.5%乙醇,装上回流冷凝管,并在冷凝管上附加一只无水氯化钙干燥管。在沸水浴或用火直接加热使达微沸,移去热源,立刻加入几粒碘片(此时注意不要振荡),顷刻即在碘粒附近发生作用,最后可以达到相当剧烈的程度。有时作用太慢则需要加热,如果在加碘后,作用仍不开始,则可再加入数粒碘(一般的将,乙醇与镁作用是缓慢的,如所用乙醇含水量超过0.5%则作用尤其困难)。待全部镁已经作用完毕后,加入100ml99.5%乙醇和几粒沸石。回流1h,蒸馏,产物收存于玻璃瓶中,用一橡皮塞或磨口塞塞住。②用金属钠制取。装置和操作同①,在250ml圆底烧瓶中,放置2g金属钠和100ml纯度至少为99.5%的乙醇,加入几粒沸石。加热回流300min后,加入4g邻苯二甲酸二乙脂,再回流10min。取下冷凝管改成蒸馏装置,按收集无水乙醇的要求进行蒸馏。产品储于带有磨口塞或橡皮塞的容器中。
1.无水甲苯、无水四氢呋喃、无水二氧六环的制备所需试剂:钠、二苯甲酮(指示剂,它在绝对无水的条件下显蓝色)。用量方面:1000ml溶剂需要最多10克钠,二苯甲酮大约需要约5克。操作:将需要的装置(通常需要:1000ml的圆底瓶,球形冷凝管,直形冷凝管,尾接管,三角瓶,三通璃塞),烘干,冷却,待用。
在圆底瓶中加入甲苯、二苯甲酮,用镊子加取钠块,棉花擦去钠块表面的煤油,然后用剪刀将钠剪成小块,通过加料漏斗加入到甲苯中;然后架好装置,将装置内的空气用氮气置换了,包括接收瓶。加热回流2~3h后,回流变蓝后,稍冷(不回流了就可以),改为蒸馏装置,接少量前馏分,收集需要的部分。
当圆底烧瓶中液体剩余大约50mL时停止加热后处理:圆底烧瓶中剩余的钠球,加无水乙醇室温搅拌,至完全分解。倒入废液瓶。注意:THF千万不能蒸干,会产生过氧化物,易爆炸。
2.无水DMF(N,N-二甲基甲酰胺)的制备:DMF提前一天用无水硫酸镁干燥(25g/L);将需要的装置(通常需要:1000ml的圆底瓶,直形冷凝管,尾接管,三角瓶,三通,玻璃塞,水泵),烘干,冷却。
待用。在圆底瓶中加入干燥过的DMF,然后架好装置,用氮气球检查装置的气密性。然后60℃-70℃减压蒸馏接少量前馏分,收集需要的部分。
以上资料参考百度百科-无水乙醇
实验室制备无水酒精时,在95.57%酒精中加入生石灰(CaO)加热回流(或者用无水硫酸铜也可),酒精中的水跟氧化钙反应(跟无水硫酸铜反应生成五水硫酸铜),生成不挥发的氢氧化钙来除去水分,然后再蒸馏,这样可得99.5%的无水酒精。如果还要去掉这残留的少量的水,可以加入金属镁来处理,可得100%乙醇,叫做绝对酒精。
工业上制备无水酒精的方法是在普通酒精中加入一定量的苯,再进行蒸馏。于64.9℃沸腾,蒸出苯、乙醇和水的三元恒沸混合物(比率为74:18.5:7.5),这样可将水全部蒸出。继续升高温度,于68.3℃蒸出苯和乙醇的二元混合物(比率为67.6:32.4),可将苯全部蒸出。最后升高温度到78.5℃,蒸出的是无水乙醇。
工业上使用强酸性阳离子交换树脂(具有极性基团,能强烈吸水)来制取无水酒精。
20世纪30年代以前,发酵法是乙醇的唯一工业生产方法。随着石油化工的迅速发展,合成法乙醇的产量越来越大。但合成法乙醇中夹杂的异构高碳醇,对人的高级神经中枢的麻痹作用,不适宜用作饮料、食品、医药及香料等。因此,即使在石油化工发达的国家,发酵法乙醇仍然占有一定的比例。下面具体来讲解下制备无水乙醇的常用方法。
发酵法
将富含淀粉的农产品如谷类、薯类等或野生植物果实经水洗、粉碎后,进行加压蒸煮,使淀粉糊化,再加入适量的水,冷却至60℃左右加入淀粉酶,使淀粉依次水解为麦芽糖和葡萄糖。然后加入酶母菌进行发酵制得乙醇。
水合法
以乙烯和水为原料,通过加成反应制取。水合法分为间接水合法和直接水合法两种。间接水合法也称硫酸酯法,反应分两步进行。先把95~98%的硫酸和50~60%的乙烯按2:1(重量比)在塔式反应器吸收反应,60~80℃、0.78~1.96MPa条件下生成硫酸酯。第二步是将硫酸酯在水解塔中,于80~100℃、0.2~0.29MPa压力下水解而得乙醇,同时生成副产物乙醚。烯直接与水反应生成乙醇。直接水合法即一步法。由乙烯和水在磷酸催化剂存在下高温加压水合制得。本法流程简单、腐蚀性小,不需特殊钢材,副产乙醚量少,但要求乙烯纯度高,耗电量大。无论用发酵法或乙烯水合法,制得的乙醇通常都是乙醇和水的共沸物,即浓度为95%的工业乙醇。
纯化方法
市售的无水乙醇一般只能达到99.5%纯度,在许多反应中需用纯度更高的无水乙醇,经常需自己制备。通常工业用的95.5%的乙醇不能直接用蒸馏法制取无水乙醇,因95.5%乙醇和4.5%的水形成恒沸点混合物。要把水除去,第一步是加入氧化钙(生石灰)煮沸回流,使乙醇中的水与生石灰作用生成氢氧化钙,然后再将无水乙醇蒸出。这样得到无水乙醇,纯度最高约99.5%。纯度更高的无水乙醇可用金属镁或金属钠进行处理。
无色澄清液体。有灼烧味。易流动。极易从空气中吸收水分,能与水和氯仿、乙醚等多种有机溶剂以任意比例互溶。能与水形成共沸混合物(含水4.43%),共沸点78.15℃。相对密度(d204)0.789。熔点-114.1℃。沸点78.5℃。折光率(n20D)1.361。闭杯时闪点(在规定结构的容器中加热挥发出可燃气体与液面附近的空气混合,达到一定浓度时可被火星点燃时的温度)13℃。易燃。蒸气与空气能形成爆炸性混合物,爆炸极限3.5%~18.0%。
如果要求不那么高,可以加一点氢氧化钠固体,然后冷凝回流,回流管顶部加一个干燥管,然后把乙醇蒸馏出来。
如果要求比较高,可以切一点钠块,搅拌一会之后,把乙醇蒸馏出来。
主要有以下两种:
(1)采用戊烷做恒沸剂进行恒沸精馏制备无水乙醇。
(2)采用连续精馏-渗透汽化技术进行制备无水乙醇。
如果选择(1)种生产方法,以戊烷作恒沸剂的恒沸精馏流程简单,与苯做恒沸剂相比,所需塔板数少,但是戊烷的沸点较低,需加压操作,常温下容易气化,因而对戊烷的损耗比较大。
如果选择(2)种生产方法,渗透汽化膜分离装置具有节能和高效的特点,并且在分离过程中降低精馏的能耗,但是分子筛膜组件造价成本较高,渗透时间较长,生产周期较长。
注意事项
不可以直接饮用医用或化工用乙醇。
无水乙醇浓度过高,杀菌作用反而下降,不要以无水乙醇直接进行消毒。
被大量血、脓、粪便污染的表面,不宜使用乙醇消毒。
使用消毒伤口时,会引起疼痛,伤口的深浅和个人体质不同,疼痛的程度也不同。
用于皮肤或器具消毒时,不要接触可以被乙醇溶解的物质,如某些醇溶性涂料等。
一、工业制备方法
1、共沸精馏法
方法是:将乙醇-水-苯(或环己烷、戊烷等,被称为夹带剂)三者一起放入恒沸精馏塔中,其中的水-乙醇-苯形成三元恒沸物(恒沸点64.9℃)蒸出,水分全部被带走,馏出的乙醇近乎纯态。
2、膜分离法
组分在通过膜的时候扩散速率不同,扩散快的先通过膜,扩散慢的很少或不通过膜,可以达到分离组分的目的。其模式有两种,一种是让液体通过膜后变成蒸汽,一种是将液体气化后,让蒸汽通过膜进行分离。
3、分子筛脱水法
水分子直径2.6Å(1Å=10^-10m),乙醇分子直径为4.7Å,选用孔径为3Å的分子筛,将混合液加热变成蒸汽,使其通过分子筛,水分子会被强烈吸附,冷凝便可得高纯的乙醇。
4、萃取精馏法
将乙醇-水混合体系中加入盐(醋酸钾、氯化钙、氯化铜、氯化钠等)或碱(氢氧化钠、氢氧化钾等)的乙二醇溶液,一起精馏,乙醇蒸出浓度大于99.5%。
二、实验室制备无水乙醇(99.5%)或绝对乙醇(99.95%)
1、CaO法
将新煅烧的CaO置于95%的乙醇中,先冷凝回流一段时间后,再蒸馏,可得无水乙醇。
2、镁干燥法制备绝对乙醇
将镁条(镁粉)与碘一起加入无水乙醇中,先加热回流至反应完全,再蒸馏得绝对乙醇。
3、钠干燥法制备绝对乙醇
用钠与无水乙醇反应,再加邻苯二甲酸二乙酯(或丁二酸二乙酯),先回流,再蒸馏得绝对乙醇。
参考资料:
《酿酒科技》,2006年第8期(总第146期),曹福禄《分子筛法无水酒精生产工艺探讨》。
《浙江工业大学学报》,第29卷第2期,2001.06,李春云《无水乙醇生产工艺的探讨》210页。
《中国酿造》,2009年第5期,总第206期,唐艳红等《无水乙醇制备方法的研究进展》4页。
《化学研究与应用》,第16卷第2期,2004,04,林军,顾正桂《加碱萃取精馏制取无水乙醇》282页。
《有机化学实验》315页,武汉大学出版社,王福来编著。
2:向酒精中加入苯一起蒸馏,78.5度时蒸出的是无水酒精。(这是工业制法)