久々のDIYネタです。
エタノール消毒液を作る実験
消毒液が売ってない、或いは高騰して困ってますよね。
コロナ禍で学校がお休みなので、子供（中学生）とエタノール消毒液を作る実験をしてみました。
完成した消毒液は、キュリオケースに並べておきます。
詳細は以下であります。
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タイトルのように、焼酎を蒸留して消毒液を作ります。25度の一般的な焼酎。
でもね、結論は、焼酎よりももっとアルコール濃度が高い、ウォッカを使う方が良いです。
ただ、焼酎でもできないことはないので、ここでは焼酎を使う場合について説明します。
消毒液の材料
（１）安くてなるべく濃度が高い焼酎たくさん
（２）酒税回避のための飲めないアルコール
（１）の焼酎は、例えば、 こんなの。
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２５度４リットルで2,000円程度のもの。
この量の中に含まれるアルコール量は、800g程度でしょうか。
（２）の飲めないアルコールは、IPA（イソプロピルアルコール）を使っています。
飲めないアルコールといっても、メタノールはNGです。失明、最悪絶命します。。。
飲めないアルコールは、酒税法回避のために形式的に記載しています。
私はキュリオケース内のIPAを焼酎に数％混ぜている、、、はず。
自作蒸留装置その１
本格的な蒸留装置が家庭にある、、なんて人がいたらすごい。
化学の専門家の人でしょうね。
我が家は専門家でないので、そんなものはない。したがって、ある程度は作ります。
全体像はこんな感じ。
「キッチンの汚いところを写さないで！」と妻から苦情を受けてますが、聞かなかったことにしておきます。
蒸留で必要なことは、
蒸気が漏れないようにシールをしっかりとすること。
笛付きのやかんは、比較的蒸気が漏れにくいので、笛付きのやかんにペットボトルのキャップをアルミテープ貼り付けています。
とにかく、蒸気が漏れるとアルコールの回収率が下がる。
シール命！
次に、冷却が大切。
アルコールって、常温でもどんどん気化してしまいます。
出来上がったアルコールの気化を防ぐ、＆アルコール蒸気を確実に液体に戻すことが大切。
この例では、簡易蒸留セット（6000円ぐらいのセット）に含まれていた冷却器で蒸気を冷却し、さらに、出来上がったアルコールを氷水で冷やしています。
しっかし、この冷却器は全然ダメで、氷水の方が断然冷えます。
重量の変化を確認する
焼酎を蒸留すると、アルコールの比率が高まるので、体積の割に重量が軽くなります。
蒸留前の焼酎500ccの重量
安物のはかりですので、精度はイマイチと思われますが、なんと495gもあります。IPA入れる前の重さで。
この重さだと、７度の焼酎（水割り後？）となります。
２５度との差が腑に落ちませんが、うまみ成分がたくさん溶けているから重くなってる？と無理やり納得して蒸留してみます。
１回目の蒸溜後の焼酎500ccの重量
1回蒸溜すると、500ccあたり461g。
だいたい53～55度（vol%）のエタノール水になりました。重量換算では、45～48wt%でしょうか。
この濃度では、消毒液としては薄すぎます。
ですから、2回目の蒸留をします。
2回目の蒸溜後の焼酎500ccの重量
2回目蒸留は422g。いいかんじです。
83～86度（vol%）まで濃縮できました。重量では、77～81wt%です。
あ、濃度が90vol%を超えると、アルコール事業法いう別の法律の規制に引っ掛かるので要注意。
さて、出来上がったエタノール水溶液ですが、消毒液としてはちょっと濃いかも。
少々水で薄めて使うといいでしょう。
このように、実験は大成功！子供にも勉強になった。かな？
蒸留のグラフで検証
ここからはマニアックに。
蒸留の理論について簡単に説明します。
このグラフ
黄色のラインは、25度の焼酎を1回蒸溜すると、どのような比率の蒸気が出てくるかを示しています。
25度の焼酎は、モル分率では0.09ですので、蒸気の重量のうち、約７割がエタノール、残り約３割が水です。
ただし、これが最大の濃度。
蒸留が進むと、焼酎内のエタノールが減少し、沸点が上昇するとともに、蒸気に含まれるエタノールの割合も下がります。
９０℃では、青色のラインのように、蒸気の重量のうち、約58%がエタノール、残り約42%が水となります。つまり、どんどん蒸気の濃度が低下してくるのです。
ここで蒸溜をやめると、63wt%程度の濃度になりそう。蒸留した溶液は、1100ccぐらいになると思われます。
ただし、このとき、蒸留されずに残った液は、約3リットルあり、重量の約12%がエタノール。蒸留開始時の濃度が約20%なので、まだ半分程度しかエタノールが回収できていません。
なので、例えば赤色のラインのように、95℃まで蒸留するなどして、回収率を高める必要があります。
でも、95℃では、蒸気の重量のうち、約35%がエタノール、残り約65%が水となり、かなり薄まってしまいます。どんどん薄まって、濃い部分と薄い部分との平均で52wt%ぐらいになってしまうかと予想します。
エタノールの回収率を高くすると、濃度が極端に下がる。
それが濃度が低い25度程度の焼酎を使う欠点。
20度の焼酎なんかを使うと、もっとひどいことになります。
蒸留するならウォッカ推奨
焼酎でエタノール回収率を高めると、2回も蒸留する必要があり、面倒です。
なので消毒液を作るには、ウォッカを推奨します。（私はまだやってませんが。）
スピリタス96度のような濃度が高いウォッカでは、もちろん蒸留不要ですが、高価ですよね。
40度～50度ぐらいのウォッカであれば、低価格で遊べます。
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40度のウォッカの場合は、90℃までの1回蒸留で、85%程度のエタノールが回収できそうです。
40度のウォッカを90℃まで1回蒸留する場合、濃度は67wt%程度が期待できます。
この場合、1800ccのウォッカから、1200ccぐらいの消毒液が得られそうです。
今の消毒液が無くなったら、ウォッカで蒸留をやってみます！
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その他の自作蒸留装置
実は、蒸留は何回かやってますので、それについても紹介しておきます。
自作蒸留装置その２
自作蒸留装置その２は、8リットルの寸胴鍋に、蒸し器用の台を入れて、その上に回収用の計量カップ（中身は空のもの）を置いて…
蓋を裏向きに伏せて、冷却するという単純なもの。
加熱のスピードと冷却のスピードとを合わせる必要があり、誰でも簡単に蒸留できるけど、エタノールを得るためにはロスが大きい。
しかし、エタノールには適さないけど、手に入りにくい精製水（蒸留水）が欲しい人にはお勧めの方法かも。
少々漏れても関係ないし、水道水を加熱して冷却するだけですから、コストも関係ありません。高い精製水なんて買わなくてもよいです。
自作蒸留装置その３
自作蒸留装置その３は、一升瓶にゴム栓をして、シール性を向上させたもの。
でも、お湯で間接的に瓶を温めるので、完全にパワー不足。
瓶の口の部分までお湯に浸からないと、瓶の中だけで加熱・冷却のサイクルが完結してしまい、蒸気が外に出ませんでした。
大失敗。
その他、蒸気を通過させるチューブを天然ゴム製からシリコンチューブに変更。
耐アルコール性があるものを利用した方がよいです。
冷却はしっかりとしたいので、数ｍの長さのシリコンチューブを氷水で冷却します。
これは試作段階で未稼働なのでうまくいくかどうか、乞うご期待です。
シリコンチューブが長くなるので圧力抵抗が増えて蒸気漏れが起こりやすくなるかも知れません。
こんな感じで消毒液を求めて遊んでいます。
外出自粛の大型連休で、しかも子供と24時間一緒、なんてうんざりでありますが、子供と知的な遊びをして、楽しんではいかがでしょうか。
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