Рашэнне для працэсу ачысткі сіліконавага алею

1. Уводзіны ў сіліконавы алей

Сіліконавы алей — гэта вадкасць на аснове паліарганасілоксану з асноўнай ланцуговай структурай Si-O-Si. Найбольш распаўсюджаны тып — дымэтылсіліконавы алей. Ён бяскаляровы і прапускае святло, фізіялагічна інертны, стойкі да высокіх і нізкіх тэмператур, з’яўляецца дыялектрыкам і гідрафобным, а таксама характарызуецца сталасцю вязкасці. Шырока выкарыстоўваецца ў якасці прамысловага цепланосіча, агенту для аддзялення пластычных вырабаў ад формы, выраўноўвальнай асновы ў штодзённых хімічных сродках і электроннай імпрэгнацыйнай дыялектрычнай вадкасці, што адпавядае патрабаванням вытворчасці ў розных галінах прамысловасці.

2. Чатыры асноўныя праблемы ачысткі сіліконавага алею і лагіка вырашэння з дапамогай малекулярнай дыстыляцыі

Праблема 1: Сіліконавы алей утрымлівае вялікую колькасць нізкамалекулярных цыклічных сілоксанавых прымесей (D4/D5/D6 і г.д.), якія нельга поўнасцю выдаліць звычайнай дыстыляцыяй, што сур’ёзна пагаршае якасць прадукцыі

Палімерызацыя сіліконавага алею — гэта зваротная раўнаважная рэакцыя. Гатовыя прадукты натуральна ўтрымліваюць 12–14 % цыклічных сілоксаноў нізкай малекулярнай масы (D3–D20), непрарэагаваўшых манамераў, растваральнікаў і кароткаланцуговых сілоксаноў нізкай малекулярнай масы.

Нізкакласны сіліконавы алей: традыцыйная вакуумная рэктыфікацыя можа выдаліць толькі частку лёгкіх малекул, пры гэтым утрыманне летучых рэшткаў складае ад 1 да 3 %.

У высокатэхналагічных галінах (электроніка, медыцына, оптыка) да рэшткаў нізкай малекулярнай масы ставяцца строгія патрабаванні — не больш за 100 ppm. Рэштковыя малекулы працягваюць выпарвацца, што прыводзіць да парушэння ізаляцыі электронных кантактаў, запаўлення лінз і раздражнення чалавечага цела ў выніку вылучэння з медыцынскіх імплантатаў.

Недахопы традыцыйнай рэктыфікацыі: сепарацыя аснована выключна на розніцы ў тэмпературах кіпення. Тэмпературы кіпення цыклічных сілаксанаў з высокай малекулярнай масай перавышаюць 400 °C, у той час як максімальная тэмпература награвання традыцыйных вакуумных калон не перавышае 250 °C, што робіць паранізацыю і сепарацыю немагчымымі, у выніку чаго ў прадукце застаецца вялікая колькасць забруджванняў.

Лагіка мэтавага рашэння

Малекулярная дыстыляцыя дасягае сепарацыі на аснове розніцы ў сярэдняй свабоднай даўжыні шляху малекул замест толькі розніцы ў тэмпературах кіпення:

У абсталяванні падтрымліваецца высокі вакуум (0,001–1 Па), што значна павялічвае сярэднюю свабодную даўжыню шляху малекул матэрыялу.

Лёгкія кампаненты — малыя малекулы — вылятаюць і накіроўваюцца непасрэдна ў ўбудаваны кандэнсатар для рэкамбінацыі; сіліконавыя алеі з вялікай малекулярнай масай маюць кароткую сярэднюю свабодную даўжыню шляху і не могуць дасягнуць паверхні кандэнсацыі, таму яны сцякаюць уздоўж награвальнай сценкі ў выглядзе канчатковага прадукту.

Шматступеневая малекулярная дыстыляцыя можа змяншыць утрыманне нізкамалекулярных забруджванняў да ўзроўню ніжэй 100 ppm, зніжаючы колькасць летучых рэчываў з 1,5 % да менш чым 0,3 % і адпавядаючы строгім стандартам чысціні для электронных і медыцынскіх прадуктаў.

Праблема № 2: Сіліконавы алей — гэта тэрмачулівы полімер; працяглы нагрев пры высокай тэмпературы выклікае раскол, акіслянне, падвойнае злучэнне і пажоўценні, а асноўная ланцужок Si-O сіліконавага алею падвяргаецца распаду пры высокай тэмпературы.

Калі тэмпература перавышае 260 °C пры доўгім часе ўтрымання, малекулярныя ланцужкі распадаюцца з утварэннем большай колькасці малых малекул, што прыводзіць да неадваротнага пагаршэння вязкасці і ўстойлівасці прадукту.

Астачы следаў кіслотных або лужных каталізатараў у спалучэнні з высокай тэмпературай выклікаюць рэверсіўную палямерызацыю і працяглы распад сіліконавага алею.

Акіслянне адбываецца пры кантакце з паветрам пры высокай тэмпературы, прычым прадукты жаўтэюць і губляюць прозарасць, што зніжае іх кошт як прадуктаў прэм’ер-класа.

Звычайная вакуумная рэктыфікацыя захоўвае статычна накопленыя матэрыялы ў рэактары пры часе награвання ў дзесяткі хвілін. Для выпарвання высокакіпучых забруджвальнікаў тэмпературу трэба падняць да 240–280 °C, што прыводзіць да масіўнага цеплавога акіслення і крыхкага распаду матэрыялаў і пагоршання якасці канчатковага прадукту.

Лагіка мэтавага рашэння

Нізкатэмпературнае раздзяленне: Высокі вакуум змяншае неабходную тэмпературу раздзялення на 80–150 °C у параўнанні з звычайнай дыстыляцыяй, што значна ніжэй крытычнай тэмпературы цеплавога распаду крэмнёвага алею.

Вельмі кароткі час награвання: Шкрабок утварае надзвычай тонкую плёнку рэчыва таўшчынёй 0,01–0,1 мм пад уздзеяннем сілы, і матэрыялы знаходзяцца ў зоне награвання ўсяго некалькі секунд да некалькіх дзесяткаў секунд, пры гэтым амаль адсутнічае рызыка цеплавога дэградавання.

Поўнасцю замкнутая вышыні вакуумная бязкіслародная асяроддзе для ізаляцыі акісліцельных эфектаў паветра, што поўнасцю захоўвае прозарасць і цеплавую ўстойлівасць канчатковых прадуктаў.

Больны пункт 3: Сіліконавы алей мае высокую вязкасць; звычайнае абсталяванне забяспечвае экстрэмна нізкую эфектыўнасць перадачы цяпла, што прыводзіць да мясцовага перагрэву і ўключэння пены

Сіліконавы алей сярэдняй і высокай вязкасці мае поганую рухомасць, а звычайныя вакуумныя рэактары і насадковыя калонны маюць фатальныя недахопы:

Шчыльныя матэрыялы выклікаюць поганую перадачу цяпла, мясцовы перагрэў і закокшванне ў ніжняй частцы рэактара, а закокшваныя рэчывы на сценках забруджваюць прадукт.

Падчас награвання і кіпення ўтвараецца вялікая колькасць пены, якая ўключае ў сябе макрамалекулярны сіліконавы алей у дыстылят, што прыводзіць да рэзкага зніжэння выхаду канчатковага прадукту.

Скорасць дыфузіі малекул малых памераў да паверхні вадкасці ў статычнай вадкаснай фазе нізкая, што прыводзіць да нізкай эфектыўнасці падзялення; для гэтага патрабуецца паўторная рэктыфікацыя 3–5 разоў, што ўдвая павялічвае спажыванне энергіі і выдаткі працоўнай сілы.

Лагіка мэтавага рашэння

Прымусовае ўтварэнне плёнкі скраберам: Ротар скрабуе матэрыялы з высокай хуткасцю, утвараючы аднародную вельмі тонкую цякальную плёнку на ўнутранай сцяне выпаральніка, што павышае эфектыўнасць перадачы цяпла і масы ў дзясяткі разоў без лакальных гарачых кропак з вышэйшай тэмпературай.

Аддзяленне без закіпання: Малекулярная дыстыляцыя спрацоўвае на аснове свабоднага выпарвання з паверхні без бурнага закіпання і пянення, што выключае ўключэнне макрамалекулярнага сіліконавага алею ў пяну і забяспечвае стабільнасць ураджайнасці канчатковага прадукту на ўзроўні вышэй 95%.

Вельмі тонкая цякальная плёнка паскорвае дыфузію і выхад малекул малога памеру; аднаразавае аддзяленне дазваляе дасягнуць эфекту ачышчэння, эквівалентнага 3–5-разовай рэктыфікацыі ў звычайных устаноўках, значна скарачаючы тэхналагічны працэс.

Больны пункт 4: Традыцыйныя працэсы ачышчэння характарызуюцца нізкай ураджайнасцю, цяжкасцю аднаўлення пабачных прадуктаў, моцным ціскам на ахову навакольнага асяроддзя і высокімі выдаткамі

Паўтаральнае высокатэмпературнае расшчапленне ў звычайных рэктыфікацыйных калонах прыводзіць да вялікіх страт у выніку разкладання сіліконавага алею, а выхад асноўнага прадукта складае ўсяго 70–80%.

Цыклічныя сілоксаны, такія як D4/D5, якія выдаляюцца, з’яўляюцца сыравінай высокай каштоўнасці, але ў звычайных калонах дасягаецца нізкая чысціня сепарацыі, што робіць рэцыклінг немагчымым. Іх можна лічыць толькі небяспечнымі адходамі, што прыводзіць да страт сыравіны і высокіх выдаткаў на перапрацоўку цвёрдых адходаў.

У некаторых працэсах для выдалення забруджванняў неабходна прамыўка вадой і экстракцыя растваральнікамі, што прыводзіць да ўтварэння вялікіх аб’ёмаў салёных арганічных стачных вод і высокіх выдаткаў на ахову навакольнага асяроддзя.

Лагіка мэтавага рашэння

Нізкая тэмпература і кароткі час награвання мінімізуюць цяплавы ўшчэрб, а выхад асноўнага прадукта ў выглядзе сіліконавага алею складае ≥92%.

Лёгкія кампаненты ў выглядзе малекул малой масы канденсуюцца і збіраюцца асобна. D4/D5 высокай чысціні можна непасрэдна вярнуць у палімерызацыйны працэс для рэцыклінгу, што павышае ўзровень выкарыстання сыравіны.

Чыста фізічная сепарацыя без дадання растваральніка, увесь працэс не стварае сцёкавых вод, што спрашчае працэдуры аховы навакольнага асяроддзя пасля апрацоўкі.

Магчымая непарыўная і аўтаматычная вытворчасць. У параўнанні з партыямі вакуумных рэактараў спажыванне энергіі і выдаткі працоўнай сілы на адзінку прадукцыі значна зніжаюцца.