氫氧化鈉對二氯甲烷脫水性能的研究

沈德智 孫靜 劉惠興 于恩魁

1蘇州浩波科技股份有限公司 （江蘇蘇州 215632）

2辰科化工（張家港）有限公司 (江蘇蘇州 215632）

二氯甲烷（DCM）為無色透明、易揮發(fā)的液體，微溶于水,易溶于酒精、乙醚等有機溶劑，有類似醚類的氣味，沸點為39.8℃，相對分子質(zhì)量為84.9，比重為1.33，微毒，不易燃燒，但蒸汽與高濃度的氧會形成爆炸性混合物。由于二氯甲烷對諸多物質(zhì)具有良好的溶解性且低毒價廉，所以其被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品、印染等行業(yè)［1］。

二氯甲烷作為溶劑在化學(xué)反應(yīng)中起到分散、稀釋、導(dǎo)熱、仰制反應(yīng)等重要作用，對于需回收使用二氯甲烷且對水分要求嚴(yán)格的生產(chǎn)過程,其脫水必不可少。目前，國內(nèi)二氯甲烷脫水的方法主要有：（1）共沸精餾法。二氯甲烷與水共沸后在塔頂冷凝分水，二氯甲烷則回流塔內(nèi)，在塔底得到去水二氯甲烷。該法適用于大規(guī)模的生產(chǎn)且能耗較高。（2）硫酸脫水法。該法簡便易行，但由于硫酸和二氯甲烷易生成亞硫酰氯并釋放游離氯，極易影響產(chǎn)品質(zhì)量；同時硫酸脫水后生成稀硫酸，對設(shè)備的防腐要求較高。（3）無水氯化鈣脫水法。由于氯化鈣吸水性低且更換脫水劑困難等弊端，該法通常不被廠家所采用。（4）分子篩脫水法。分子篩是一種高效有選擇性的超微型脫水劑，通過幾分鐘至幾小時的接觸可有效去除二氯甲烷中的水分，其成本約為0.4元/kg［2］；但分子篩吸水飽和后仍需進(jìn)行再生脫水，增加了處理難度和費用。本研究以固體氫氧化鈉作為脫水劑，經(jīng)循環(huán)接觸有效去除二氯甲烷中的水分，通過實驗進(jìn)一步研究其對二氯甲烷中水分的脫除效率和脫除極限。

1 實驗原理

利用固體氫氧化鈉溶解吸水的原理來吸除二氯甲烷中的水分，吸水后的氫氧化鈉溶解為液體，經(jīng)分層后排出。

2 實驗步驟

（1） 取若干含有飽和水的二氯甲烷，采用卡爾費休儀測定其含水量；

（2）將含有飽和水的二氯甲烷置于帶攪拌的圓底燒瓶中，并將燒瓶放空采用油封進(jìn)行空氣隔離；

（3） 稱取一定量固體氫氧化鈉待用；

（4）開啟燒瓶上的攪拌并在不斷攪拌的條件下加入固體氫氧化鈉；

（5） 攪拌若干時間后取樣，靜置15 min；

（6） 取二氧甲烷并測定其含水量；

（7） 取氫氧化鈉溶液測定其含水量。

3 實驗部分

3.1 固體氫氧化鈉對二氯甲烷中水分的脫除

參照以上實驗步驟，取1 500 mL水分質(zhì)量濃度為2 200 mg/L的二氯甲烷，并向二氯甲烷溶液中加入0.5 g固體氫氧化鈉，攪拌靜置15 min后取樣分析，以觀察氫氧化鈉對二氯甲烷中水分的脫除效果及效率；然后不斷增加氫氧化鈉的加入量以進(jìn)一步觀察其對二氯甲烷中水分的脫除效果及最終所能達(dá)到的脫水極限值，直至加入的固體氫氧化鈉不再溶解。實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 氫氧化鈉對二氯甲烷中水分的脫除效果及脫水極限

由表1中實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：隨固體氫氧化鈉加入量的不斷增加，氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增加，其脫水效率也在不斷提升，二氯甲烷中水分的質(zhì)量濃度不斷降低；但當(dāng)氫氧化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)48.43%以上時,二氯甲烷中的水分含量下降緩慢；氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)52%以上時有明顯的固體氫氧化鈉存在，表明此時氫氧化鈉溶液已飽和。實驗中發(fā)現(xiàn)當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于30%時，氫氧化鈉溶液浮于二氯甲烷的上層，且分層較慢；當(dāng)溶液中氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)34%時，分層發(fā)生變化，氫氧化鈉溶液置于底層，且隨其質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高分層明顯加快。以氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，二氯甲烷的脫水效果為縱坐標(biāo)作圖，如圖1所示。可以更清晰地看出氫氧化鈉對二氯甲烷的脫水效率和脫水極限，脫水極限線和脫水效率線均有一個拐點，在氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在34%附近，此時剛好是2種液體密度最為接近的時候，說明在實驗溫度下該點是2種液體的分層轉(zhuǎn)換點。低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉溶液密度小，因此其浮于二氯甲烷的上層；當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于34%時，其溶液密度大于二氯甲烷的密度，因此沉入底層。

圖1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)氫氧化鈉溶液對二氯甲烷的脫水趨勢

通過以上實驗可知，氫氧化鈉可以有效去除二氧甲烷中的水分，在氫氧化鈉溶液飽和前，伴隨氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高其脫水極限不斷上升，但脫水效率也不斷下降。

3.2 氫氧化鈉溶液的循環(huán)使用

鑒于氫氧化鈉能有效地去除二氯甲烷中的水分，并能夠滿足水分質(zhì)量濃度不低于60 mg/L的使用場合的需求，生產(chǎn)中利用該方法具有切實可行性；但氫氧化鈉的脫水能力僅約為1 g/g，若能有效提高單位氫氧化鈉的脫水能力，將加大生產(chǎn)推廣和應(yīng)用的意義。由表1數(shù)據(jù)來看，得到含水60 mg/L的二氯甲烷的同時得到52%左右的飽和氫氧化鈉溶液，這種飽和氫氧化鈉溶液依然具有較強的脫水能力，若能再次利用將可減少氫氧化鈉的用量，依此思路，設(shè)計實驗如下：

將3.1所得52%氫氧化鈉飽和溶液再次加入到含有飽和水的1 500 mL二氯甲烷中，攪拌20 min后分別取樣分析二氧甲烷中的含水量和氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；再將分離出的低質(zhì)量分?jǐn)?shù)氫氧化鈉溶液加入到含有飽和水的1 500 mL二氯甲烷中，攪拌20 min后分別取樣分析二氧甲烷中的含水量和氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；以此類推。氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)20%左右時對含水2 200 mg/L的二氯甲烷不再具備吸水能力，向52%氫氧化鈉溶液處理后的二氯甲烷再加入過量的固體氫氧化鈉，依然能夠獲得水分質(zhì)量濃度為60 mg/L的二氯甲烷。

由上述實驗可得出：若能將氫氧化鈉溶液循環(huán)套用，排出溶液的氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至20%，那么氫氧化鈉的脫水能力將由1 g/g上升到4 g/g，同時仍不影響最終二氯甲烷的含水量，這將大大降低二氯甲烷的脫水費用。

4 結(jié)論

氫氧化鈉可以有效去除二氧甲烷中的水分：在形成的氫氧化鈉溶液飽和前，隨著氫氧化鈉加入量的增加，其脫水極限不斷上升，但脫水效率隨之下降。采用氫氧化鈉作為二氯甲烷的脫水劑，其脫水的最高極限為殘留水分質(zhì)量濃度為60 mg/L，若對水分有更高的要求，該方法將不再可取；對于痕量的水分去除，可采用NaA沸石膜滲透蒸發(fā)法［3］。采用簡單的方法并保證二氯甲烷中水分質(zhì)量濃度達(dá)60 mg/L時，固體氫氧化鈉的脫水能力約為1 g/g，若能對氫氧化鈉溶液進(jìn)行連續(xù)循環(huán)套用，直至最后溶液中氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)20%左右再移出，則固體氫氧化鈉的脫水能力可達(dá)4 g/g。

采用氫氧化鈉對二氯甲烷進(jìn)行脫水，同時需注意以下幾點：（1）要對脫水的二氯甲烷進(jìn)行充分分水，除去其中的懸浮水；（2）脫水后的二氯甲烷仍有足夠時間進(jìn)行靜置分層，以消除懸浮在二氯甲烷中的氫氧化鈉溶液；（3）氫氧化鈉去水是個放熱過程，夏季應(yīng)考慮降溫以防止二氯甲烷揮發(fā)造成的損失。