玻璃精餾塔在碳酸二甲酯提純中的應用

玻璃精餾塔在碳酸二甲酯提純中的應用

碳酸二甲酯（DMC）是一種重要的綠色化學品和有機合成中間體。工業級或常規試劑級的DMC常含有少量水分、甲醇、碳酸甲乙酯等雜質。通過實驗室精餾可以獲得高純度DMC，適用于對水份和純度要求嚴格的反應（如鋰電電解液、精細合成等）。

一、 核心原理

利用DMC與雜質（主要是甲醇、水）之間沸點的差異進行分離。

• 碳酸二甲酯（DMC）: 沸點 90.1°C

• 甲醇（MeOH）: 沸點 64.7°C

• 水（H?O）: 沸點 100°C（但與DMC可能形成共沸物）

• 碳酸甲乙酯（EMC）等: 沸點高于DMC

關鍵挑戰在于DMC-甲醇會形成共沸物（約70°C， DMC:MeOH ≈ 70:30 wt%）。這意味著簡單蒸餾無法將兩者分開。需要特殊策略。

二、 實驗前準備與物料分析

1. 原料分析：了解雜質組成。方法是測氣相色譜（GC），明確甲醇、水的含量。若無GC，可根據來源判斷（工業級通常含~1%甲醇）。

2. 干燥預處理（可選但推薦）：

• 如果原料含水量較高（>0.1%），可先加入3A或4A分子篩（預先高溫活化）浸泡24小時，進行初步脫水。切勿使用5A分子篩，因其孔徑可能吸附DMC。

3. 設備選擇：

• 玻璃精餾塔裝置：標準玻璃精餾裝置，建議使用填料柱（如三角螺旋填料），以增加理論塔板數，提高分離效率。

• 加熱源：推薦使用油浴或電加熱套配合磁力攪拌，確保受熱均勻、可控。避免明火。

• 接收器：準備多個干燥、潔凈的接收瓶，用于接收不同餾分。

• 保護措施：所有接口密封良好，在接收瓶尾氣出口連接干燥管（內裝無水氯化鈣或分子篩），防止空氣中水分進入。

三、 精餾操作步驟（推薦方案）

以下方案假設原料為含~1%甲醇和少量水的工業級DMC。

方案A：常規精餾（適用于對甲醇含量要求不嚴格的情況）

1. 裝料：將預處理后的原料DMC加入干燥的圓底燒瓶，裝入量不超過燒瓶容積的2/3。加入幾粒沸石或磁子以防暴沸。

2. 搭建裝置：搭建玻璃精餾塔，可參考下圖，確保所有部件干燥。開啟冷卻水。

3. 初期餾分（低沸物）：

• 緩慢加熱，控制回流比（例如5:1）。密切注意溫度計變化。

• 當柱頂溫度穩定在64-70°C時，接收餾出液。這部分主要為甲醇和部分DMC的共沸物，可能也含少量低沸雜質。此餾分約占原料的10-20%（取決于初始甲醇含量），應單獨收集，標記為“低沸物"。

4. 主餾分（高純DMC）：

• 隨著甲醇被蒸出，柱頂溫度會從共沸點逐漸上升至90°C左右。

• 當溫度穩定在90.0 ± 0.5°C時，更換接收瓶，以適中回流比接收主餾分。

• 此部分即為高純度DMC。核心是保持溫度穩定。

5. 后期餾分（高沸物）：

• 當釜內剩余液體較少，或柱頂溫度開始持續超過91°C時，DMC已基本蒸完。

• 停止加熱，剩余釜液主要為碳酸甲乙酯等高沸點副產物，棄去。