玻璃精馏塔在碳酸二甲酯提纯中的应用

玻璃精馏塔在碳酸二甲酯提纯中的应用

碳酸二甲酯（DMC）是一种重要的绿色化学品和有机合成中间体。工业级或常规试剂级的DMC常含有少量水分、甲醇、碳酸甲乙酯等杂质。通过实验室精馏可以获得高纯度DMC，适用于对水份和纯度要求严格的反应（如锂电电解液、精细合成等）。

一、 核心原理

利用DMC与杂质（主要是甲醇、水）之间沸点的差异进行分离。

• 碳酸二甲酯（DMC）: 沸点 90.1°C

• 甲醇（MeOH）: 沸点 64.7°C

• 水（H₂O）: 沸点 100°C（但与DMC可能形成共沸物）

• 碳酸甲乙酯（EMC）等: 沸点高于DMC

关键挑战在于DMC-甲醇会形成共沸物（约70°C， DMC:MeOH ≈ 70:30 wt%）。这意味着简单蒸馏无法将两者分开。需要特殊策略。

二、 实验前准备与物料分析

1. 原料分析：了解杂质组成。方法是测气相色谱（GC），明确甲醇、水的含量。若无GC，可根据来源判断（工业级通常含~1%甲醇）。

2. 干燥预处理（可选但推荐）：

• 如果原料含水量较高（>0.1%），可先加入3A或4A分子筛（预先高温活化）浸泡24小时，进行初步脱水。切勿使用5A分子筛，因其孔径可能吸附DMC。

3. 设备选择：

• 玻璃精馏塔装置：标准玻璃精馏装置，建议使用填料柱（如三角螺旋填料），以增加理论塔板数，提高分离效率。

• 加热源：推荐使用油浴或电加热套配合磁力搅拌，确保受热均匀、可控。避免明火。

• 接收器：准备多个干燥、洁净的接收瓶，用于接收不同馏分。

• 保护措施：所有接口密封良好，在接收瓶尾气出口连接干燥管（内装无水氯化钙或分子筛），防止空气中水分进入。

三、 精馏操作步骤（推荐方案）

以下方案假设原料为含~1%甲醇和少量水的工业级DMC。

方案A：常规精馏（适用于对甲醇含量要求不严格的情况）

1. 装料：将预处理后的原料DMC加入干燥的圆底烧瓶，装入量不超过烧瓶容积的2/3。加入几粒沸石或磁子以防暴沸。

2. 搭建装置：搭建玻璃精馏塔，可参考下图，确保所有部件干燥。开启冷却水。

3. 初期馏分（低沸物）：

• 缓慢加热，控制回流比（例如5:1）。密切注意温度计变化。

• 当柱顶温度稳定在64-70°C时，接收馏出液。这部分主要为甲醇和部分DMC的共沸物，可能也含少量低沸杂质。此馏分约占原料的10-20%（取决于初始甲醇含量），应单独收集，标记为“低沸物"。

4. 主馏分（高纯DMC）：

• 随着甲醇被蒸出，柱顶温度会从共沸点逐渐上升至90°C左右。

• 当温度稳定在90.0 ± 0.5°C时，更换接收瓶，以适中回流比接收主馏分。

• 此部分即为高纯度DMC。核心是保持温度稳定。

5. 后期馏分（高沸物）：

• 当釜内剩余液体较少，或柱顶温度开始持续超过91°C时，DMC已基本蒸完。

• 停止加热，剩余釜液主要为碳酸甲乙酯等高沸点副产物，弃去。