专利名称：一种提高氢溴酸浓度的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高氢溴酸浓度的方法。
背景技术：
氢溴酸，是溴化氢气体溶于水的混合物，外观表现为无色或淡黄色液体，具有强烈的刺激性和挥发性。工业用氢溴酸，一般是溴化氢水溶液的恒沸混合物，质量浓度在45-48%范围，沸点在121-126°C范围。氢溴酸是一种强酸，几乎完全离解为H+和Br。氢溴酸是制造各种无机溴化物(如溴化钠、溴化钙、溴化锂等)和某些烷基溴化物(如溴甲烷，溴乙烷等)的基本原料。在医药上，用以合成镇静剂，麻醉剂等医药用品；在矿业上，氢溴酸是一些金属矿物的良好溶剂；在有机合成方面，氢溴酸可以作为烷氧基等化合物的分离剂、脂环烃或过氧化物的催化剂；在石油工业上可以作为烷基化催化剂；氢溴酸还 可以用于合成染料和香料。此外，氢溴酸还可作为化学分析试剂及一些溴系阻燃剂的原料。由于氢溴酸在较高浓度下具有强烈的挥发性，在工业化生产中很难大批量制得高浓度的氢溴酸(如在52%以上)，而在有些化学反应合成方面，可能需要用到浓度超过52%甚至更高浓度的氢溴酸，这样，就需要设法提高氢溴酸中溴化氢的浓度，以满足某些特殊化学反应对高浓度氢溴酸的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高氢溴酸浓度的方法，以满足某些特殊化学反应对高浓度氢溴酸的需要。本发明采用包含以下步骤的处理方法来达到本发明的目的
(I)向较低浓度的氢溴酸中加入脱水增浓剂，在温度10_20°C条件下使脱水增浓剂与氢溴酸中的水充分反应，制得混合物；
(2 )通过蒸馏的方式将步骤(I)制得的混合物中的氢溴酸分离出来，便可获得较高浓度的氢溴酸；
所述脱水增浓剂为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。所述五氧化二磷的质量加入量P1按下式(I)确定，三溴化磷的质量加入量P2按下式⑵确定;
P!=2. 63XWX (I-A^-B) XK(I);
P2= (B-A) XW+(0. 8868- 0. 6898XB) XK (2)；
W代表较低浓度的氢溴酸的质量数，A代表较低浓度的氢溴酸的质量百分比浓度值，B代表较高浓度的氢溴酸的质量百分比浓度值；K=1. 014-1. 024。所述步骤(2)中的蒸馏在-0. 05 -0. 09Mpa的负压条件下进行，收集温度121°C以前的馏分作为产品。所述脱水增浓剂与氢溴酸中的水在搅拌条件下反应15-40分钟。五氧化二磷具有强烈的吸水性，与水反应生成磷酸，利用该性质，通过向较低浓度的氢溴酸中加入五氧化二磷可以相对减少氢溴酸中的水分，相应增加溴化氢的质量百分浓度。利用磷酸和氢溴酸两者之间较大的沸点差，可以通过蒸馏操作而使两种物质得到分离，获得较高浓度的氢溴酸。五氧化二磷与水反应的化学方程式如下P205+3H20=2H3P04。由上述化学方程式可以看出一分子质量的P2O5要与三分子质量的H2O进行反应，P2O5的分子量为142, H2O的分子量为18。五氧化二磷与水反应的质量关系式如下
P205+3H20=2H3P04142 54P1 X1 ；
由上式看以得出，质量为P1的五氧化二磷消耗掉的水的质量为X1, P1与X1存在以下比例关系
142 54=Pi X1(a)；
由式(a)可得X1=SdXP1+ 142(b)。假设待提高浓度的较低浓度的氢溴酸的质量为W、质量百分比浓度为A，则HBr的含量可通过(C)式求得，水的含量可通过(d)式求得；
WXA(c);
WX (I-A)(d)。向质量为W的较低浓度的氢溴酸中加入质量为P1的五氧化二磷与水反应后，获得了百分比浓度为B的较高浓度的氢溴酸；由式(a)可知，P1量的五氧化二磷消耗掉了的水的量为X1 ;那么加入质量SP1的五氧化二磷与水反应后获得较高浓度的氢溴酸的总质量为W - X1，其中的HBr的含量可通过式(e)求得；
(W-X1)XB(e)。由于五氧化二磷只消耗掉了部分水，HBr的绝对量是不变的，也就是说
WXA= (W — X1) XB Cf)；
将式(b)代入式(f)，即可求得将浓度为A、质量为W的较低浓度的氢溴酸增浓为浓度为B的较高浓度的氢溴酸，需加入的五氧化二磷的量即P1理论值的计算公式；
P!=2. 63XWX (I-A^-B)(g)
考虑到实际生产过程中有少量的HBr会进入副产物磷酸中，这样就需要适当加大五氧化二磷的量，以得到预期浓度的氢溴酸。因此需对式(g)进行修正，即对式(g)引入一个校正系数K，根据实验，该校正系数K的取值范围为I. 014-1. 024，式(g)经修正后而得到式
(I)，通过式(I)计算出的五氧化二磷的量与实际生产的情况更加符合，修正式(g)后而得到的式(I)如下所示
P!=2. 63XWX (I-A^-B) XK(I)。三溴化磷具有强烈的吸水性，与水反应生成亚磷酸和溴化氢气体。通过向较低质量浓度的氢溴酸中加入三溴化磷，三溴化磷与氢溴酸中的水反应，生成亚磷酸和溴化氢气体，氢溴酸中水的相对减少，可以相应增加氢溴酸的浓度，并且生成的溴化氢气体再溶于氢溴酸中，也会使氢溴酸浓度提高。同样，利用氢溴酸和亚磷酸的沸点差，通过蒸馏可以实现氢溴酸和亚磷酸的分离，从而可获得较高浓度的氢溴酸。三溴化磷与水反应的化学方程式如下Pfc3+3H20=H3P03+3HBr。由上述化学方程式可以看出一分子质量的三溴化磷要与三分子质量的水进行反应，生成三分子质量的HBr，三溴化磷的分子量为274，H2O的分子量为18，HBr的分子量为81。三溴化磷与水反应的质量关系式如下
PBr3 + 3H20= H3PO3 + 3HBr 27454243
P2X2Y ；
由上式可以得出，质量为P2的三溴化磷消耗掉的水的质量为X2，P2与&存在以下比例关系
274 54=P2 X2(h)；
质量为P2的三溴化磷与水反应生成HBr的质量为Y，P2与Y存在以下比例关系
274 243=P2 Y(i)；
通过式(h)可求得水的消耗量X2，通过式(i)可求得HBr的生成量Y，分别是 X2=54XP2 + 274=0. 197XP2(j)；
Y=243 X P2 + 274=0. 8868 X P2 (k)。对于质量百分比浓度为A、质量为W的较低浓度的氢溴酸，其中HBr含量为WXA。质量为P2三溴化磷与水反应后，获得了质量百分比浓度为B的较高浓度的氢溴酸；较高浓度的氢溴酸的总量为较低浓度的氢溴酸的总量减掉三溴化磷消耗掉的水量，再加上生成的HBr的量，即较高浓度的氢溴酸的总量等于W- X2+ Y，较高浓度的氢溴酸中HBr含量为BX(W- X2+ Y)，由于质量百分比浓度为B的较高浓度的氢溴酸中HBr含量为质量百分比浓度为A、质量为W的较低浓度的氢溴酸中含有的HBr和三溴化磷与水反应后生成的HBr之和，即存在如下关系式
BX (ff- X2+ Y) =WXA+Y(I)。将式(j)和式(k)代入式(I)，可求得将浓度为A、质量为W的较低浓度的氢溴酸增浓为浓度为B的较高浓度的氢溴酸，需加入的三溴化磷的量即P2理论值的计算公式；
P2= (B-A) XW+(0.8868- 0. 6898XB) (m)。考虑到实际生产过程中会有微量三溴化磷损失，这样就需要适当加大三溴化磷的量，以得到预期浓度的氢溴酸。因此需对式(m)进行修正，即对式(m)引入一个校正系数K，根据实验，该校正系数K的取值范围为I. 014-1. 024，式(m)经修正后而得到式(2)，通过式
(2)计算出的三溴化磷的量与实际生产的情况更加符合，修正式(m)后而得到的三溴化磷加入量的计算公式如下式(2)所示
P2= (B-A) XW+(0. 8868- 0. 6898XB) XK (2)。上述公式(I)和(2)，只适应于五氧化二磷或三溴化磷单独加入的情况，对于五氧化二磷和三溴化磷混合加入时，并不适应，当五氧化二磷和三溴化磷混合加入时，只能根据各自的反应方程分别 计算加入量。本发明所提供的氢溴酸增浓方法的效果和益处在于1.通过简单的处理设备和处理方法，实现氢溴酸浓度的提高，设备投资小，操作控制简单，易于生产控制。2.生产过程简单，浓度控制灵活，可以根据生产需要对不同浓度的氢溴酸进行浓度提高。3.利用本发明所述方法生产的氢溴酸，杂质少、产品质量高。
具体实施方式
以下以质量浓度为45%_48%的工业级氢溴酸为例，来进一步说明本发明提高氢溴酸浓度的方法，这些实施例仅用于说明本发明的可实施性，而不是说本发明只适于提高质量浓度为45%-48%的工业级氢溴酸的浓度，对提高其它浓度的氢溴酸的浓度，本发明所述方法仍适应。以质量浓度为45%-48%的工业级氢溴酸为例，也不是将本发明的保护范围限制在45%-48%的工业级氢溴酸上，任何利用本发明所述方法提高氢溴酸的作法，都应在本发明的保护范围之内。实施例I
向反应爸中加入质量浓度为45%的氢溴酸IOOOkg并进行搅拌,然后通过冷却水系统将氢溴酸的温度控制在20°C，向氢溴酸中加入360kg五氧化二磷，加料完毕后，继续在20°C条件下搅拌反应15分钟，反应完毕制得混合物。将上述混合物转入到蒸发釜中，在-0. 07Mpa的负压条件下，对混合物进行减压蒸馏，控制玻璃冷凝器冷却水的温度为15°C，控制氢溴酸接收器内部温度为15°C，收集121°C以前的馏出物作为氢溴酸产品，得产品864. 3kg。经取 样检测，氢溴酸产品的质量浓度为52. 02%o实施例2
向反应爸中加入质量浓度为46%的氢溴酸IOOOkg并进行搅拌,然后通过冷却水系统将氢溴酸的温度控制在15°C，向氢溴酸中加入420kg五氧化二磷，加料完毕后，继续在15°C条件下搅拌反应20分钟，反应完毕制得混合物。将上述混合物转入到蒸发釜中，在-0. 05Mpa负压条件下，对混合物进行减压蒸馏，控制玻璃冷凝器冷却水的温度为10°C，控制氢溴酸接收器内部温度为10°C，收集121°C以前的馏出物作为氢溴酸产品，得产品842. 5kg。经取样检测，氢溴酸产品的质量浓度为54. 5%。实施例3
向反应爸中加入质量浓度为48%的氢溴酸IOOOkg并进行搅拌,然后通过冷却水系统将氢溴酸的温度控制在10°C，向氢溴酸中加入343. 74kg五氧化二磷，加料完毕后，继续在10°C条件下搅拌反应30分钟，反应完毕制得混合物。将上述混合物转入到蒸发釜中，在-0. 06Mpa负压条件下，对混合物进行减压蒸馏，控制玻璃冷凝器冷却水的温度为10°C，控制氢溴酸接收器内部温度为15°C，收集121 V以前的馏出物作为氢溴酸产品，得产品871. Ikgo经取样检测，氢溴酸产品的质量浓度为55. 1%。实施例4
向反应爸中加入质量浓度为48%的氢溴酸IOOOkg并进行搅拌,然后通过冷却水系统将氢溴酸的温度控制在10°C，缓慢向氢溴酸中加入164. 3kg三溴化磷，加料完毕后，继续在10°C条件下搅拌反应30分钟，反应完毕制得混合物。将上述混合物转入到蒸发釜中，在-0. 06Mpa负压条件下，对混合物进行减压蒸馏，控制玻璃冷凝器冷却水的温度为12°C，控制氢溴酸接收器内部温度为12 °C，收集121°C以前的馏出物作为氢溴酸产品，得产品1111. 5kg。经取样检测，氢溴酸产品的质量浓度为56. 09%。实施例5
向反应爸中加入质量浓度为46%的氢溴酸IOOOkg并进行搅拌,然后通过冷却水系统将氢溴酸的温度控制在15°C，缓慢向氢溴酸中加入185. 3kg三溴化磷，加料完毕后，继续在15°C条件下搅拌反应30分钟，反应完毕制得混合物。将上述混合物转入到蒸发釜中，在-0. OSMpa负压条件下，对上述混合物进行减压蒸馏，控制玻璃冷凝器冷却水的温度为10°c，控制氢溴酸接收器内部温度为15°C，收集121°c以前的馏出物作为氢溴酸产品，得产品1067. 4kg。经取样检测，氢溴酸产品的质量浓度为55. 17%。实施例6
向反应爸中加入质量浓度为47%的氢溴酸IOOOkg并进行搅拌,然后通过冷却水系统将氢溴酸的温度控制在20°C，缓慢向上述物料中加入155kg三溴化磷，加料完毕后，继续在15°C条件下搅拌反应25分钟 ，反应完毕制得混合物。将上述混合物转入到蒸发釜中，在-0. OSMpa负压条件下，对上述混合物进行减压蒸馏，控制玻璃冷凝器冷却水的温度为12°C，控制氢溴酸接收器内部温度为12°C，收集121°C以前的馏出物作为氢溴酸产品，得产品1104. 6kg。经取样检测，氢溴酸产品的质量浓度为54. 72%。实施例7
向反应爸中加入质量浓度为46%的氢溴酸IOOOkg并进行搅拌,然后通过冷却水系统将氢溴酸的温度控制在20°C，缓慢向上述物料中加入105kg三溴化磷，再加入95kg五氧化二磷，加料完毕后，继续在20°C条件下搅拌反应35分钟，反应完毕制得混合物。将上述混合物转入到蒸发釜中，在-0. 09Mpa负压条件下，对混合物进行减压蒸馏，控制玻璃冷凝器冷却水的温度为13°C，控制氢溴酸接收器内部温度为13°C，收集121°C以前的馏出物作为氢溴酸产品，得产品1032. 6kg。经取样检测，氢溴酸产品的质量浓度为54. 29%。实施例8
向反应爸中加入质量浓度为48%的氢溴酸IOOOkg并进行搅拌,然后通过冷却水系统将氢溴酸的温度控制在15°C，缓慢向氢溴酸中加入IOOkg三溴化磷，再加入120kg五氧化二磷，加料完毕后，继续在15°C条件下搅拌反应40分钟，反应完毕制得混合物。将上述混合物转入到蒸发釜中，在-0. OSMpa负压条件下，对混合物进行减压蒸馏，控制玻璃冷凝器冷却水的温度为14°C，控制氢溴酸接收器内部温度为14°C，收集121°C以前的馏出物作为氢溴酸产品，得产品1022. 45kg。经取样检测，氢溴酸产品的质量浓度为55. 71%。上述实施例制得的氢溴酸的主含量是通过碱液滴定法进行测定的。
权利要求
1.一种提高氢溴酸浓度的方法，其特征在于该方法包括以下步骤 (I)向较低浓度的氢溴酸中加入脱水增浓剂，在温度10-20°C条件下使脱水增浓剂与氢溴酸中的水充分反应，制得混合物； (2 )通过蒸馏的方式将步骤(I)制得的混合物中的氢溴酸分离出来，便可获得较高浓度的氢溴酸； 所述脱水增浓剂为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.根据权利要求I所述的提高氢溴酸浓度的方法，其特征是所述五氧化二磷的质量加入量P1按下式(I)确定，三溴化磷的质量加入量P2按下式(2)确定； P!=2. 63XWX (I-A^-B) XK(I); P2= (B-A) XW+(O. 8868- O. 6898XB) XK (2)； W代表较低浓度的氢溴酸的质量数，A代表较低浓度的氢溴酸的质量百分比浓度值，B代表较高浓度的氢溴酸的质量百分比浓度值；K=1. 014-1. 024。
3.根据权利要求I所述的提高氢溴酸浓度的方法，其特征是所述步骤(2)中的蒸馏在-O. 05 -O. 09Mpa的负压条件下进行，收集温度121°C以前的馏分作为产品。
4.根据权利要求I所述的提高氢溴酸浓度的方法，其特征是所述脱水增浓剂与氢溴酸中的水在搅拌条件下反应15-40分钟。
全文摘要
本发明公开了一种提高氢溴酸浓度的方法，步骤如下(1)向较低浓度的氢溴酸中加入脱水增浓剂，在温度10-20℃条件下使脱水增浓剂与氢溴酸中的水充分反应，制得混合物；(2)通过蒸馏的方式将步骤(1)制得的混合物中的氢溴酸分离出来，便可获得较高浓度的氢溴酸；所述脱水增浓剂为五氧化二磷、三溴化磷或五氧化二磷和三溴化磷的混合物。该方法设备投资小，操作控制简单，易于生产控制；氢溴酸浓度控制灵活，可以根据生产需要对不同浓度的氢溴酸进行浓度提高处理；提高浓度后的氢溴酸产品质量高，可以满足不同企业对各种浓度氢溴酸的需要。
文档编号C01B7/09GK102786033SQ201210317498
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者孙树青, 孟烨, 徐文辉, 李世祥, 李善清, 李远超, 王善华, 钟世强, 闫晓红 申请人:山东天一化学股份有限公司