黄原酸盐反应法脱除焦化粗苯中的二硫化碳

摘要

本文开发了一种脱除焦化粗苯中二硫化碳的方法。该方法利用二硫化碳与醇钠生成“黄药”的反应，使粗苯中的二硫化碳转化为易蒸馏脱除的黄原酸盐，随后利用生成的黄原酸盐与苯沸点差大的特点，蒸馏分离实现脱除二硫化碳的目的。
　　 第三章中，通过向粗苯、甲苯、轻苯中加入不同形式制得的醇钠，用配有FPD检测器的气相色谱仪，分析反应前后体系中二硫化碳浓度，得到二硫化碳的转化率。运用紫外分光光度法分别对二硫化碳与生成物黄原酸盐作了定性及定量分析，确定了整个化学处理过程的机理。之后，通过溶剂优化选择，确定了醇钠以醇钠-醇饱和液的形式加入，并且详细考察了处理过程中各影响因素对反应的影响。
　　 实验结果与结论如下：
　　 (1)醇钠在苯中溶解性很弱，在醇中溶解性好，所以用于脱除二硫化碳前，固体醇钠应先溶入醇中。
　　 (2)焦化粗苯中，通过加入醇钠-醇饱和液，使其中的二硫化碳与醇钠反应生成黄原酸盐的方法，脱除其中的二硫化碳是可行的，且效果明显。
　　 (3)运用该法脱除甲苯及轻苯中的二硫化碳效果明显，且加入醇钠溶解法制得的醇钠液要较直接合成法制得的醇钠液效果好。
　　 (4)采用该法脱除二硫化碳，需提前脱水，这样脱除效果更加明显，一方面醇钠会与水反应生成醇与氢氧化钠，另一方面，生成的黄原酸钠会与水反应再次生成二硫化碳。
　　 (5)在甲苯、轻苯及脱水预处理后的粗苯中，二硫化碳与甲醇钠反应的速度要较与乙醇钠反应的速度明显快。
　　 (6)紫外分析结果表明生成物是黄原酸钠，且二硫化碳与醇钠的反应是体系中的主反应。
　　 第四章中，考察了各因素对二硫化碳与乙醇钠生成乙基黄原酸钠的影响。运用单因素法，分别考察了水分质量百分数、乙醇钠与二硫化碳的摩尔浓度比、反应温度、反应时间对体系中二硫化碳转化率的影响。在已有实验数据的基础上，补充相关数据，对反应进行了L16(45)正交实验。
　　 实验结果与结论如下：
　　 (1)二硫化碳转化率随着水分质量百分数的增大而减小，水分质量百分数大于0.1％后，二硫化碳转化率明显减小；反应温度控制在室温条件下，反应时间2h，二硫化碳转化率即达到85％，提高温度，二硫化碳转化率增大并不明显；随着乙醇钠与二硫化碳摩尔浓度比的增大，二硫化碳转化率增大，摩尔比大于10后，增大趋势明显放缓。
　　 (2)正交实验极差分析结果表明，各影响因素的主次顺序为：外加水分的质量百分数>温度>反应时间>反应物摩尔浓度比，最佳反应条件为反应温度40℃，乙醇钠与二硫化碳摩尔浓度比1.49，外加水分质量百分数0.0445％，反应时间120min。
　　 (3)方差分析得到各因素对反应影响的主次顺序及反应的最佳条件，结果与极差分析结果一致。
　　 (4)通过因素实验分析结果与正交实验分析结果，得到实验条件应控制在水分质量百分数小于0.1％，反应温度20℃，乙醇钠与二硫化碳摩尔浓度比1.49，反应时间2h。
　　 第五章中，分析了二硫化碳与乙醇钠生成乙基黄原酸钠的动力学。控制反应物摩尔浓度比为1:1，得到了反应的总级数，运用孤立变数法，得到了二硫化碳与乙醇钠的反应级数。将不同温度条件下反应的速率常数，代入阿仑尼乌斯公式，得到了反应的活化能与指前因子。通过对二硫化碳主反应及相关副反应的分析，得到了二硫化碳浓度与体系中离子浓度的关系。
　　 实验结果与结论如下：
　　 (1)反应总级数n=2.5752，二硫化碳的反应级数α=1.2277，乙醇钠的反应级数β=1.3475。
　　 (2)反应的活化能Ea=69.94kJ/mol，指前因子k0=2027562156。
　　 (3)体系中二硫化碳含量与H+有关，若体系中H+浓度越大，则二硫化碳浓度越大，而H+主要是体系中水电离产生的，所以反应体系中必须严格控制体系中水分含量；体系中醇钠浓度越大，则二硫化碳浓度越小，故醇钠应较二硫化碳过量。
　　 通过以上的基础实验研究，本文最终制订了采用黄原酸盐法脱除二硫化碳的处理流程，并且用该流程以粗苯为研究对象进行了实验。