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通过熔融结晶生产高纯度化学品

作者:   时间:2021-09-24   浏览次数:1623

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1.熔融结晶原理

结晶是一个重要的化工过程,是固体物质以晶体状态从蒸气、溶液或熔融物中析出的过程,众多的化工产品及中间产品都以晶体形态出现。结晶作为一个重要的分离过程,与精馏等其他分离方法相比,在较低的温度下操作,有效减少副反应的发生,降低能量消耗。熔融结晶是在不加入溶剂的情况下,通过待分离物质自身的熔融和结晶的固液两相平衡去除杂质的一种新型的分离技术,它是根据待分离物质之间凝固点的不同,通过逐步降低初始液态混合物的温度达到部分结晶来实现的,结晶析出的固体具有与残液不同的化学组成,从而达到分离提纯的目的。

熔融结晶过程的推动力是熔融液中某组分的过饱和度或者过冷度,其过程分为结晶和发汗两个过程。结晶过程是熔融液的温度在逐渐下降的过程中,某组分在熔融液中处于过饱和状态,开始成核,并逐渐增长为晶体。

熔融液经过结晶后,晶体在结晶器壁上析出,在晶体的表面和内部还包藏有部分杂质,所以要对结晶后的粗晶体进行提纯。发汗操作能有效地提高粗晶体的纯度。发汗是将含有杂质的结晶,缓慢升高温度到接近熔点(平衡温度)附近,含杂质较多的局部晶层熔点较低,首先熔化而从晶体内部渗出的现象,它是建立在传热、传质和固液相平衡理论基础之上的操作过程。

2.东庚熔融结晶技术

熔融结晶技术作为一种绿色分离技术,具有低能耗、高效率,操作温度低、操作要求低,适用范围广、选择性高,绿色环保等特点,不仅在医药、食品分离提纯方面得到广泛的应用,而且在大吨位的化工生产中也得到了应用。熔融结晶技术已成为生产高纯度化工产品的重要技术。

东庚化工利用其强大的科研实力和技术优势,率先打破了国外的技术垄断,形成具有自主知识产权的国产化熔融结晶技术。东庚在加强研发新型熔融结晶器的同时,还在控制软件系统、产品应用等方面加大了开发力度,形成软件、硬件、应用同时发展的格局。先后开发了薄膜结晶器和静态板式结晶器,并且在化工分离操作单元的应用中取得显著成效。

东庚开发的薄膜结晶系统具有以下特点:

(1)采用完全自主开发的薄膜结晶器,应对不同规模的结晶操作,均能做到每根结晶管在管壁两侧的产品和热媒流都经历完全相同的水力学和热力学条件,每根结晶管都能实现精确控温。

(2)独特而又灵活调节设计,使系统内物料和冷热媒的持液量低,减少了变温操作过程热量和冷量的消耗。

(3)强大的软件控制系统,东庚薄膜结晶工艺不仅可以实现全自动系统控制,还自主开发出具有数据收集、数据分析、反馈和工艺优化功能的软件,通过软件来实现结晶工艺的自动优化,使结晶器的效率最大化,降低能耗。

(4)高效的产品开发体系,东庚具有多套应用于产品开发的单管结晶器用于新应用领域的开发,同时也可根据客户需要,针对个别产品定向开发。

(5)多种规格产品的调节性,由于分离算法可以很容易地改变,以满足不同需求的产品规格,获得显著的市场潜力。产品纯度从百分比范围到ppm范围都可以实现生产,单线产能可以达到50000吨/年以上。

(6)低维护维修费,除了泵和阀门,结晶过程没有活动部件,因此维护减少到最低限度。

3.东庚熔融结晶技术的应用

3.1分离同分异构体方面

在化工生产中特别是精细化工生产中,经常会遇到反应产物由两种或两种以上的同分异构体组成,各组份分子量相等且沸点相近。因此采用传统的精馏方式难以将其分离得到高纯产品。

东庚熔融结晶技术已先后在丙交酯、间苯二胺(MPD)、对苯二胺(PPD)、邻苯二胺(OPD)、特定组成混甲酚、二氯苯(DCB)、硝基甲苯、硝基氯苯(NCB)、均四甲苯、2,6-二甲基萘、萘酚等同分异构体的分离中得到广泛应用,并取得了很好的提纯效果。

3.2电子化学品方面

电子化学品是电子材料及精细化工结合的高新技术产品,随着技术创新的发展,碳中和和碳减排的不断推进,电子化学品的应用领域不断扩大,已渗透到国民经济和国防建设的各个领域。电子化学品对于化工产品的纯度上有着很高的要求,对于水、金属离子等杂质的容忍度极低,通过常规的精馏手段很难得到符合要求的电子化学品。

东庚熔融结晶技术应用于电子级的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、电子级磷酸、双氧水等产品中,根据需要通过多级结晶,可得到纯度为99.99~99.9999%的超纯产品,单线产能规模从3000-30000吨/年不等。

3.3分离热敏性物质方面

热敏性物质特点是对温度敏感,不同的温度下表现出不同的性质,遇热极易发生分解、聚合、氧化等变质反应,通过常规的精馏分离,收率低,副反应多,生产成本高。

东庚熔融结晶技术对双酚A(BPA)、异氰酸酯(MDI/TDI)、己内酰胺(CPL) 、冰晶丙烯酸(GAA)、乙交酯、丙交酯、苯甲酸、丁烯酸、马来酸酐等产品均实现了很好的分离。

3.4分离共沸体系方面

共沸体系由于其热力学的特殊性,传统精馏的分离过程一般都存在高能耗、需采用第三组分溶剂、容易产生环境污染等缺点,使分离成本大大提高。

东庚熔融结晶技术已先后应用于精萘与硫茚、碳酸二甲酯与甲醇等共沸体系中,得到了高纯度的单一产品,很大程度上降低了具有共沸体系中产品的生产成本。

3.5功能性高分子材料

聚合物对于单体的纯度有着很高的要求,单体纯度低会导致聚合物分子量低、聚合物产品颜色差、强度低、耐热性差等问题,因而高纯度的聚合物的单体较工业级产品有更高的附加值。

东庚熔融结晶技术已先后在功能性高分子材料聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、尼龙6、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、PBAT、吸水性高分子材料聚丙烯酸钠(SAP)等产品的单体纯化中得到应用,为功能性高分子材料提供了优质的单体。




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