Перегонка этилового спирта в химической лаборатории. Distillation of ethyl alcohol in chemical laboratory

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

В лаборатории мы расходуем этиловый спирт. Не пьем, а используем для работы (представьте себе!) Часть этанола уходит необратимо (например, спирт, который мы наливаем местным слесарю и электрику в качестве оплаты за работу). Но другая часть спирта используется для мытья посуды, идет на синтезы, а затем отгоняется из реакционных смесей и т.п. Такой спирт (в загрязненном виде) мы собираем в бутылки для сливов - его можно перегнать и использовать повторно.

Так получилось, что одной из первых работ в новой лабе стала перегонка спирта из сливов после мытья посуды. В шестилитровом реакторе - т.е., лабораторное самогоноварение в особо крупных размерах. Собрали сливы из нескольких лабораторий, сосед собрал перегонную установку, а мне предстояло провести перегонку. Колбонагреватель, шестилитровая колба, термометр, прямой холодильник, аллонж и литровая колба-приемник. Приемник нужно время от времени опорожнять, переливая отогнанный спирт в бутылки.

Сосед собрал установку и хотел уходить. Стоп: интернета у меня не было, а температуру кипения этанола я не помнил.

- Какую фракцию собирать?

- 78°C: все, что ниже, - отбрось (предгон), собирай отгон до 81°C.

Предгона практически не было, но все равно отбросил первые 50 мл, перелил их из колбы-приемника в слив, потом понюхал саму колбу - пахнет совсем не спиртом... Точнее, запах спирта есть, но есть и другой - более сильный запах. До боли знакомый, только не мог вспомнить, где я его ощущал.

Показал коллеге.

- Амины! Вот, блин!

Вспомнил, где я этот запах ощущал - Киевский завод РИАП. Там аминами пропахся весь первый цех: диметиламин, диэтилентриамин, продукты их конденсации и куча другой прелести, которую без разбору посливали из бутылок в стальные бочки, которые проело насквозь.

Перегонкой амины не уберешь - тоже летят. Как от них избавиться?

- Кислотой. Солянку? Нет - она полетит.

- Серную?

- Лучше фосфорную - не знаю, что там кроме спирта в колбе.

Жидкость в перегонной колбе была коричневой, после добавления 30 мл фосфорной кислоты стала красной, запах аминов в дистилляте существенно уменьшился, но не исчез полностью. Была идея попробовать выдержать спирт над активированным углем или убрать амины катионитом, но от нее я отказался: все равно этот спирт пойдет, чтобы посуду мыть.

Потом, работая с перегнанным спиртом, я этот запах много раз ощущал. И дело не только в эстетизме. Выяснилось, что перегнанный спирт идет не только на мытье посуды. Например, при синтезе амидов жирных кислот есть такая операция - титрование свободного амина в реакционной смеси (она позволяет определить полноту протекания реакции: амид уже сварился, или его нужно еще доварить). Несколько капель реакционной смеси взвешивают и добавляют спирта до растворения, потом - титруют соляной кислотой. Поскольку анализов было много, на них мы брали именно перегнанный спирт. И тут запах аминов совсем не радовал. Холостую пробу провести я так и не догадался, но результаты титрований были приемлемыми - и хорошо. Температура пара так и не дошла до верхнего значения, при котором следовало прекратить перегонку, но дистиллят почти перестал капать, а в колбе собралась густая, неаппетитного вида гелеобразная масса. Понял, что если буду гнать дальше, она может конденсироваться - и тогда долго придется мыть колбу… Поэтому перегонку прекратил, а содержимое колбы еще горячим слил в отходы.

В лаборатории использовали целый ряд органических растворителей: спирт, ацетон, гексан, толуол, ДМФА (диметилформамид), ДМСО (диметисульфоксид), этилацетат и другие. Одни из них использовались чаще, другие - реже. Например, ДМФА и ДМСО изредка брали для синтезов. Растворители они хорошие, если бы не одна проблема: в конечном продукте - композициях ПАВ допускается остаточное содержание этих веществ в концентрации не выше 1 и 2 ppm, соответственно (ppm - частей на миллион).

Такие растворители как этанол, ацетон и толуол использовались гораздо чаще. Спирт и ацетон даже были в специальных промывалках. Потом их не выбрасывали, а собирали в специальные бутылки: слив спирта, слив ацетона, слив этилацетата и т.д. (всего - штук 5 сливов разных растворителей). Когда соответствующая бутылка наполнялась - содержимое перегоняли, что позволяло вернуть большую часть использованного растворителя. Обычно для этого собирали небольшую (или большую - в случае спирта) перегонную установку. И вот пришла очередь перегонять ацетон. Бутылка для сливов ацетона наполнилась, но времени с ним возиться не было.

Стал лить сливы ацетона в большую плоскодонную колбу. Колба закрывалась стеклянной пробкой. В один прекрасный момент сосед фильтровал застывающую реакционную массу (маргарин и глицерин - получение моноглицеридов) как раз по соседству с этой колбой. Масса время от времени застывала прямо на фильтре. Приходилось ее подогревать струей горячего воздуха из термопистолета. Когда струя воздуха чуть отклонилась и попала на колбу со сливами ацетона - пробка вскоре вылетела. Решили, что ацетон пора таки перегнать. Поскольку все холодильники были заняты синтезами, вместо перегонной установки использовали роторный испаритель. Грязный ацетон перелили в круглодонную колбу поместили ее в "роторник", включили нагрев бани, пустили воду в холодильник и занялись другими делами. Гнали при атмосферном давлении без вакуума.

Вскоре в колбе-приемнике стал собираться ацетон. Интересно наблюдать за работой холодильника - когда на поверхности охлаждаемого водой змеевика конденсируются капли ацетона и стекают по стенкам холодильника вниз - в колбу-приемник. Примерно такое же зрелище я наблюдал во время работы промышленного дистиллятора [см. статью Вода в лаборатории и на производстве (дистиллированная, деионизированная и умягченная) - химические истории / Water in laboratory and industry (distilled, deionized and softened water) - chemical stories [ссылка]]. Содержимое перегонной колбы стало густеть и сильно уменьшилось в объеме, а на стенках холодильника появились явно "чужеродные капли" - более вязкие, чем ацетон. Это была вода. Перегонка окончена. Можно, конечно, попробовать "выжать" остатки, но тогда перегонную колбу пришлось бы долго мыть (ацетоном, кстати), поэтому нагрев прекратил, кубовый остаток вылил, отгон перелил в бутылку для ацетона.

Задача была поставлена по телефону: в лаборатории, в таком-то шкафу найти эксикатор, заправить его хлоридом кальция и положить в него что-то, что принесет... институтский сантехник. Эксикатор нашли сразу, но только нижнюю часть. Ее я видел раньше. Хлорид кальция - тоже.

Но чтобы запустить в этот "аквариум" рыбок, еще нужны были: вкладыш и крышка. Еще желательно - смазка для шлифа эксикатора. Ничего этого мы в лаборатории не видели. Решили: не переживать заранее, работы и так много. Когда (и если) сантехник что-то принесет, тогда и будем искать части эксикатора.

Два дня было ничего не слышно, но потом сантехник все-таки пришел и принес два предмета, завернутых в бумагу. Развернул - какие-то металлические шайбы квадратного сечения. Хорошо. Достал нижнюю часть эксикатора: ну и чем его накрыть? Пробовал кристаллизатором - не подходит, слишком мал. Коллега предложила взять маленький пластиковый лоток. Попробовал - крышка прилегает неплотно.

- Нет, не подойдет.

- Я хотела помочь.

- Добрые дела не бывают безнаказанными.

- А может взять крышку от больших пластиковых лотков, которые на шкафу?

- Она неплоская.

Тогда я решил "отойти от канонов" и просто взял большой пластиковый лоток. В одном из них крышка плотно прижималась фиксаторами. Внутрь положил выпарную чашку с безводным хлористым кальцием и принесенные образцы. И плотно прижал крышку зажимами. Заодно вспомнил, что химики и биологи (любители) предложили использовать в качестве эксикатора пакет-струну (с замком Zip Lock). Внутрь помещается стакан с осушителем и осушаемые образцы. Такой "эксикатор" недолговечен, но пакеты недорогие и, по сути, одноразовые.

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Давным-давно учился я в аспирантуре. И угораздило же пойти в аспирантуру..., но это совсем другая история. Занимался я синтезом фосфатов. Одним из методов была реакция фосфорной кислоты с основными карбонатами двухвалентных металлов. В лаборатории были основные карбонаты фабричного выпуска, но не для всех нужных металлов. А те, что все-таки были, - не всегда подходили для синтезов. Поэтому основные карбонаты приходилось самостоятельно синтезировать, а потом - анализировать. Синтезировал я их согласно методикам из практикума Ю.В. Карякин Чистые химические реактивы. Руководство по лабораторному приготовлению неорганических препаратов (1947) [ссылка]. Анализировал - стандартными методами комплексонометрического титрования.

Чтобы оттитровать карбонат, его нужно было сначала растворить в кислоте, а перед этим - взвесить. Про электронные весы мы в то время даже не слышали (были, конечно, но не у нас), тем более, если речь идет не о технических весах, а о аналитических. Стояли у нас весы ВРЛ-200. Примерно такие, как в статье: Аналитические весы (Химическая Лаборатория, Посуда, Оборудование, Реактивы ч.2) [ссылка]. Заключительной стадией синтеза основного карбоната была сушка измельченного продукта на воздухе без нагрева. Почему так?

Во время взвешивания карбоната на аналитических весах я столкнулся с любопытным явлением: если основный карбонат сушить в шкафу при нагреве и пересушить, то во время взвешивания его масса постоянно растет: примерно на 0.0001 г за несколько секунд. Весы никак не могут уравновесится. Я догадался, что пересушенный продукт стал гигроскопичным и поглощает влагу из воздуха. И, наоборот, если продукт высушен недостаточно (т.е., он влажный), прямо при взвешивании масса образца уменьшается примерно с такой же скоростью. Причина - испаряется вода.

Когда взвешивал навеску концентрированной фосфорной кислоты - ее масса постоянно росла (кислота поглощала воду из воздуха), а при взвешивании на аналитических весах воды, ее масса уменьшалась (испарение). Кислоту я взвешивал для проведения анализа (воду - просто ради интереса). Поэтому, чтобы не вносить дополнительную неточность, я стал их взвешивать в закрытом стеклянной бюксе. В этом случае масса и кислоты, и воды уже не "плыла" во время взвешивания.

Время шло, сейчас я работаю в лаборатории с электронными аналитическими весами. А перед этим - работал в лаборатории, где не было рабочих аналитических весов вообще (стояли сломанные - чисто для комиссии), но не будем о грустном. Работая с электронными весами, я вновь столкнулся с описанным выше явлением. Стаканчик, в который отбирается проба реакционной смеси для анализа, нужно предварительно взвесить. Если он оказывается чуть влажным (недостаточно высох после мытья), то масса стаканчика в процессе взвешивания падает, как и в случае со стаканом с умышленно налитой в него водой. Аналогичный эффект наблюдается и при взвешивании стаканчика с пробой реакционной смеси, если в ней есть толуол (в процессе взвешивания он испаряется, масса стакана с навеской постепенно уменьшается).

Пока была возможность, решил заснять эффект: сначала поместил на весы чистый сухой стакан. Показания весов установились и дальше не менялись. Потом сделал то же, но со стаканом, в который налита вода. В результате показания весов стали уменьшаться, словно цифры на таймере с обратным отсчетом.