共沸精馏提浓稀甲酸溶液
2014-09-24刘涛
刘涛
摘要：在草甘膦的生产过程中有大量的含甲醛废水产生，通过一定的处理方法可以将甲醛定向氧化为甲酸溶液，通过共沸精馏可以将低浓度甲酸溶液提浓，这样既可以减少环境污染，又可以创造经济价值，本文通过实验验证了共沸精馏提浓稀甲酸溶液的可行性。
关键词：共沸精馏甲酸1，2-二氯乙烷
甲酸是基本有机化工原料之一，广泛用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业。甲酸可直接用于织物加工、鞣革、纺织品印染和青饲料的贮存，也可用作金属表面处理剂、橡胶助剂和工业溶剂。在有机合成中用于合成各种甲酸酯、吖啶类染料和甲酰胺系列医药中间体[1-3]。在农药草甘膦的生产的过程中会有大量的含甲醛废水产生，通过一定方法可以将甲醛氧化为甲酸，而此时得到的稀甲酸溶液仍没有应用价值，再者由于甲酸和水形成共沸物，因此传统的蒸馏方法不能将水和甲酸分离，若要得到高浓度的甲酸溶液，需要选用特殊的精馏方法。
共沸精馏法是利用共沸剂将分析系统中的一种或几种物质带出系统，从而达到分离的目的，所谓共沸剂是指能和分离系统中的一种或几种物质形成共沸物的物质，在精馏过程中共沸剂将以共沸物的形式从塔顶蒸出，塔釜则得到浓度较高的产物[4-5]。
本文选择1，2-二氯乙烷和甲苯作为共沸剂，通过共沸精馏将共沸剂和水作为馏分蒸出，再将馏分中共沸剂和水分离，共沸剂回到系统中继续使用，水的水质较好，可用作它用。
1 材料和方法
1.1 实验材料
经预处理后的稀甲酸溶液，甲酸含量约10%
1，2-二氯乙烷，甲苯，分析纯
实验室精馏装置一套
1.2 实验方法
将一定量的10%的甲酸稀溶液加到四口烧瓶中，同时加入对应比例的共沸剂和少许沸石，用水浴锅加热进行实验，蒸出的馏分将水分离后，共沸剂回到系统中继续使用，定时取样，分析馏出水的甲酸含量和底液中的甲酸含量，当精馏柱顶部的温度呈上升趋势时，停止试验，检测馏分水和底液中的甲酸含量，做好物料衡算。
2 结果与讨论
2.1 共沸剂的种类
选用1，2-二氯乙烷和甲苯作为共沸剂分别进行实验，共沸剂的投加量分别是处理废水质量的60%。共沸剂投加量探索的实验条件为：原液甲酸含量为13.18%，精馏柱高度为三个精馏柱串联，实验结果如下：
表1不同共沸剂对精馏效果的影响
[原水
质量
(g)
550.3
350.0
共沸剂
种类
二氯乙烷
甲苯
共沸剂投加质量(g)
348.6
208.6
精馏柱
顶部温
度(℃)
72.0
85
馏分
质量
(g)
439.3
305.2
馏分中
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
共沸剂
回收率
(%)
90.68
97.5]
从表1可以看出，1，2-二氯乙烷和水的共沸点比较低，馏分中的甲酸含量比较低，而甲苯和水的共沸点相对来说高一些，馏分中的甲酸含量也比较高；同时甲苯作为夹带剂时，但底液中的甲酸含量为38%左右时，精馏柱顶部的温度会突然上升，致使馏分中的甲酸含量突然较高。虽然1，2-二氯乙烷的回收率较甲苯来说低一些，带水率也较甲苯低一些，但是本实验的目的是回收溶液中的甲酸，所以下面的实验选用1，2-二氯乙烷作为共沸剂。
2.2 共沸剂的投加量
选用三个比例进行实验，共沸剂的投加质量分别为处理废水质量的80%，60%，40%。共沸剂投加量探索的实验条件为：共沸剂选用1，2-二氯乙烷，原液甲酸含量为13.18%，精馏柱高度为三个精馏柱串联，恒温水浴锅设定温度为76℃，实验结果如下：
表2共沸剂的投加量对精馏效果的影响
[原水
质量
（g）
254.9
550.3
687.9
共沸剂投加质量（g）
207.6
348.6
276.2
精馏柱顶部温度（℃）
72.0
72.0
72.0
馏分
质量
（g）
196.1
439.3
528.8
馏分中甲酸含量（%）
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%
共沸剂回收率（%）
101.7
90.68
80.02]
由表2可知，随着共沸剂投加比例的降低，底液中的甲酸含量和甲酸、共沸剂的回收率也呈现下降趋势，但是馏分中甲酸的含量呈现上升趋势。另外结合实验现象，当共沸剂的投加比例较低时，馏分中共沸剂和水的分离效果较低，需要较长时间才能有效的分离，所以实验选用共沸剂的投加量定位60%。
2.3 原液甲酸浓度对精馏效果的影响
选用了三个甲酸浓度进行实验，原液甲酸浓度对精馏效果探索的实验条件为：共沸剂选用1，2-二氯乙烷，原液甲酸含量为13.18%，共沸剂投加量为废水质量的60%，精馏柱高度为三个精馏柱串联，恒温水浴锅设定温度为76℃，实验结果如下：
由表3可知，原液的甲酸浓度对精馏的效果不大，影响较大的是能耗问题。原液的甲酸浓度越低，提浓到一定浓度所需要脱除的水分越多，能耗也就越高。所以综合考虑共沸精馏一般用于提浓大于10%的甲酸溶液。
3 结论
3.1 甲苯和1，2-二氯乙烷比较，后者比较适合用作共沸剂。
3.2 1，2-二氯乙烷作为夹带剂提浓稀甲酸时，共沸剂的投加量一般为处理水量的60%。
3.3 原液的甲酸浓度对精馏的效果不大，但是原液甲酸浓度越低，提浓到一定浓度所需要的能耗越高，所以共沸精馏一般用于处理10%浓度以上的甲酸溶液。
3.4 1，2-二氯乙烷只能将甲酸溶液提浓至50%左右，若需要再提浓，需要采用其他的办法，如氯化钙干燥等。
参考文献：
[1]张运命，唐亚贤，刘幽燕等.废水中甲酸萃取回收的研究[J].化工环保，1996，16(1):3-7.
[2]孙博，刘春江.间歇共沸精馏提纯低浓度甲酸溶液[J].化工进展，2011，30:244-248.
[3]张晓娟，唐丽华，陈恩之等.一种从有机废水中获取甲酸的方法[J].环境污染与防治，2006，28(4):302-305.
[4]Erich Krell.Handbook of Laboratory Distillation[M].Amsterdam，Elsevier，1982.
[5]陈洪钫.基本有机化工分离工程[M].北京：化学工业出版社，1985.
