在19世紀(jì)中葉,一種通過(guò)加熱鹵水來(lái)生產(chǎn)溴素的工藝被廣泛應(yīng)用。其核心在于使用一種特制的陶土甑、以沸騰鹵水作為熱源,并采用粘土與鹵水的混合物進(jìn)行密封。
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該工藝的核心反應(yīng)容器是一種特制的陶土甑。它由優(yōu)質(zhì)陶土摻入粉狀焦炭制成,形狀如罐或圓柱體,底部有凸起,兩側(cè)有耳或把手以便操作。圓柱形甑的頂部開(kāi)有兩個(gè)孔:一個(gè)用于插入玻璃連接管,另一個(gè)用于添加原料。
生產(chǎn)設(shè)備包括一個(gè)作為加熱容器的金屬鍋或盤(pán),其尺寸需能容納計(jì)劃使用的所有陶甑,通常可擺放兩排。鍋被放置在灶臺(tái)和煙道上。鍋中幾乎充滿鹽水鹵水,并通過(guò)加熱保持沸騰狀態(tài),以此間接加熱置于其中的陶甑。
冷凝系統(tǒng)由玻璃連接管和冷凝管組成。連接管一端插入陶甑頂部孔中,并彎曲成略大于直角,另一端伸入冷凝管內(nèi)。冷凝管可由玻璃或鉛制成,其中部彎曲,并穿過(guò)一個(gè)盛有冷水的木制容器以實(shí)現(xiàn)冷卻。冷凝管的末端垂直伸入一個(gè)玻璃接收器中,接收器內(nèi)裝有數(shù)英寸深的水,管口沒(méi)入水面之下。
整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程步驟如下:
? 原料準(zhǔn)備:將陶甑幾乎裝滿鹵水,其中熱鹵水與冷鹵水的比例約為三比一。
? 酸化處理:向甑內(nèi)的鹵水中加入硫酸。硫酸需先用約十二倍體積的水稀釋?zhuān)倥c鹵水充分混合。硫酸的用量根據(jù)鹵水中的溴含量調(diào)節(jié),大約每生產(chǎn)五至六重量盎司的溴,需要八至九液盎司的酸。
? 安裝與密封:將裝好原料的陶甑放入沸騰鹵水鍋中的固定位置。用連接管將陶甑與冷凝系統(tǒng)連接起來(lái),所有接口處均需用“泥封”密封。這種密封材料由管粘土與鹵水混合至合適稠度制成。
? 引發(fā)反應(yīng):通過(guò)陶甑頂部的另一個(gè)孔,向混合物中加入黑色二氧化錳(氧化錳),隨后將此孔也密封。二氧化錳的加入量約為硫酸重量的三分之二。
? 加熱與收集:保持鍋中的鹵水持續(xù)沸騰。反應(yīng)生成的溴蒸氣經(jīng)連接管進(jìn)入冷凝管,被冷卻液化后,流入下方的玻璃接收器。接收器中的水可以溶解可能伴隨溴蒸氣逸出的少量其他物質(zhì),并封存產(chǎn)品溴。
? 循環(huán)操作:當(dāng)反應(yīng)完畢,溴全部餾出后,將陶甑從鍋中移出,清空殘液,即可重新裝料進(jìn)行下一輪生產(chǎn)。
該工藝的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:
1. 采用摻有粉狀焦炭的陶土甑,增強(qiáng)了耐熱性;
2. 創(chuàng)新性地使用沸騰的鹽水鹵水作為均勻、溫和的熱源來(lái)間接加熱反應(yīng)甑,避免了直接明火加熱可能導(dǎo)致局部過(guò)熱的問(wèn)題;
3. 使用粘土與鹵水的混合物作為密封材料,確保了反應(yīng)系統(tǒng)的氣密性。
這一整套方法構(gòu)成了一個(gè)連貫的早期溴素生產(chǎn)體系。