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固体酒精

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发表于 2016-3-16 14:39:51 | 显示全部楼层 |阅读模式
固体酒精
发表时间:2007-5-16 22:26:22
固体酒精
近年来家庭或餐馆利用火锅用餐的,以及野外作业和旅游野餐者,常使用固体酒精作燃料.固体酒精是将工业酒精(乙醇)中加入凝固剂使之成为胶冻状.使用时用一根火柴即可点燃,燃烧时无烟尘,无毒,无异味,火焰温度均匀,温度可达到600 ℃左右.每250 g可以燃烧1.5小时以上.比使用电炉,酒精炉都节省,方便,安全.因此,是一种理想的方便燃料.#此前在首页部分显示#
固体酒精的配制也很方便.在一个容器内先装入75 g水,加热至60 ℃~80 ℃,加入125 g酒精,再加入90 g硬脂酸,搅拌均匀.在另一个容器中,加入75 g水,加入20 g氢氧化钠,搅拌,使之溶解,将配制的氢氧化钠溶液倒入盛有酒精,硬脂酸和石蜡混合物的容器中,再加入125 g酒精,搅匀,趁热灌注成型的模具中,冷却后即成为固体酒精燃料.

  摘要 研究了两步法制备固体酒精的工艺,详细讨论了各种影响因素。确定了最佳工艺条件。酒精:硬脂酸:氢氧化钠的最佳配比为92.5:6.5:1,最佳反应温度为60℃。制得的固体酒精的熔点为52℃,燃烧时仍保持固体状态。150g固体酒精可持续燃烧114分钟。
    关键词: 酒精;硬脂酸;氢氧化钠;凝固;固体燃料。
    0.前言
    固体酒精,或称固化酒精,因使用、运输和携带方便,燃烧时对环境的污染较少,与液体酒精比较安全性较高,作为一种固体燃料,广泛应用于餐饮业、旅游业和野外作业等场合。近几年来,出现了各种使工业酒精固化的方法。这些方法的差别主要是选择了不同的固化剂[1-2] 。目前,所使用的固化剂主要有[3] :醋酸钙、硝化纤维、乙基羧基乙基纤维素、高级脂肪酸等。另外,从固化条件上来看,有一步法和两步法之区别。将各种添加剂投入到一份酒精溶液中进行溶解和冷却固化,我们称之为一步法;将不同添加剂分别投入到两份酒精溶液中,再进行混合固化,我们称之为两步法。一种好的固体酒精应该具有易点燃,燃烧热值高、无黑烟、无异味,燃烧后残渣少,储存时即使在夏季也不软化、不分离出液体酒精等特点。另外作为一种燃料,成本不能过高。考虑到燃烧时的安全性,最好在燃烧过程中始终保持固体状态。
    针对上述要求,我们详细研究了固体酒精的制备工艺,探讨了固化剂和各种添加剂的作用以及不同工艺条件对固体酒精性能的影响。结果发现,硬脂酸与氢氧化钠反应生成的硬脂酸钠是一种较为理想的固体剂,硬脂酸的添加量在6.5%,氢氧化钠的添加量在1%时较为合适。制备时采用两步法,及硬脂酸和氢氧化钠分别溶于两份酒精溶液中,在60℃进行混合固化效果最佳。
    1.实验
    1.1 实验装置  采用四口玻璃烧瓶,装有电动搅拌器、回流冷凝器、水银温度计和送料口。玻璃烧瓶置于超级恒温水浴中进行加热和温度控制。
    1.2 实验原料  为尽量使实验情况接近生产情况,使实验结果易于在生产中直接应用,绝大多数原料采用工业品。
    1.3 实验步骤  将一种或数种添加剂一次或分几次加入到一份或两份酒精溶液中,进行加热和控制温度,直至所有固体都彻底溶解。溶解之后,若只是一种溶液则进行自然冷却、固化即可。若是两份溶液,则趁热混合,再自然冷却使之固化。
    以硬脂酸钠为固化剂,采用两步法制备固体酒精的实验步骤如下:
    取含量95%的工业酒精100g,加入13g硬脂酸,在四口烧瓶中加热搅拌,维持温度在60℃,直至硬脂酸完全溶解。时间大约需要40分钟。在另一烧瓶中加入酒精84g,NaOH 2g,在同样温度下加热搅拌,直至NaOH完全溶解。然后,将两份溶液趁热混合均匀,自然冷却后得均匀一致、几乎透明的固体酒精。
    以醋酸钙、硝化纤维和乙基羧基乙基纤维素为固化剂制备固体酒精的实验步骤与上述操作基本相同,不再赘述。
    1.4 实验原理   硬脂酸与氢氧化钠混合后将发生下列反应:
      C17 H35 COOH + NaOH =  C17 H35 COONa + H2 O
反应生成的硬脂酸钠是一个长碳链的极性分子,室温下在酒精中不易溶。在较高的温度下,硬脂酸钠可以均匀地分散在液体酒精中,而冷却后则形成凝胶体系,使酒精分子被束缚于相互连接的大分子之间,呈不流动状态而使酒精凝固,形成了固体状态的酒精。
    2.结果与讨论
    2.1 不同固化剂制得的固体酒精的比较
    我们对上述几种固化剂分别作了实验。结果表明,使用这几种固化剂都可以制备出固体酒精。但制备工艺、产品性能及成本上还是有差别的。具体分析如下:
    以醋酸钙为固化剂操作温度较低,在40~50℃即可。但制得的固体酒精放置后易软化变形,最终变成糊状物。因此储存性能较差,不宜久置。
    以硝化纤维为固化剂操作温度也在40~50℃,但尚需用乙酸乙酯和丙酮溶解硝化纤维,致使成本提高。制得的固体酒精燃烧时可能发生爆炸,故安全性较差。
    以乙基羧基乙基纤维素为固化剂虽制备工艺并不复杂,但该固化剂来源困难,价格较高,不易推广使用。
    使用硬脂酸和氢氧化钠作固化剂原料来源丰富,成本较低,且产品性能优良。因此我们重点研究了使用该种固化剂时各种因素对产品性能和质量的影响。
    2.2 加料方式的影响
    我们在相同的温度(60℃)下比较了三种不同的加料方式,即A.将固体硬脂酸和固体氢氧化钠同时加入酒精中,然后加热搅拌。这种加料方式较为简单,称为一步法。加料后开始加热,5 min.后便有部分酒精开始固化,固化的酒精包在固体硬脂酸和固体氢氧化钠的周围,阻止了两种固体的溶解的反应的进一步进行,因而延长了反应时间和增加了能耗。最终溶解并反应完全需要6 0min. 以上的时间 B.先将硬脂酸在酒精中加热溶解,再加入固体氢氧化钠。这样,反应情况比方式A明显好转,但因先后两次加热溶解,需45min. 以上方可反应完全,生产周期较长。因此,我们采用两步法,即方式C.将硬脂酸和氢氧化钠分别在两份酒精中加热溶解,然后趁热混合,这样反应所用的时间较短,只需30min.即可完成溶解的反应过程,产品的质量也较好。
    2.3 温度的影响
    以硬脂酸钠为固化剂,在上述条件下将两份溶液混合。混合时温度影响的实验结果如表1所述。
               表1   温度的影响
      温度/℃       现          象
        20             硬脂酸不能完全溶解。
        30        混合后立即生成固体酒精。
        40        同上。
        50        混合后有少量固体酒精生成。
        60        混合后不立刻生成固体酒精。
        70        同上。
    通过上述实验结果,很容易看出,在温度很低时由于硬脂酸不能完全溶解,因此无法制得固体酒精。在30℃时,硬脂酸可以溶解,但需要较长的时间。且两液混合后立刻生成固体酒精,由于固化速度太快,致使生成的产品均匀性差。随着温度的升高,固化的产品均匀性越来越好。在60℃时,两液混合后并不立该产生固化,因此可以使溶液混合的非常均匀,混合后在自然冷却的过程中,酒精不断地固化,最后得到均匀一致的固体酒精。虽然在70℃时所制得的产品外观亦很好,但该温度接近酒精溶液的沸点,酒精挥发速度太快,因此不宜选用该温度。
    从实验结果来看,60℃是较为理想的温度。这时,硬脂酸的溶解速度较快,而酒精的挥发不是太快,产品的外观均匀一致,几乎是透明的。
    2.4 硬脂酸与HaOH配比的影响
    在两份溶液混合后,硬脂酸与氢氧化钠将进行酸碱中和反应。理论上,进行该反应硬脂酸与氢氧化钠的质量比为7.1:1。考虑到硬脂酸的价格为7200元/吨,而氢氧化钠仅为1800元/吨,为使硬脂酸尽量反应完全,氢氧化钠应稍微过量。实验发现硬脂酸与氢氧化钠配比的不同主要影响固体酒精燃烧后剩余残渣的量,其实验结果见表2。
     表2.硬脂酸与氢氧化钠不同配比对燃烧残渣量的影响
       硬脂酸:NaOH       燃烧残渣(%)
           3:1                  1.14
           3:0.75                0.89
           3:0.6             0.74
           3:0.5             0.64
           3:0.46                0.59
从表中数据不难看出,随着NaOH比例的增加燃烧残渣量也不断增大。因此,NaOH的量不宜过量很多。我们取3:0.46也就是硬脂酸:NaOH=6.5:1。这时,酒精的凝固程度较好,产品透明度高,燃烧残渣少,燃烧热值高。
    2.5 硬脂酸加入量的影响
    硬脂酸加入量的多少直接影响固体酒精的凝固性能。目前,大部分市售的固体酒精在点燃后即变为液体。因此,必须放在铁制容器内燃烧,且易流淌,不安全。能否使固体酒精在燃烧时仍保持固体状态呢?实验表明是完全可以的。这可以通过改变硬脂酸的添加量来实现。硬脂酸的添加量对酒精凝固性能影响的实验结果见表3。
      表3.硬脂酸的添加量对酒精凝固性能的影响
      硬脂酸的量    燃烧现象             出现熔化的
        W(%)                                     时间(秒)
          3        熔化、流淌               〈5     
          4              熔化、流淌        〈5     
          5        熔化、流淌              5 ~ 10  
          6        少量熔、淌             15 ~ 20  
          6.5        不熔化                    ∞     
    表中数据可以看出,在硬脂酸含量达到6.5%以上时,就可以使制成的固体酒精在燃烧时仍然保持固体状态。这样大大提高了固体酒精在使用时的安全性,同时可以降低成本,在某些场合可以使用塑料袋包装代替铁桶或塑料桶的包装。特别是在野外作业或旅游时,可以直接将固体酒精放在铁板或砖块上燃烧而不必盛于铁桶内,用起来特别方便。
    当增加了硬脂酸的用量后,固体酒精在燃烧时会有一层不易燃烧的硬膜生成,阻止了酒精的流淌,而保持了酒精的固体形态。


 楼主| 发表于 2016-3-16 14:40:02 | 显示全部楼层
    2.6 其它添加剂的影响
    2.6.1 石蜡的影响
    石蜡在常温下为固体,且为烃类化合物,易燃,很容易使人想到加入石蜡来提高和改善固体酒精的性能。通过实验我们发现石蜡确实能提高固体酒精的硬度,但加入石蜡后,燃烧时有黑烟冒出,且有石蜡的气味。因此,加入石蜡的固体酒精不适合于室内使用。
    2.6.2 硝酸铜的影响
    酒精在燃烧时火焰基本无色,而固体酒精由于加入了NaOH,钠离子的存在使燃烧时的火焰为黄色。若加入0.5%的硝酸铜,固体酒精的各项指标基本不受影响,但燃烧时火焰变为蓝色。可以选择不同的盐类,加入到固体酒精中去得到不同颜色的火焰,增加燃烧时的美感。
    2.7 产品的测试
    外观:半透明固体,均匀一致,无液体渗出。
    熔点: 52℃,可以保证在夏季储存不软化,不流淌。
    燃烧状态:燃烧时仍呈固体状态,不流淌,无黑烟,无异味。
    燃烧时间:取150g置于Φ70×50mm铁桶内,点燃后可持续燃烧114分钟。
    3.结论
    以硬脂酸钠为凝固剂,采用两步法制备工艺,在60℃时进行反应,酒精:硬脂酸:氢氧化钠的最佳比例为92.5:6.5:1时,可以制得性能优良的固体酒精。
    所制得的固体酒精熔点为52℃,储存时不软化,不流淌;燃烧时无黑烟,无异味。燃烧持续时间长且燃烧时仍保持固体状态。
    通过添加少量无机盐类可以改变火焰的颜色。
    生产工艺简单,易于实现工业化生产。经在济南和肥城两地进行小规模生产,说明该工艺是切实可行的。(张忠诚     催健     薛斌)
固体酒精的制作  
实验目的
    由于液体酒精携带不便,易流出容器造成危险,可以将酒精制成豆腐一样的块状固体。然后将其储存在铁罐中。使用时将固体酒精用火柴直接点燃。较液体酒精安全且携带安全。
实验原理
    固体酒精并不是固体状态的酒精(酒精的熔点很低,是-117.3℃,常温下不可能是固体),而是醋酸钠与酒精形成的凝胶。
    醋酸钠易溶于水而难溶于酒精,当两种溶液相混合时,醋酸钠在酒精中成为凝胶析出。液体便逐渐从浑浊到稠厚,最后凝聚为一整块,就得到固体酒精。
实验装置及药品
药品:醋精(30% CH3COOH 溶液),工业酒精(95% C2H5OH 溶液),食用纯碱(Na2CO3)
装置:试管(可用耐热的玻璃容器代替),酒精灯(可用蜡烛代替),玻璃棒(可用塑料笔杆代替),火柴
实验步骤
 步骤 操作 备注
(1) 将纯碱制成热的饱和溶液
(2) 将醋精慢慢加入碳酸钠溶液中,直到不再产生气泡为止 醋酸与碳酸钠反应生成醋酸钠、水、二氧化碳
(3) 将所得溶液蒸发制成饱和溶液
(4) 在溶液中慢慢加入酒精 注意:一开始酒精会剧烈沸腾,需慢慢倒入酒精
(5) 待溶液冷却后,即可得到固体酒精
(6) 将所得固体酒精盛放到铁罐中,使用时点燃即可
--  固体酒精制作技术
固体酒精适合于宾馆、家庭及野外作业者等使用,具有易点燃、火焰温度均匀、热值偏差小、携带方便等优点。
    一、原料:乙醇、硬脂酸、石蜡、氢氧化钠。
    二、配方(重量份):乙醇25,硬脂酸9,石蜡2,氢氧化钠2,水15。
    三、制备方法
    (1)在一容器内,按配方量装入1/2水量,再将配方量一半的乙醇倒入容器内,加入硬脂酸,搅匀,最后加入石蜡混匀。
    (2)将另一半水倒入另一容器,加入氢氧化钠不断搅拌,使之溶解后,加入(1)步骤之混合物内,再加入剩余的乙醇搅匀,注入成形的模具中,即得固体酒精燃料。
    使用时,直接用火柴点燃即可。
    作者单位:吉林白山市林业科研所
固体酒精的制作
    液体酒精携带不便,易流出容器造成危险,故可将其制成豆腐状固体,然后将其储存在铁罐中,使用时可将固体酒精用火柴直接点燃。固体酒精比液体酒精安全且携带更为安全。
    固体酒精并不是固体状态的酒精。酒精的熔点很低,为-117.3℃,常温下酒精不可能是固体,而固体酒精是醋酸钠与酒精形成的凝胶。
醋酸钠易溶于水而难溶于酒精,当两种溶液相混合时,醋酸钠在酒精中成为凝胶析出。液体便逐渐从浑浊到粘稠,最后凝聚为一整块,就得到固体酒精。
那么固体酒精是怎样制作的呢?
固体酒精制作的实验:
一、实验装置及药品(可为家庭小实验)
药品:醋精(30% CH3COOH溶液),工业酒精(95% C2H5OH溶液),食用纯碱(Na2CO3);
装置:试管(或家用玻璃容器),酒精灯(或蜡烛),玻璃棒(或塑料笔杆),火柴。
二、实验步骤
(1) 将纯碱加热,制成热的饱和溶液;
(2) 将醋精慢慢加入碳酸钠溶液中,直到不再产生气泡为止(醋酸与碳酸钠反应生成醋酸钠、水、二氧化碳);
(3) 将所得溶液蒸发制成饱和溶液;
(4) 在溶液中慢慢加入酒精(注意:一开始酒精会剧烈沸腾,需慢慢倒入酒精);
(5) 待溶液冷却后,即可得到固体酒精;
(6) 将所得固体酒精盛放到铁罐中,使用时点燃即可。
--自己制作固体酒精燃料
以前上学的时候化学老师教的,多年过去后别的知识都还回去了,这应该算剩下不多的能用得着的东西了,街上有固体酒精卖的,价格也不贵,不过自己能做当然也是一种乐趣,感兴趣的朋友可以照着做做看:工业酒精500毫升(纯度尽量选高些的,别去买浙江人开的杂货铺里那种,掺水太多还有怪味,找个化工商店去买)、硬脂酸50克(化工商店有卖去问就知道了白白的那种,没有毒的别担心)、氢氧化钠12克(这东西应该不用解释了吧也在化工商店里有,顺便就都买齐了)。
制作过程:杯子一个,加入酒精和硬脂酸,把杯子放在水里加热,看清楚了哦,是把杯子放在水里加热,哪个猪头要是把杯子直接放火上或者微波炉里加工着了火燎了毛烧成非洲野人可别告我啊,再用个小杯子把氢氧化钠加点水溶了,把小杯子也放热水里加热,等两个杯子里的溶液都到60度左右时,把小杯子里的溶液倒入大杯子里,并不断搅拌混匀,趁热将混合液倒入铁盒子里,冷却就是固体酒精燃料了,很好用的,一点就着,无烟无灰无剩渣,我用剪了顶的拉罐桶直接装,平时用保鲜膜封起口来以免酒精挥发,出去玩就带上几个配合气罐一起用,方便实惠。在家用它煮个火锅烧个锅仔又干净又卫生。
制作的时候酒精只要不遇明火一般很安全的,现在有电磁灶做起来就更安全了,各位如果有兴趣可以自己先做少量试试找找感觉,如还有问题可留贴大家探讨。

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