Silikonioljyn puhdistusprosessiratkaisu

1. Silikonöljyn esittely

Silikonöljy viittaa nestemäisiin polyorgaanisiloksaaneihin, joiden pääketju muodostuu Si-O-Si-sidoksista. Yleisin silikonöljyn tyyppi on dimetyylisilikonöljy. Se on väritöntä ja läpinäkyvää, fysiologisesti inerttiä, kestää korkeita ja alhaisia lämpötiloja, on eristävää ja vesipetoista sekä sen viskositeetti on vakaa. Sitä käytetään laajalti teollisena lämmönsiirtimenä, muottivapautusaineena, tasaisuutta parantavana peruspintana päivittäiskäyttötuotteissa sekä elektronisten komponenttien eristävänä impregnointinesteena, mikä täyttää useiden teollisuudenalojen tuotantomääräykset.

2. Neljä suurinta silikonöljyn puhdistuksen ongelmaa ja molekulaarisen tislaation ratkaisulogiikka

Ongelma 1: Silikonöljy sisältää suuria määriä pienimolekulaarisia syklisiä siloksaanipäästöjä (D4/D5/D6 jne.), joita ei voida poistaa täysin perinteisellä tislaatiolla, ja jotka heikentävät merkittävästi tuotteen laatua

Silikonöljyn polymerisaatio on käänteinen tasapainoreaktio. Valmiit tuotteet säilyttävät luonnollisesti 12–14 % alamolekulaarisia sykli-siloksaaneja (D3–D20), reagoimattomia monomeerejä, liuottimia ja lyhytketjuisia alamolekulaarisia siloksaaneja.

Alalaatuinen silikonöljy: Perinteinen tyhjiödistillaatio voi poistaa vain osan kevyistä pienistä molekyyleistä, jolloin haihtuvien aineiden jäännös vaihtelee 1–3 prosenttia.

Korkealaatuiset sovellukset (elektroniikka, lääketiede, optiikka) asettavat tiukat vaatimukset alamolekulaaristen jäämien määrälle (≤100 ppm). Jäämien pienet molekyylit haihtuvat jatkuvasti, mikä aiheuttaa sähkökontaktien eristysvirheen, linssien sumoutumisen ja ihmisruumiille ärsytystä lääketieteellisten implanttien saostumien vuoksi.

Perinteisen tislaamisen heikkoudet: Erottelu perustuu ainoastaan kiehumispisteen erotteeseen. Korkeamolekyylisillä sykli-siloksaaneilla on kiehumispiste yli 400 °C, kun taas perinteisten alipainetornien maksimikuumennuslämpötila on 250 °C, mikä tekee haihtumisen ja erottelun mahdottomaksi ja jättää suuren määrän epäpuhtauksia.

Kohdattu ratkaisulogiikka

Molekyylitislaaminen saavuttaa erottelun perustuen molekyylien keskimääräiseen vapaa matkaan eikä pelkästään kiehumispisteiden erotteeseen:

Laitteisto säilyttää korkean tyhjiön (0,001–1 Pa), mikä pidentää materiaalin molekyylien keskimääräistä vapaata matkaa huomattavasti.

Keveät komponentit, eli pienet molekyylit, pääsevät irti ja lentävät suoraan sisäänrakennettuun jäähdyttimeen talteenottoa varten; suuremmolekyylinen silikoniöljy, jonka keskimääräinen vapaa matka on lyhyt, ei pääse kondensaatiopinnalle vaan se virtaa lämmitetyn seinän pitkin ulos valmiina tuotteena.

Monitasoinen molekulaarinen tislaus voi vähentää pienimolekyylisiä epäpuhtauksia alle 100 ppm:n, alentaa haihtuvien aineiden määrän 1,5 %:sta alle 0,3 %:iin ja täyttää tiukat puhtausvaatimukset elektronisia ja lääketieteellisiä tuotteita varten.

Kipupiste 2: Silikoniöljy on lämpöherkkä polymeeri; pitkäaikainen korkeassa lämpötilassa tapahtuva kuumennus aiheuttaa hajoamista, hapettumista, ristisidosten muodostumista ja väritystä, ja silikoniöljyn Si–O-pääketju on altis hajoamiselle korkeassa lämpötilassa.

Kun lämpötila ylittää 260 °C pitkän pysyvyysajan aikana, molekyyliketjut hajoavat ja tuottavat enemmän pienimolekyylisiä yhdisteitä, mikä johtaa tuotteen viskositeetin ja stabiiliuden pysyvään heikkenemiseen.

Jäljelle jääneet jäljitysmäiset happo-emäskatalyyttit, jotka yhdistyvät korkeaan lämpötilaan, aiheuttavat käänteisen polymeroinnin ja jatkuvan silikoniöljyn hajoamisen.

Hapettuminen tapahtuu, kun tuotteet altistuvat ilmalle korkeassa lämpötilassa, mikä saa ne keltaistumaan ja vähentää läpinäkyvyyttä ja siten menettää korkealaatuisten tuotteiden arvon.

Perinteinen tyhjiösuodatus säilyttää staattisesti kertyneet materiaalit reaktorissa, ja kuumennusaika on kymmeniä minuutteja. Korkean kiehumispisteen epäpuhtauksien höyrystämiseksi lämpötilaa on nostettava 240–280 °C:een, mikä johtaa laajamittaiseen termiseen hapettumiseen ja materiaalien hajoamiseen sekä heikentää valmiin tuotteen laatua.

Kohdattu ratkaisulogiikka

Matalalämpötilainen erotus: Korkea tyhjiö alentaa vaadittua erotuslämpötilaa 80–150 °C:lla verrattuna perinteiseen tislaukseen, mikä on huomattavasti alle silikoniöljyn termisen hajoamisen kriittisen lämpötilan.

Erinomaisen lyhyt kuumennusaika: Kärjellä muodostuu voimakkaasti ohut nestekalvo, jonka paksuus on 0,01–0,1 mm, ja materiaalit pysyvät kuumennusvyöhykkeessä vain muutamasta sekunnista useampaan kymmenen sekunnin mittaiseen aikaan, jolloin termisen rappeutumisen vaara on lähes olematon.

Täysin suljettu korkean tyhjiön, hapeton ympäristö, joka estää ilman hapettavia vaikutuksia ja säilyttää täysin valmiin tuotteen läpinäkyvyyden ja lämpövakauden.

Kipupiste 3: Silikonihappo on korkean viskositeetin omaavaa; tavanomaiset laitteet tarjoavat erinomaisen alhaisen lämmönsiirtohyötysuhteen, mikä johtaa paikalliseen ylikuumenemiseen ja kuplakärsimiseen.

Keskivertaisen ja korkean viskositeetin omaavalla silikonihapolla on huono virtauskyky, ja tavanomaisilla tyhjiöreaktoreilla ja täytetyillä tornilla on vakavia puutteita:

Paksut materiaalit johtavat huonoon lämmönsiirtoon, paikalliseen ylikuumenemiseen ja hiiltymiseen reaktorin pohjassa, ja seinämille muodostuvat hiiltymisaineet saastuttavat tuotteita.

Lämmön- ja kiehumisprosessin aikana syntyy runsaasti vaahtoa, ja vaahto kuljettaa suuria silikonihappomolekyylejä tislaattavaksi, mikä johtaa valmiin tuotteen saannon voimakkaaseen laskuun.

Pienimolekyylisten yhdisteiden diffuusio nesteiden pinnalle staattisessa nesteaiheessa on hidasta, mikä johtaa alhaiseen erotustehokkuuteen; erotus vaatii 3–5 kertaa toistettua uudelleentislausta, mikä kaksinkertaistaa energiankulutuksen ja työvoimakustannukset.

Kohdattu ratkaisulogiikka

Pakotettu kalvon muodostus sivellimen avulla: Rotaattori sivellä materiaaleja korkealla nopeudella muodostaen yhtenäisen erittäin ohuen nestekalvon haihduttimen sisäseinämälle, parantaen lämmön ja aineensiirron tehokkuutta kymmeniä kertoja ilman paikallisia korkean lämpötilan kuumia pisteitä.

Höyrystymättömä erotus: Molekyylierotus perustuu vapaan pinnan höyrystymiseen ilman voimakasta kiehumista ja vaahtoamista, poistaen makromolekyylihöyryöljyn mukana kulkeutumisen vaahtoon ja pitäen valmistetun tuotteen saannon yli 95 %:n tasolla.

Erittäin ohut nestekalvo kiihdyttää pienten molekyylien diffuusiota ja poistumista; yhden kerran erotus saavuttaa puhdistusvaikutuksen, joka vastaa 3–5-kertaista tislausta perinteisellä laitteistolla, lyhentäen merkittävästi prosessivirtaa.

Ongelma 4: Perinteiset puhdistusprosessit tuottavat alhaisen saannon, sivutuotteiden talteenotto on vaikeaa, ympäristönsuojelun paineet ovat voimakkaita ja kustannukset korkeat

Peräkkäinen korkealämpötilainen hajoaminen perinteisessä tislaamisessa aiheuttaa suurta silikoniöljyn hajoamisen menetystä, ja päätuotteen saanto on vain 70–80 %.

Poistettavat syklisten siloksaanien, kuten D4:n ja D5:n, erottaminen tuottaa korkealarvoisia raaka-aineita, mutta perinteiset tislaustornit eivät saavuta riittävää erotuspuhtautta, mikä tekee kierrätyksen mahdottomaksi. Niitä voidaan käsitellä ainoastaan vaarallisena jätteenä, mikä johtaa raaka-aineiden hukkaamiseen ja korkeisiin kiinteän jätteen käsittelykustannuksiin.

Jotkin prosessit vaativat impurettien poistamiseksi vesisuihkuja ja liuottimen ekstraktiota, mikä tuottaa suuria määriä suolaisia orgaanisia jätevesiä ja aiheuttaa korkeat ympäristön käsittelykustannukset.

Kohdattu ratkaisulogiikka

Alhainen lämpötila ja lyhyt kuumennusaika minimoivat lämpövauriot, ja silikoniöljyn päätuotteen saanto on ≥ 92 %.

Kevyt komponentti pienimolekyylinen osa kondensoidaan ja kerätään erikseen. Korkealaatuista D4:tä ja D5:tä voidaan suoraan palauttaa polymeerointiprosessiin kierrätykseen, mikä parantaa raaka-aineiden hyödyntämistä.

Puhtaasti fysikaalinen erottaminen ilman liuotteen lisäämistä, koko prosessissa ei synny jätevesiä, mikä yksinkertaistaa jälkikäsittelyyn liittyviä ympäristönsuojelumenettelyjä.

Jatkuva ja automaattinen tuotanto on mahdollista. Vertailussa eräkohtaisiin tyhjiöreaktoreihin energiankulutus ja työvoimakustannukset yksikköä kohden ovat merkittävästi alhaisemmat.