氢氧化钠对二氯甲烷脱水性能的研究

沈德智 孙静 刘惠兴 于恩魁

1苏州浩波科技股份有限公司 （江苏苏州 215632）

2辰科化工（张家港）有限公司 (江苏苏州 215632）

二氯甲烷（DCM）为无色透明、易挥发的液体，微溶于水,易溶于酒精、乙醚等有机溶剂，有类似醚类的气味，沸点为39.8℃，相对分子质量为84.9，比重为1.33，微毒，不易燃烧，但蒸汽与高浓度的氧会形成爆炸性混合物。由于二氯甲烷对诸多物质具有良好的溶解性且低毒价廉，所以其被广泛地应用于医药、农药、食品、印染等行业［1］。

二氯甲烷作为溶剂在化学反应中起到分散、稀释、导热、仰制反应等重要作用，对于需回收使用二氯甲烷且对水分要求严格的生产过程,其脱水必不可少。目前，国内二氯甲烷脱水的方法主要有：（1）共沸精馏法。二氯甲烷与水共沸后在塔顶冷凝分水，二氯甲烷则回流塔内，在塔底得到去水二氯甲烷。该法适用于大规模的生产且能耗较高。（2）硫酸脱水法。该法简便易行，但由于硫酸和二氯甲烷易生成亚硫酰氯并释放游离氯，极易影响产品质量；同时硫酸脱水后生成稀硫酸，对设备的防腐要求较高。（3）无水氯化钙脱水法。由于氯化钙吸水性低且更换脱水剂困难等弊端，该法通常不被厂家所采用。（4）分子筛脱水法。分子筛是一种高效有选择性的超微型脱水剂，通过几分钟至几小时的接触可有效去除二氯甲烷中的水分，其成本约为0.4元/kg［2］；但分子筛吸水饱和后仍需进行再生脱水，增加了处理难度和费用。本研究以固体氢氧化钠作为脱水剂，经循环接触有效去除二氯甲烷中的水分，通过实验进一步研究其对二氯甲烷中水分的脱除效率和脱除极限。

1 实验原理

利用固体氢氧化钠溶解吸水的原理来吸除二氯甲烷中的水分，吸水后的氢氧化钠溶解为液体，经分层后排出。

2 实验步骤

（1） 取若干含有饱和水的二氯甲烷，采用卡尔费休仪测定其含水量；

（2）将含有饱和水的二氯甲烷置于带搅拌的圆底烧瓶中，并将烧瓶放空采用油封进行空气隔离；

（3） 称取一定量固体氢氧化钠待用；

（4）开启烧瓶上的搅拌并在不断搅拌的条件下加入固体氢氧化钠；

（5） 搅拌若干时间后取样，静置15 min；

（6） 取二氧甲烷并测定其含水量；

（7） 取氢氧化钠溶液测定其含水量。

3 实验部分

3.1 固体氢氧化钠对二氯甲烷中水分的脱除

参照以上实验步骤，取1 500 mL水分质量浓度为2 200 mg/L的二氯甲烷，并向二氯甲烷溶液中加入0.5 g固体氢氧化钠，搅拌静置15 min后取样分析，以观察氢氧化钠对二氯甲烷中水分的脱除效果及效率；然后不断增加氢氧化钠的加入量以进一步观察其对二氯甲烷中水分的脱除效果及最终所能达到的脱水极限值，直至加入的固体氢氧化钠不再溶解。实验数据如表1所示。

表1 氢氧化钠对二氯甲烷中水分的脱除效果及脱水极限

由表1中实验数据可以发现：随固体氢氧化钠加入量的不断增加，氢氧化钠溶液的质量分数不断增加，其脱水效率也在不断提升，二氯甲烷中水分的质量浓度不断降低；但当氢氧化钠溶液质量分数达48.43%以上时,二氯甲烷中的水分含量下降缓慢；氢氧化钠溶液的质量分数达52%以上时有明显的固体氢氧化钠存在，表明此时氢氧化钠溶液已饱和。实验中发现当氢氧化钠质量分数低于30%时，氢氧化钠溶液浮于二氯甲烷的上层，且分层较慢；当溶液中氢氧化钠的质量分数达34%时，分层发生变化，氢氧化钠溶液置于底层，且随其质量分数升高分层明显加快。以氢氧化钠溶液的质量分数为横坐标，二氯甲烷的脱水效果为纵坐标作图，如图1所示。可以更清晰地看出氢氧化钠对二氯甲烷的脱水效率和脱水极限，脱水极限线和脱水效率线均有一个拐点，在氢氧化钠的质量分数在34%附近，此时刚好是2种液体密度最为接近的时候，说明在实验温度下该点是2种液体的分层转换点。低质量分数的氢氧化钠溶液密度小，因此其浮于二氯甲烷的上层；当氢氧化钠质量分数高于34%时，其溶液密度大于二氯甲烷的密度，因此沉入底层。

图1 不同质量分数氢氧化钠溶液对二氯甲烷的脱水趋势

通过以上实验可知，氢氧化钠可以有效去除二氧甲烷中的水分，在氢氧化钠溶液饱和前，伴随氢氧化钠质量分数升高其脱水极限不断上升，但脱水效率也不断下降。

3.2 氢氧化钠溶液的循环使用

鉴于氢氧化钠能有效地去除二氯甲烷中的水分，并能够满足水分质量浓度不低于60 mg/L的使用场合的需求，生产中利用该方法具有切实可行性；但氢氧化钠的脱水能力仅约为1 g/g，若能有效提高单位氢氧化钠的脱水能力，将加大生产推广和应用的意义。由表1数据来看，得到含水60 mg/L的二氯甲烷的同时得到52%左右的饱和氢氧化钠溶液，这种饱和氢氧化钠溶液依然具有较强的脱水能力，若能再次利用将可减少氢氧化钠的用量，依此思路，设计实验如下：

将3.1所得52%氢氧化钠饱和溶液再次加入到含有饱和水的1 500 mL二氯甲烷中，搅拌20 min后分别取样分析二氧甲烷中的含水量和氢氧化钠溶液的质量分数；再将分离出的低质量分数氢氧化钠溶液加入到含有饱和水的1 500 mL二氯甲烷中，搅拌20 min后分别取样分析二氧甲烷中的含水量和氢氧化钠溶液的质量分数；以此类推。氢氧化钠质量分数达20%左右时对含水2 200 mg/L的二氯甲烷不再具备吸水能力，向52%氢氧化钠溶液处理后的二氯甲烷再加入过量的固体氢氧化钠，依然能够获得水分质量浓度为60 mg/L的二氯甲烷。

由上述实验可得出：若能将氢氧化钠溶液循环套用，排出溶液的氢氧化钠质量分数可降至20%，那么氢氧化钠的脱水能力将由1 g/g上升到4 g/g，同时仍不影响最终二氯甲烷的含水量，这将大大降低二氯甲烷的脱水费用。

4 结论

氢氧化钠可以有效去除二氧甲烷中的水分：在形成的氢氧化钠溶液饱和前，随着氢氧化钠加入量的增加，其脱水极限不断上升，但脱水效率随之下降。采用氢氧化钠作为二氯甲烷的脱水剂，其脱水的最高极限为残留水分质量浓度为60 mg/L，若对水分有更高的要求，该方法将不再可取；对于痕量的水分去除，可采用NaA沸石膜渗透蒸发法［3］。采用简单的方法并保证二氯甲烷中水分质量浓度达60 mg/L时，固体氢氧化钠的脱水能力约为1 g/g，若能对氢氧化钠溶液进行连续循环套用，直至最后溶液中氢氧化钠质量分数达20%左右再移出，则固体氢氧化钠的脱水能力可达4 g/g。

采用氢氧化钠对二氯甲烷进行脱水，同时需注意以下几点：（1）要对脱水的二氯甲烷进行充分分水，除去其中的悬浮水；（2）脱水后的二氯甲烷仍有足够时间进行静置分层，以消除悬浮在二氯甲烷中的氢氧化钠溶液；（3）氢氧化钠去水是个放热过程，夏季应考虑降温以防止二氯甲烷挥发造成的损失。