Reprocesseringsløsning til silikoneolie

1. Introduktion til silikoneolie

Silikoneolie henviser til flydende polyorganosiloxaner med Si-O-Si som hovedkæde. Dimethylsilikoneolie er den mest almindelige type. Den er farveløs og gennemsigtig, fysiologisk inaktiv, modstandsdygtig over for både høje og lave temperaturer, isolerende og vandafstødende samt har en stabil viskositet. Den anvendes bredt som industrielt varmeoverførselsmedium, plastudskillelsesmiddel, glat underlag for dagligbrugsprodukter samt elektronisk isolerende impregneringsvæske og opfylder produktionskravene i flere industrier.

2. Fire store udfordringer ved rensning af silikoneolie og løsningslogikken for molekylær destillation

Udfordring 1: Silikoneolien indeholder store mængder lavmolekylære cykliske siloxan-urenheder (D4/D5/D6 osv.), som ikke kan fjernes grundigt ved konventionel destillation og alvorligt nedgraderer produktets kvalitet

Polymeriseringen af silikoneolie er en omvendelig ligevægtsreaktion. Færdige produkter indeholder naturligt 12 % til 14 % cykliske siloxaner med lav molekylvægt (D3–D20), utilreaktive monomerer, opløsningsmidler og kortkædede siloxaner med lav molekylvægt.

Silikoneolie af lav kvalitet: Konventionel vakuumdestillation kan kun fjerne en del af de lette små molekyler, og resterende flygtige stoffer ligger mellem 1 % og 3 %.

I high-end-scenarier (elektronik, medicinsk behandling, optik) stilles der strenge krav til resterende stoffer med lav molekylvægt (≤100 ppm). Resterende små molekyler vil fortsat fordampe og forårsage isolationsfejl i elektroniske kontakter, tågede linser og irritation af menneskelige kropsvæv på grund af udfældning fra medicinske implantater.

Ulemper ved konventionel rensning: Separationen er udelukkende baseret på kogepunktsforskelle. Højmolekylære cycliske siloxaner har kogepunkter over 400 °C, mens den maksimale opvarmningstemperatur for konventionelle vakuumtårn er 250 °C, hvilket gør fordampning og separation umulig og efterlader en stor mængde urenheder.

Målsøgt løsningslogik

Molekylær destillation opnår separation ud fra forskelle i molekylernes middelfri længde i stedet for udelukkende kogepunkt:

Udstyret opretholder et højt vakuum (0,001–1 Pa), hvilket betydeligt forlænger den frie bane for materialmolekylerne.

Letkomponentens små molekyler undslipper og flyver direkte til den indbyggede kondensator for genindvinding; makromolekylær silikoneolie har en kort fri bane og kan ikke nå kondensationsoverfladen, men løber i stedet ned ad opvarmningsvæggen som færdigprodukt.

Mehrfasemolekylær destillation kan reducere lavmolekylære urenheder til under 100 ppm og formindske flygtige stoffer fra 1,5 % til under 0,3 %, hvilket opfylder strenge renhedskrav for elektroniske og medicinske produkter.

Problempunkt 2: Silikoneolie er et temperaturfølsomt polymer; længerevarig opvarmning ved høj temperatur medfører spaltning, oxidation, tværbinding og misfarvning, og silikoneoliens Si-O-hovedkæde er særligt udsat for brud ved høj temperatur.

Når temperaturen overstiger 260 °C med lang opholdstid, brydes molekylekæderne ned og danner flere små molekyler, hvilket resulterer i permanent forringelse af produktets viskositet og stabilitet.

Restspor af syre- og basekatalysatorer kombineret med høj temperatur udløser omvendt polymerisation og fortsat nedbrydning af silikoneolie.

Oxidation sker, når produktet udsættes for luft ved høj temperatur, hvilket får det til at blive gult og reducerer gennemsigtigheden, således at værdien af high-end-produkter tabes.

Konventionel vakuumrektifikation bevarer statisk akkumulerede materialer inde i reaktoren med en opvarmningstid på flere minutter. For at fordampe højtkogende urenheder skal temperaturen øges til 240–280 °C, hvilket fører til omfattende termisk oxidation og krakning af materialer samt nedsat kvalitet af det færdige produkt.

Målsøgt løsningslogik

Lavtemperaturseparation: Højt vakuum reducerer den nødvendige separationstemperatur med 80–150 °C sammenlignet med konventionel destillation, langt under den kritiske temperatur for termisk krakning af silikoneolie.

Ekstremt kort opvarmningstid: Skraberen danner en ultra-tynd væskefilm på 0,01–0,1 mm ved kraftpåvirkning, og materialerne opholder sig kun i opvarmningszonen i få sekunder til mere end ti sekunder, hvilket næsten udelukker risikoen for termisk degradations.

Fuldt lukket højvakuummiljø uden ilten for at isolere oxidationsvirkninger fra luften og dermed fuldstændigt bevare gennemsigtigheden og den termiske stabilitet af de færdige produkter.

Problempunkt 3: Silikoneolie har høj viskositet; konventionel udstyr giver ekstremt lav varmeoverførselseffektivitet og er derfor sårbart over for lokal opvarmning og skuminddragelse

Silikoneolie med medium og høj viskositet har dårlig flydende egenskab, og konventionelle vakuumreaktorer samt fyldte kolonner har alvorlige mangler:

Tætte materialer medfører dårlig varmeoverførsel, lokal opvarmning og koksning i bunden af reaktoren, og kokede stoffer på væggen forurener produkterne.

Der dannes en stor mængde skum under opvarmning og kogning, og skummet inddrager makromolekylær silikoneolie i destillatet, hvilket resulterer i en markant faldende udbytte af færdigproduktet.

Diffusionshastigheden af små molekyler til væskeoverfladen i den statiske væskefase er langsom, hvilket fører til lav separationseffektivitet og kræver gentagen rektifikation 3–5 gange samt fordobling af energiforbruget og arbejdskraftsomkostningerne.

Målsøgt løsningslogik

Tvinget filmdannelse ved skraber: Rotoren skraber materialer med høj hastighed for at danne en jævn, ultra-tynd væskefilm på indersiden af fordampningskammeret, hvilket øger varme- og masseoverførsels-effektiviteten flere gange uden lokale områder med høj temperatur.

Kogefri separation: Molekylær destillation bygger på fri overfladefordampning uden voldelig kogning og skumdannelse, hvilket eliminerer medførelse af makromolekylær silikoneolie i skum og stabiliserer den endelige produktudbytte til over 95 %.

Den ultra-tynne væskefilm accelererer diffusionen og frigivelsen af små molekyler; én enkelt separation kan opnå renhedseffekten svarende til 3–5 gange rektifikation med konventionelle anlæg og forkorter dermed processtrømmen betydeligt.

Problempunkt 4: Konventionelle renhedsprocesser har lav udbytte, svær genindvinding af biprodukter, stor belastning på miljøbeskyttelsen og høje omkostninger

Gentagne højtemperaturspaltning i konventionel rektifikation medfører omfattende tab af silikoneolie, der nedbrydes, og hovedproduktets udbytte er kun 70 % til 80 %.

Cykliske siloxaner som D4/D5, der fjernes, er værdifulde råmaterialer, men konventionelle kolonner giver dårlig adskillelsespurity, hvilket gør genbrug umuligt. De kan kun behandles som farligt affald, hvilket medfører spild af råmaterialer og høje omkostninger til bortskaffelse af fast affald.

Nogle processer kræver vask med vand og opløsningsmiddeludtrækning for at fjerne urenheder, hvilket genererer store mængder saltholdig organisk spildevand og høje miljømæssige behandlingsomkostninger.

Målsøgt løsningslogik

Lav temperatur og kort opvarmningstid minimerer termisk skade, og hovedproduktets udbytte af silikoneolie er ≥92 %.

Letkomponenters små molekyler kondenseres og indsamles separat. D4/D5 med høj renhed kan direkte returneres til polymeriseringsprocessen til genbrug og dermed forbedre udnyttelsen af råmaterialer.

Ren fysisk separation uden tilsætning af opløsningsmiddel; der genereres ingen spildevand i hele processen, hvilket forenkler efterbehandlingsprocedurerne for miljøbeskyttelse.

Kontinuerlig og automatisk produktion er mulig. I forhold til batch-vakuumreaktorer er energiforbruget og arbejdskraftsomkostningerne pr. enhed produkt betydeligt reduceret.