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具有良好的溶解性且低毒價廉，所以其被廣泛地應用于醫(yī)藥、農藥、食品、印染等行業(yè)［1］。

二氯甲烷作為溶劑在化學反應中起到分散、稀釋、導熱、仰制反應等重要作用，對于需回收使用二氯甲烷且對水分要求嚴格的生產過程,其脫水必不可少。目前，國內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，在塔底得到去水二氯甲烷。該法適用于大規(guī)模的生產且能耗較高。（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，極易影響產品質量；同時硫酸脫水后生成稀硫酸，對設備的防腐要求較高。（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一步觀察其對二氯甲烷中水分的脫除效果及最終所能達到的脫水極限值，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，氫氧化鈉溶液的質量分數(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量濃度不斷降低；但當氫氧化鈉溶液質量分數(shù)達48.43%以上時,二氯甲烷中的水分含量下降緩慢；氫氧化鈉溶液的質量分數(shù)達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)當氫氧化鈉質量分數(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；當溶液中氫氧化鈉的質量分數(shù)達34%時，分層發(fā)生變化，氫氧化鈉溶液置于底層，且隨其質量分數(shù)升高分層明顯加快。以氫氧化鈉溶液的質量分數(shù)為橫坐標，二氯甲烷的脫水效果為縱坐標作圖，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，在氫氧化鈉的質量分數(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種液體的分層轉換點。低質量分數(shù)的氫氧化鈉溶液密度小，因此其浮于二氯甲烷的上層；當氫氧化鈉質量分數(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 不同質量分數(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，伴隨氫氧化鈉質量分數(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，并能夠滿足水分質量濃度不低于60 mg/L的使用場合的需求，生產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，將加大生產推廣和應用的意義。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量分數(shù)；再將分離出的低質量分數(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量分數(shù)；以此類推。氫氧化鈉質量分數(shù)達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量分數(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量濃度達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行連續(xù)循環(huán)套用，直至最后溶液中氫氧化鈉質量分數(shù)達20%左右再移出，則固體氫氧化鈉的脫水能力可達4 g/g。

采用氫氧化鈉對二氯甲烷進行脫水，同時需注意以下幾點：（1）要對脫水的二氯甲烷進行充分分水，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，夏季應考慮降溫以防止二氯甲烷揮發(fā)造成的損失。