用什么方法可以获得无水乙醇?
制备方法:共沸精馏法、萃取精馏法、分子筛脱水法、膜分离法,以上四种已经实现规模化生产;生石灰法、醋酸钾及醋酸钠混合液脱水法、真空蒸馏法、淀粉吸附法、离子交换树脂脱水法、钠、镁干燥法等。
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。
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。 [color=red]②[/color] [color=red]用金属钠制取。[/color] 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。 [b] [color=red]检验乙醇是否有水分,常用的方法是:取一支干燥试管,加入制得的绝对乙醇1 mL,随即加入少量无水硫酸铜粉末。如乙醇中含水分,则无水硫酸铜变为蓝色硫酸铜。
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。
方法1:可以在溶液中加入生石灰,让生石灰吸收一部分水分,再蒸馏。
方法2:蒸馏法提高酒精纯度。因为酒精和水的沸点并不相同,所以可以利用这一点进行提纯。
另附:如何提取无水酒精
由于酒精分子和水分子之间的引力小于酒精分子和酒精分子之间的引力,所以这种现象引起了拉午尔定律的正偏差,故可知,酒精混合液会在78.15度时共沸,该温度小于酒精沸点78.3度,所以无法制作出100%无水酒精,若要制无水酒精,则必须添加吸水剂,如Mg(镁)
生物质发酵会生成低浓度乙醇(一般小于5wt%),通过精馏提浓得到接近共沸点的乙醇/水混合物(含水约5~7%),在通过分子筛吸附或膜分离等技术得到含乙醇大于99.5wt%的无水乙醇.
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。