共沸精餾提濃稀甲酸溶液

劉濤

摘要：在草甘膦的生產(chǎn)過程中有大量的含甲醛廢水產(chǎn)生，通過一定的處理方法可以將甲醛定向氧化為甲酸溶液，通過共沸精餾可以將低濃度甲酸溶液提濃，這樣既可以減少環(huán)境污染，又可以創(chuàng)造經(jīng)濟價值，本文通過實驗驗證了共沸精餾提濃稀甲酸溶液的可行性。

關鍵詞：共沸精餾甲酸1，2-二氯乙烷

甲酸是基本有機化工原料之一，廣泛用于農(nóng)藥、皮革、染料、醫(yī)藥和橡膠等工業(yè)。甲酸可直接用于織物加工、鞣革、紡織品印染和青飼料的貯存，也可用作金屬表面處理劑、橡膠助劑和工業(yè)溶劑。在有機合成中用于合成各種甲酸酯、吖啶類染料和甲酰胺系列醫(yī)藥中間體[1-3]。在農(nóng)藥草甘膦的生產(chǎn)的過程中會有大量的含甲醛廢水產(chǎn)生，通過一定方法可以將甲醛氧化為甲酸，而此時得到的稀甲酸溶液仍沒有應用價值，再者由于甲酸和水形成共沸物，因此傳統(tǒng)的蒸餾方法不能將水和甲酸分離，若要得到高濃度的甲酸溶液，需要選用特殊的精餾方法。

共沸精餾法是利用共沸劑將分析系統(tǒng)中的一種或幾種物質(zhì)帶出系統(tǒng)，從而達到分離的目的，所謂共沸劑是指能和分離系統(tǒng)中的一種或幾種物質(zhì)形成共沸物的物質(zhì)，在精餾過程中共沸劑將以共沸物的形式從塔頂蒸出，塔釜則得到濃度較高的產(chǎn)物[4-5]。

本文選擇1，2-二氯乙烷和甲苯作為共沸劑，通過共沸精餾將共沸劑和水作為餾分蒸出，再將餾分中共沸劑和水分離，共沸劑回到系統(tǒng)中繼續(xù)使用，水的水質(zhì)較好，可用作它用。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

經(jīng)預處理后的稀甲酸溶液，甲酸含量約10%

1，2-二氯乙烷，甲苯，分析純

實驗室精餾裝置一套

1.2 實驗方法

將一定量的10%的甲酸稀溶液加到四口燒瓶中，同時加入對應比例的共沸劑和少許沸石，用水浴鍋加熱進行實驗，蒸出的餾分將水分離后，共沸劑回到系統(tǒng)中繼續(xù)使用，定時取樣，分析餾出水的甲酸含量和底液中的甲酸含量，當精餾柱頂部的溫度呈上升趨勢時，停止試驗，檢測餾分水和底液中的甲酸含量，做好物料衡算。

2 結果與討論

2.1 共沸劑的種類

選用1，2-二氯乙烷和甲苯作為共沸劑分別進行實驗，共沸劑的投加量分別是處理廢水質(zhì)量的60%。共沸劑投加量探索的實驗條件為：原液甲酸含量為13.18%，精餾柱高度為三個精餾柱串聯(lián)，實驗結果如下：

表1不同共沸劑對精餾效果的影響

[原水

質(zhì)量

(g)

550.3

350.0

共沸劑

種類

二氯乙烷

甲苯

共沸劑投加質(zhì)量(g)

348.6

208.6

精餾柱

頂部溫

度(℃)

72.0

85

餾分

質(zhì)量

(g)

439.3

305.2

餾分中

甲酸含

量(%)

2.65

4.88

底液中

甲酸含

量(%)

54.46

38.78

甲酸

回收

率(%)

82.44

62.38

共沸劑

回收率

(%)

90.68

97.5]

從表1可以看出，1，2-二氯乙烷和水的共沸點比較低，餾分中的甲酸含量比較低，而甲苯和水的共沸點相對來說高一些，餾分中的甲酸含量也比較高；同時甲苯作為夾帶劑時，但底液中的甲酸含量為38%左右時，精餾柱頂部的溫度會突然上升，致使餾分中的甲酸含量突然較高。雖然1，2-二氯乙烷的回收率較甲苯來說低一些，帶水率也較甲苯低一些，但是本實驗的目的是回收溶液中的甲酸，所以下面的實驗選用1，2-二氯乙烷作為共沸劑。

2.2 共沸劑的投加量

選用三個比例進行實驗，共沸劑的投加質(zhì)量分別為處理廢水質(zhì)量的80%，60%，40%。共沸劑投加量探索的實驗條件為：共沸劑選用1，2-二氯乙烷，原液甲酸含量為13.18%，精餾柱高度為三個精餾柱串聯(lián)，恒溫水浴鍋設定溫度為76℃，實驗結果如下：

表2共沸劑的投加量對精餾效果的影響

[原水

質(zhì)量

（g）

254.9

550.3

687.9

共沸劑投加質(zhì)量（g）

207.6

348.6

276.2

精餾柱頂部溫度（℃）

72.0

72.0

72.0

餾分

質(zhì)量

（g）

196.1

439.3

528.8

餾分中甲酸含量（%）

2.42

2.65

2.93

底液中甲酸含量（%）

50.83

54.46

37.12

甲酸回收率（%）

83.21

82.44

76%

共沸劑回收率（%）

101.7

90.68

80.02]

由表2可知，隨著共沸劑投加比例的降低，底液中的甲酸含量和甲酸、共沸劑的回收率也呈現(xiàn)下降趨勢，但是餾分中甲酸的含量呈現(xiàn)上升趨勢。另外結合實驗現(xiàn)象，當共沸劑的投加比例較低時，餾分中共沸劑和水的分離效果較低，需要較長時間才能有效的分離，所以實驗選用共沸劑的投加量定位60%。

2.3 原液甲酸濃度對精餾效果的影響

選用了三個甲酸濃度進行實驗，原液甲酸濃度對精餾效果探索的實驗條件為：共沸劑選用1，2-二氯乙烷，原液甲酸含量為13.18%，共沸劑投加量為廢水質(zhì)量的60%，精餾柱高度為三個精餾柱串聯(lián)，恒溫水浴鍋設定溫度為76℃，實驗結果如下：

由表3可知，原液的甲酸濃度對精餾的效果不大，影響較大的是能耗問題。原液的甲酸濃度越低，提濃到一定濃度所需要脫除的水分越多，能耗也就越高。所以綜合考慮共沸精餾一般用于提濃大于10%的甲酸溶液。

3 結論

3.1 甲苯和1，2-二氯乙烷比較，后者比較適合用作共沸劑。

3.2 1，2-二氯乙烷作為夾帶劑提濃稀甲酸時，共沸劑的投加量一般為處理水量的60%。

3.3 原液的甲酸濃度對精餾的效果不大，但是原液甲酸濃度越低，提濃到一定濃度所需要的能耗越高，所以共沸精餾一般用于處理10%濃度以上的甲酸溶液。

3.4 1，2-二氯乙烷只能將甲酸溶液提濃至50%左右，若需要再提濃，需要采用其他的辦法，如氯化鈣干燥等。

參考文獻：

[1]張運命，唐亞賢，劉幽燕等.廢水中甲酸萃取回收的研究[J].化工環(huán)保，1996，16(1):3-7.

[2]孫博，劉春江.間歇共沸精餾提純低濃度甲酸溶液[J].化工進展，2011，30:244-248.

[3]張曉娟，唐麗華，陳恩之等.一種從有機廢水中獲取甲酸的方法[J].環(huán)境污染與防治，2006，28(4):302-305.

[4]Erich Krell.Handbook of Laboratory Distillation[M].Amsterdam，Elsevier，1982.

[5]陳洪鈁.基本有機化工分離工程[M].北京：化學工業(yè)出版社，1985.