專利名稱：一種提高氫溴酸濃度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種提高氫溴酸濃度的方法。
背景技術：
氫溴酸，是溴化氫氣體溶于水的混合物，外觀表現(xiàn)為無色或淡黃色液體，具有強烈的刺激性和揮發(fā)性。工業(yè)用氫溴酸，一般是溴化氫水溶液的恒沸混合物，質量濃度在45-48%范圍，沸點在121-126°C范圍。氫溴酸是一種強酸，幾乎完全離解為H+和Br。氫溴酸是制造各種無機溴化物(如溴化鈉、溴化鈣、溴化鋰等)和某些烷基溴化物(如溴甲烷，溴乙烷等)的基本原料。在醫(yī)藥上，用以合成鎮(zhèn)靜劑，麻醉劑等醫(yī)藥用品；在礦業(yè)上，氫溴酸是一些金屬礦物的良好溶劑；在有機合成方面，氫溴酸可以作為烷氧基等化合物的分離劑、脂環(huán)烴或過氧化物的催化劑；在石油工業(yè)上可以作為烷基化催化劑；氫溴酸還 可以用于合成染料和香料。此外，氫溴酸還可作為化學分析試劑及一些溴系阻燃劑的原料。由于氫溴酸在較高濃度下具有強烈的揮發(fā)性，在工業(yè)化生產(chǎn)中很難大批量制得高濃度的氫溴酸(如在52%以上)，而在有些化學反應合成方面，可能需要用到濃度超過52%甚至更高濃度的氫溴酸，這樣，就需要設法提高氫溴酸中溴化氫的濃度，以滿足某些特殊化學反應對高濃度氫溴酸的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高氫溴酸濃度的方法，以滿足某些特殊化學反應對高濃度氫溴酸的需要。本發(fā)明采用包含以下步驟的處理方法來達到本發(fā)明的目的
(I)向較低濃度的氫溴酸中加入脫水增濃劑，在溫度10_20°C條件下使脫水增濃劑與氫溴酸中的水充分反應，制得混合物；
(2 )通過蒸餾的方式將步驟(I)制得的混合物中的氫溴酸分離出來，便可獲得較高濃度的氫溴酸；
所述脫水增濃劑為五氧化二磷或三溴化磷或者五氧化二磷和三溴化磷的混合物。所述五氧化二磷的質量加入量P1按下式(I)確定，三溴化磷的質量加入量P2按下式⑵確定;
P!=2. 63XWX (I-A^-B) XK(I);
P2= (B-A) XW+(0. 8868- 0. 6898XB) XK (2)；
W代表較低濃度的氫溴酸的質量數(shù)，A代表較低濃度的氫溴酸的質量百分比濃度值，B代表較高濃度的氫溴酸的質量百分比濃度值；K=1. 014-1. 024。所述步驟(2)中的蒸餾在-0. 05 -0. 09Mpa的負壓條件下進行，收集溫度121°C以前的餾分作為產(chǎn)品。所述脫水增濃劑與氫溴酸中的水在攪拌條件下反應15-40分鐘。五氧化二磷具有強烈的吸水性，與水反應生成磷酸，利用該性質，通過向較低濃度的氫溴酸中加入五氧化二磷可以相對減少氫溴酸中的水分，相應增加溴化氫的質量百分濃度。利用磷酸和氫溴酸兩者之間較大的沸點差，可以通過蒸餾操作而使兩種物質得到分離，獲得較高濃度的氫溴酸。五氧化二磷與水反應的化學方程式如下P205+3H20=2H3P04。由上述化學方程式可以看出一分子質量的P2O5要與三分子質量的H2O進行反應，P2O5的分子量為142, H2O的分子量為18。五氧化二磷與水反應的質量關系式如下
P205+3H20=2H3P04142 54P1 X1 ；
由上式看以得出，質量為P1的五氧化二磷消耗掉的水的質量為X1, P1與X1存在以下比例關系
142 54=Pi X1(a)；
由式(a)可得X1=SdXP1+ 142(b)。假設待提高濃度的較低濃度的氫溴酸的質量為W、質量百分比濃度為A，則HBr的含量可通過(C)式求得，水的含量可通過(d)式求得；
WXA(c);
WX (I-A)(d)。向質量為W的較低濃度的氫溴酸中加入質量為P1的五氧化二磷與水反應后，獲得了百分比濃度為B的較高濃度的氫溴酸；由式(a)可知，P1量的五氧化二磷消耗掉了的水的量為X1 ;那么加入質量SP1的五氧化二磷與水反應后獲得較高濃度的氫溴酸的總質量為W - X1，其中的HBr的含量可通過式(e)求得；
(W-X1)XB(e)。由于五氧化二磷只消耗掉了部分水，HBr的絕對量是不變的，也就是說
WXA= (W — X1) XB Cf)；
將式(b)代入式(f)，即可求得將濃度為A、質量為W的較低濃度的氫溴酸增濃為濃度為B的較高濃度的氫溴酸，需加入的五氧化二磷的量即P1理論值的計算公式；
P!=2. 63XWX (I-A^-B)(g)
考慮到實際生產(chǎn)過程中有少量的HBr會進入副產(chǎn)物磷酸中，這樣就需要適當加大五氧化二磷的量，以得到預期濃度的氫溴酸。因此需對式(g)進行修正，即對式(g)引入一個校正系數(shù)K，根據(jù)實驗，該校正系數(shù)K的取值范圍為I. 014-1. 024，式(g)經(jīng)修正后而得到式
(I)，通過式(I)計算出的五氧化二磷的量與實際生產(chǎn)的情況更加符合，修正式(g)后而得到的式(I)如下所示
P!=2. 63XWX (I-A^-B) XK(I)。三溴化磷具有強烈的吸水性，與水反應生成亞磷酸和溴化氫氣體。通過向較低質量濃度的氫溴酸中加入三溴化磷，三溴化磷與氫溴酸中的水反應，生成亞磷酸和溴化氫氣體，氫溴酸中水的相對減少，可以相應增加氫溴酸的濃度，并且生成的溴化氫氣體再溶于氫溴酸中，也會使氫溴酸濃度提高。同樣，利用氫溴酸和亞磷酸的沸點差，通過蒸餾可以實現(xiàn)氫溴酸和亞磷酸的分離，從而可獲得較高濃度的氫溴酸。三溴化磷與水反應的化學方程式如下Pfc3+3H20=H3P03+3HBr。由上述化學方程式可以看出一分子質量的三溴化磷要與三分子質量的水進行反應，生成三分子質量的HBr，三溴化磷的分子量為274，H2O的分子量為18，HBr的分子量為81。三溴化磷與水反應的質量關系式如下
PBr3 + 3H20= H3PO3 + 3HBr 27454243
P2X2Y ；
由上式可以得出，質量為P2的三溴化磷消耗掉的水的質量為X2，P2與&存在以下比例關系
274 54=P2 X2(h)；
質量為P2的三溴化磷與水反應生成HBr的質量為Y，P2與Y存在以下比例關系
274 243=P2 Y(i)；
通過式(h)可求得水的消耗量X2，通過式(i)可求得HBr的生成量Y，分別是 X2=54XP2 + 274=0. 197XP2(j)；
Y=243 X P2 + 274=0. 8868 X P2 (k)。對于質量百分比濃度為A、質量為W的較低濃度的氫溴酸，其中HBr含量為WXA。質量為P2三溴化磷與水反應后，獲得了質量百分比濃度為B的較高濃度的氫溴酸；較高濃度的氫溴酸的總量為較低濃度的氫溴酸的總量減掉三溴化磷消耗掉的水量，再加上生成的HBr的量，即較高濃度的氫溴酸的總量等于W- X2+ Y，較高濃度的氫溴酸中HBr含量為BX(W- X2+ Y)，由于質量百分比濃度為B的較高濃度的氫溴酸中HBr含量為質量百分比濃度為A、質量為W的較低濃度的氫溴酸中含有的HBr和三溴化磷與水反應后生成的HBr之和，即存在如下關系式
BX (ff- X2+ Y) =WXA+Y(I)。將式(j)和式(k)代入式(I)，可求得將濃度為A、質量為W的較低濃度的氫溴酸增濃為濃度為B的較高濃度的氫溴酸，需加入的三溴化磷的量即P2理論值的計算公式；
P2= (B-A) XW+(0.8868- 0. 6898XB) (m)。考慮到實際生產(chǎn)過程中會有微量三溴化磷損失，這樣就需要適當加大三溴化磷的量，以得到預期濃度的氫溴酸。因此需對式(m)進行修正，即對式(m)引入一個校正系數(shù)K，根據(jù)實驗，該校正系數(shù)K的取值范圍為I. 014-1. 024，式(m)經(jīng)修正后而得到式(2)，通過式
(2)計算出的三溴化磷的量與實際生產(chǎn)的情況更加符合，修正式(m)后而得到的三溴化磷加入量的計算公式如下式(2)所示
P2= (B-A) XW+(0. 8868- 0. 6898XB) XK (2)。上述公式(I)和(2)，只適應于五氧化二磷或三溴化磷單獨加入的情況，對于五氧化二磷和三溴化磷混合加入時，并不適應，當五氧化二磷和三溴化磷混合加入時，只能根據(jù)各自的反應方程分別 計算加入量。本發(fā)明所提供的氫溴酸增濃方法的效果和益處在于1.通過簡單的處理設備和處理方法，實現(xiàn)氫溴酸濃度的提高，設備投資小，操作控制簡單，易于生產(chǎn)控制。2.生產(chǎn)過程簡單，濃度控制靈活，可以根據(jù)生產(chǎn)需要對不同濃度的氫溴酸進行濃度提高。3.利用本發(fā)明所述方法生產(chǎn)的氫溴酸，雜質少、產(chǎn)品質量高。
具體實施方式
以下以質量濃度為45%_48%的工業(yè)級氫溴酸為例，來進一步說明本發(fā)明提高氫溴酸濃度的方法，這些實施例僅用于說明本發(fā)明的可實施性，而不是說本發(fā)明只適于提高質量濃度為45%-48%的工業(yè)級氫溴酸的濃度，對提高其它濃度的氫溴酸的濃度，本發(fā)明所述方法仍適應。以質量濃度為45%-48%的工業(yè)級氫溴酸為例，也不是將本發(fā)明的保護范圍限制在45%-48%的工業(yè)級氫溴酸上，任何利用本發(fā)明所述方法提高氫溴酸的作法，都應在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。實施例I
向反應爸中加入質量濃度為45%的氫溴酸IOOOkg并進行攪拌,然后通過冷卻水系統(tǒng)將氫溴酸的溫度控制在20°C，向氫溴酸中加入360kg五氧化二磷，加料完畢后，繼續(xù)在20°C條件下攪拌反應15分鐘，反應完畢制得混合物。將上述混合物轉入到蒸發(fā)釜中，在-0. 07Mpa的負壓條件下，對混合物進行減壓蒸餾，控制玻璃冷凝器冷卻水的溫度為15°C，控制氫溴酸接收器內(nèi)部溫度為15°C，收集121°C以前的餾出物作為氫溴酸產(chǎn)品，得產(chǎn)品864. 3kg。經(jīng)取 樣檢測，氫溴酸產(chǎn)品的質量濃度為52. 02%o實施例2
向反應爸中加入質量濃度為46%的氫溴酸IOOOkg并進行攪拌,然后通過冷卻水系統(tǒng)將氫溴酸的溫度控制在15°C，向氫溴酸中加入420kg五氧化二磷，加料完畢后，繼續(xù)在15°C條件下攪拌反應20分鐘，反應完畢制得混合物。將上述混合物轉入到蒸發(fā)釜中，在-0. 05Mpa負壓條件下，對混合物進行減壓蒸餾，控制玻璃冷凝器冷卻水的溫度為10°C，控制氫溴酸接收器內(nèi)部溫度為10°C，收集121°C以前的餾出物作為氫溴酸產(chǎn)品，得產(chǎn)品842. 5kg。經(jīng)取樣檢測，氫溴酸產(chǎn)品的質量濃度為54. 5%。實施例3
向反應爸中加入質量濃度為48%的氫溴酸IOOOkg并進行攪拌,然后通過冷卻水系統(tǒng)將氫溴酸的溫度控制在10°C，向氫溴酸中加入343. 74kg五氧化二磷，加料完畢后，繼續(xù)在10°C條件下攪拌反應30分鐘，反應完畢制得混合物。將上述混合物轉入到蒸發(fā)釜中，在-0. 06Mpa負壓條件下，對混合物進行減壓蒸餾，控制玻璃冷凝器冷卻水的溫度為10°C，控制氫溴酸接收器內(nèi)部溫度為15°C，收集121 V以前的餾出物作為氫溴酸產(chǎn)品，得產(chǎn)品871. Ikgo經(jīng)取樣檢測，氫溴酸產(chǎn)品的質量濃度為55. 1%。實施例4
向反應爸中加入質量濃度為48%的氫溴酸IOOOkg并進行攪拌,然后通過冷卻水系統(tǒng)將氫溴酸的溫度控制在10°C，緩慢向氫溴酸中加入164. 3kg三溴化磷，加料完畢后，繼續(xù)在10°C條件下攪拌反應30分鐘，反應完畢制得混合物。將上述混合物轉入到蒸發(fā)釜中，在-0. 06Mpa負壓條件下，對混合物進行減壓蒸餾，控制玻璃冷凝器冷卻水的溫度為12°C，控制氫溴酸接收器內(nèi)部溫度為12 °C，收集121°C以前的餾出物作為氫溴酸產(chǎn)品，得產(chǎn)品1111. 5kg。經(jīng)取樣檢測，氫溴酸產(chǎn)品的質量濃度為56. 09%。實施例5
向反應爸中加入質量濃度為46%的氫溴酸IOOOkg并進行攪拌,然后通過冷卻水系統(tǒng)將氫溴酸的溫度控制在15°C，緩慢向氫溴酸中加入185. 3kg三溴化磷，加料完畢后，繼續(xù)在15°C條件下攪拌反應30分鐘，反應完畢制得混合物。將上述混合物轉入到蒸發(fā)釜中，在-0. OSMpa負壓條件下，對上述混合物進行減壓蒸餾，控制玻璃冷凝器冷卻水的溫度為10°c，控制氫溴酸接收器內(nèi)部溫度為15°C，收集121°c以前的餾出物作為氫溴酸產(chǎn)品，得產(chǎn)品1067. 4kg。經(jīng)取樣檢測，氫溴酸產(chǎn)品的質量濃度為55. 17%。實施例6
向反應爸中加入質量濃度為47%的氫溴酸IOOOkg并進行攪拌,然后通過冷卻水系統(tǒng)將氫溴酸的溫度控制在20°C，緩慢向上述物料中加入155kg三溴化磷，加料完畢后，繼續(xù)在15°C條件下攪拌反應25分鐘 ，反應完畢制得混合物。將上述混合物轉入到蒸發(fā)釜中，在-0. OSMpa負壓條件下，對上述混合物進行減壓蒸餾，控制玻璃冷凝器冷卻水的溫度為12°C，控制氫溴酸接收器內(nèi)部溫度為12°C，收集121°C以前的餾出物作為氫溴酸產(chǎn)品，得產(chǎn)品1104. 6kg。經(jīng)取樣檢測，氫溴酸產(chǎn)品的質量濃度為54. 72%。實施例7
向反應爸中加入質量濃度為46%的氫溴酸IOOOkg并進行攪拌,然后通過冷卻水系統(tǒng)將氫溴酸的溫度控制在20°C，緩慢向上述物料中加入105kg三溴化磷，再加入95kg五氧化二磷，加料完畢后，繼續(xù)在20°C條件下攪拌反應35分鐘，反應完畢制得混合物。將上述混合物轉入到蒸發(fā)釜中，在-0. 09Mpa負壓條件下，對混合物進行減壓蒸餾，控制玻璃冷凝器冷卻水的溫度為13°C，控制氫溴酸接收器內(nèi)部溫度為13°C，收集121°C以前的餾出物作為氫溴酸產(chǎn)品，得產(chǎn)品1032. 6kg。經(jīng)取樣檢測，氫溴酸產(chǎn)品的質量濃度為54. 29%。實施例8
向反應爸中加入質量濃度為48%的氫溴酸IOOOkg并進行攪拌,然后通過冷卻水系統(tǒng)將氫溴酸的溫度控制在15°C，緩慢向氫溴酸中加入IOOkg三溴化磷，再加入120kg五氧化二磷，加料完畢后，繼續(xù)在15°C條件下攪拌反應40分鐘，反應完畢制得混合物。將上述混合物轉入到蒸發(fā)釜中，在-0. OSMpa負壓條件下，對混合物進行減壓蒸餾，控制玻璃冷凝器冷卻水的溫度為14°C，控制氫溴酸接收器內(nèi)部溫度為14°C，收集121°C以前的餾出物作為氫溴酸產(chǎn)品，得產(chǎn)品1022. 45kg。經(jīng)取樣檢測，氫溴酸產(chǎn)品的質量濃度為55. 71%。上述實施例制得的氫溴酸的主含量是通過堿液滴定法進行測定的。
權利要求
1.一種提高氫溴酸濃度的方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (I)向較低濃度的氫溴酸中加入脫水增濃劑，在溫度10-20°C條件下使脫水增濃劑與氫溴酸中的水充分反應，制得混合物； (2 )通過蒸餾的方式將步驟(I)制得的混合物中的氫溴酸分離出來，便可獲得較高濃度的氫溴酸； 所述脫水增濃劑為五氧化二磷或三溴化磷或者五氧化二磷和三溴化磷的混合物。
2.根據(jù)權利要求I所述的提高氫溴酸濃度的方法，其特征是所述五氧化二磷的質量加入量P1按下式(I)確定，三溴化磷的質量加入量P2按下式(2)確定； P!=2. 63XWX (I-A^-B) XK(I); P2= (B-A) XW+(O. 8868- O. 6898XB) XK (2)； W代表較低濃度的氫溴酸的質量數(shù)，A代表較低濃度的氫溴酸的質量百分比濃度值，B代表較高濃度的氫溴酸的質量百分比濃度值；K=1. 014-1. 024。
3.根據(jù)權利要求I所述的提高氫溴酸濃度的方法，其特征是所述步驟(2)中的蒸餾在-O. 05 -O. 09Mpa的負壓條件下進行，收集溫度121°C以前的餾分作為產(chǎn)品。
4.根據(jù)權利要求I所述的提高氫溴酸濃度的方法，其特征是所述脫水增濃劑與氫溴酸中的水在攪拌條件下反應15-40分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高氫溴酸濃度的方法，步驟如下(1)向較低濃度的氫溴酸中加入脫水增濃劑，在溫度10-20℃條件下使脫水增濃劑與氫溴酸中的水充分反應，制得混合物；(2)通過蒸餾的方式將步驟(1)制得的混合物中的氫溴酸分離出來，便可獲得較高濃度的氫溴酸；所述脫水增濃劑為五氧化二磷、三溴化磷或五氧化二磷和三溴化磷的混合物。該方法設備投資小，操作控制簡單，易于生產(chǎn)控制；氫溴酸濃度控制靈活，可以根據(jù)生產(chǎn)需要對不同濃度的氫溴酸進行濃度提高處理；提高濃度后的氫溴酸產(chǎn)品質量高，可以滿足不同企業(yè)對各種濃度氫溴酸的需要。
文檔編號C01B7/09GK102786033SQ201210317498
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權日2012年8月31日
發(fā)明者孫樹青, 孟燁, 徐文輝, 李世祥, 李善清, 李遠超, 王善華, 鐘世強, 閆曉紅 申請人:山東天一化學股份有限公司