通过熔融结晶生产高纯度化学品


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.东庚熔融结晶技术的应用

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

2.5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。

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。

 3.技术优势

● 产品纯度高,纯度可以达到色谱纯99.99%以上。

● 耦合吸附技术,可将杂质控制在1ppb以内。

● 结晶面积大,处理能力高,管式结晶面积远远大于层结晶的结晶面积,可以单套处理年产5万吨以上的物料。

● 结晶效率高,单次结晶只需要3-6个小时。而普通静态结晶随着晶层厚度的增加,为了维持同样的晶体生长速率,需要加大降温速率来维持同样的推动力。且随着厚度增大,热量传递较慢,结晶时间也长(大约1-2天)。

● 静态结晶完成后需要重新融化,决定了层结晶的工业化生产一般都是间歇操作。东庚双降膜结晶可以PLC全自动化控制达到流程全连续的效果

● 配合在线实时数据,自学习优化结晶发汗工艺,达到物质提纯的最佳条件


 

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