सिलिकॉन तेल के लिए शुद्धिकरण प्रक्रिया समाधान

1. सिलिकॉन तेल का परिचय

सिलिकॉन तेल से आशय Si-O-Si को मुख्य श्रृंखला के रूप में वाले द्रव पॉलीऑर्गैनोसिलॉक्सेन्स से है। डाइमिथाइल सिलिकॉन तेल सबसे आम प्रकार है। यह रंगहीन और पारदर्शी होता है, शारीरिक रूप से निष्क्रिय होता है, उच्च और निम्न तापमान के प्रति प्रतिरोधी होता है, विद्युतरोधी और जलविरोधी होता है, तथा इसकी श्यानता स्थिर होती है। इसका व्यापक रूप से औद्योगिक ऊष्मा स्थानांतरण माध्यम, प्लास्टिक मुक्ति एजेंट, दैनिक रसायनों के लिए समतल आधार, और इलेक्ट्रॉनिक विद्युतरोधी अंतःस्रावी द्रव के रूप में उपयोग किया जाता है, जो कई उद्योगों की उत्पादन आवश्यकताओं को पूरा करता है।

2. सिलिकॉन तेल शुद्धिकरण की चार प्रमुख समस्याएँ एवं आणविक आसवन का समाधान तर्क

समस्या बिंदु 1: सिलिकॉन तेल में कम-आणविक चक्रीय सिलॉक्सेन अशुद्धियाँ (D4/D5/D6, आदि) की बड़ी मात्रा में उपस्थिति होती है, जिन्हें पारंपरिक आसवन द्वारा पूर्णतः हटाया नहीं जा सकता और जो उत्पाद की गुणवत्ता को गंभीर रूप से कम कर देती हैं

सिलिकॉन तेल का बहुलीकरण एक उलटनशील साम्य अभिक्रिया है। पूर्ण उत्पादों में प्राकृतिक रूप से 12% से 14% तक कम-आणविक चक्रीय सिलॉक्सेन (D3 से D20), अभिकृत मोनोमर, विलायक और छोटी श्रृंखला के कम-आणविक सिलॉक्सेन शेष रह जाते हैं।

निम्न-गुणवत्ता वाला सिलिकॉन तेल: पारंपरिक निर्वात आसवन केवल आंशिक रूप से हल्के छोटे अणुओं को हटा सकता है, जिसके कारण अवशेष वाष्पशील पदार्थ 1% से 3% तक रह जाते हैं।

उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगों (इलेक्ट्रॉनिक्स, चिकित्सा, प्रकाशिकी) में कम-आणविक अवशेषों के लिए कड़ी आवश्यकताएँ होती हैं, जो ≤100 ppm होने चाहिए। अवशेष छोटे अणु लगातार वाष्पीकृत होते रहते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉनिक संपर्कों की विद्युतरोधक विफलता, लेंस का धुंधलापन और चिकित्सा प्रत्यारोपणों से निकलने वाले अवक्षेप के कारण मानव शरीर को जलन हो सकती है।

पारंपरिक शुद्धिकरण के दोष: पृथक्करण केवल क्वथनांक के अंतर पर निर्भर करता है। उच्च-आणविक चक्रीय सिलॉक्सेनों के क्वथनांक 400°C से अधिक होते हैं, जबकि पारंपरिक ऋणात्मक दाब टावरों का अधिकतम तापमान 250°C होता है, जिससे वाष्पीकरण और पृथक्करण असंभव हो जाता है, और इस प्रकार बड़ी मात्रा में अशुद्धियाँ शेष रह जाती हैं।

लक्षित समाधान तर्क

आणविक आसवन क्वथनांक के अंतर के स्थान पर आणविक माध्य मुक्त पथ के अंतर के आधार पर पृथक्करण साधता है:

उपकरण उच्च निर्वात (0.001~1 Pa) बनाए रखता है ताकि पदार्थ के अणुओं के माध्य मुक्त पथ को काफी बढ़ाया जा सके।

हल्के घटक के छोटे अणु बच निकलते हैं और सीधे अंतर्निहित संघनित्र की ओर उड़ते हैं, जहाँ उन्हें पुनः प्राप्त किया जाता है; उच्च-आणविक सिलिकॉन तेल का माध्य मुक्त पथ छोटा होता है और वह संघनन सतह तक नहीं पहुँच पाता है, बल्कि गर्म करने वाली दीवार के साथ निकलकर अंतिम उत्पाद के रूप में बाहर आ जाता है।

बहु-चरण आणविक आसवन कम आणविक अशुद्धियों को 100 ppm से कम कर सकता है, जिससे वाष्पशील पदार्थों की मात्रा 1.5% से कम करके 0.3% से कम कर दी जाती है, जो इलेक्ट्रॉनिक और चिकित्सा-श्रेणी के उत्पादों के लिए कठोर शुद्धता मानकों को पूरा करता है।

समस्या बिंदु 2: सिलिकॉन तेल एक ताप-संवेदनशील बहुलक है; उच्च तापमान पर लंबे समय तक गरम करने से इसके टूटने, ऑक्सीकरण, क्रॉस-लिंकिंग और रंग परिवर्तन की संभावना होती है, और सिलिकॉन तेल की Si-O मुख्य श्रृंखला उच्च तापमान के अधीन टूटने के प्रति संवेदनशील होती है।

जब तापमान 260°C से अधिक हो जाता है और अवधि लंबी होती है, तो आणविक श्रृंखलाएँ टूटकर अधिक छोटे अणुओं का निर्माण करती हैं, जिससे उत्पाद की श्यानता और स्थिरता में स्थायी कमी आ जाती है।

अवशिष्ट सूक्ष्म अम्ल-क्षार उत्प्रेरक और उच्च तापमान के संयोजन से सिलिकॉन तेल का विपरीत बहुलकीकरण और निरंतर अपघटन होता है।

उच्च तापमान पर वायु के संपर्क में आने पर ऑक्सीकरण होता है, जिससे उत्पाद पीले रंग के हो जाते हैं और पारदर्शिता कम हो जाती है, जिससे उच्च-स्तरीय उत्पादों का मूल्य नष्ट हो जाता है।

पारंपरिक निर्वात सुधारण प्रक्रिया में रिएक्टर के अंदर स्थैतिक रूप से जमा सामग्री को दर्जनों मिनट के तापन समय के साथ बनाए रखा जाता है। उच्च क्वथनांक अशुद्धियों को वाष्पित करने के लिए तापमान को 240~280°C तक बढ़ाना आवश्यक होता है, जिससे सामग्री का व्यापक तापीय ऑक्सीकरण और विखंडन होता है तथा अंतिम उत्पाद की गुणवत्ता प्रभावित होती है।

लक्षित समाधान तर्क

निम्न-तापमान पृथक्करण: उच्च निर्वात पारंपरिक आसवन की तुलना में आवश्यक पृथक्करण तापमान को 80~150°C तक कम कर देता है, जो सिलिकॉन तेल के तापीय विखंडन के क्रांतिक तापमान से काफी कम है।

अत्यंत छोटी तापन अवधि: रैकर (स्क्रैपर) बल द्वारा 0.01~0.1 मिमी की अत्यंत पतली द्रव फिल्म बनाता है, और सामग्री केवल कुछ सेकंड से लेकर दस सेकंड से अधिक तक तापन क्षेत्र में रहती है, जिससे तापीय विघटन का लगभग कोई जोखिम नहीं होता है।

पूर्णतः बंद उच्च निर्वात ऑक्सीजन-मुक्त वातावरण, जो वायु से ऑक्सीकरण के प्रभाव को अलग करता है तथा अंतिम उत्पादों की पारदर्शिता और तापीय स्थिरता को पूर्णतः संरक्षित करता है।

दर्द का बिंदु 3: सिलिकॉन तेल की उच्च श्यानता होती है; पारंपरिक उपकरण अत्यंत कम ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता प्रदान करते हैं, जिससे स्थानीय अतितापन और फोम एनट्रेनमेंट की संभावना बढ़ जाती है

मध्यम और उच्च श्यानता वाले सिलिकॉन तेल की द्रव्यता कम होती है, और पारंपरिक निर्वात रिएक्टर तथा पैक्ड टावर में घातक दोष होते हैं:

मोटे पदार्थों के कारण ऊष्मा स्थानांतरण कम हो जाता है, रिएक्टर के तल पर स्थानीय अतितापन और कोकिंग होती है, तथा दीवार पर जमा कोक उत्पादों को दूषित करता है।

तापन और उबलने के दौरान बड़ी मात्रा में फोम उत्पन्न होता है, और फोम में मैक्रोअणुक सिलिकॉन तेल आसवित में प्रविष्ट हो जाता है, जिससे अंतिम उत्पाद की प्राप्ति में तीव्र गिरावट आती है।

स्थिर द्रव अवस्था में छोटे अणुओं का द्रव की सतह तक विसरण दर धीमी होती है, जिससे पृथक्करण दक्षता कम हो जाती है; इसके लिए 3 से 5 बार दोहराए गए रेक्टिफिकेशन की आवश्यकता होती है, जिससे ऊर्जा खपत और श्रम लागत दोगुनी हो जाती है।

लक्षित समाधान तर्क

स्क्रैपर द्वारा बलात् फिल्म निर्माण: रोटर उच्च गति से सामग्री को खुरचकर वाष्पीकरणकर्ता की आंतरिक दीवार पर एक समान अति-पतली द्रव फिल्म बनाता है, जिससे स्थानीय उच्च-तापमान के गर्म बिंदुओं के बिना ऊष्मा और द्रव्य के स्थानांतरण की दक्षता दर्जनों गुना बढ़ जाती है।

उबले बिना पृथक्करण: आणविक आसवन में हिंसक उबलने और झाग बनने के बिना मुक्त सतह वाष्पीकरण पर निर्भर किया जाता है, जिससे झाग द्वारा मैक्रो-आणविक सिलिकॉन तेल के साथ अवांछित मिश्रण को रोका जाता है और अंतिम उत्पाद का उपज 95% से अधिक स्थिर रहता है।

अति-पतली द्रव फिल्म छोटे अणुओं के प्रसार और निकलने को तीव्र करती है; एकल-बार पृथक्करण से पारंपरिक उपकरणों के 3 से 5 बार आसवन के समतुल्य शुद्धिकरण प्रभाव प्राप्त किया जा सकता है, जिससे प्रक्रिया प्रवाह काफी संक्षिप्त हो जाता है।

दर्द का बिंदु 4: पारंपरिक शुद्धिकरण प्रक्रियाओं में उपज कम होती है, उप-उत्पादों की पुनर्प्राप्ति कठिन होती है, पर्यावरण संरक्षण पर भारी दबाव पड़ता है और लागत अधिक होती है

पारंपरिक सुधारण में बार-बार उच्च तापमान पर विदलन होने के कारण सिलिकॉन तेल के विघटन की भारी हानि होती है, जिसके कारण मुख्य उत्पाद का उत्पादन केवल 70% से 80% तक ही सीमित रह जाता है।

साइक्लिक सिलॉक्सेन्स जैसे D4/D5 को हटा दिया जाता है, जो उच्च मूल्य वाले कच्चे माल हैं; किंतु पारंपरिक टॉवर्स द्वारा पृथक्करण शुद्धता कम होती है, जिसके कारण इनका पुनर्चक्रण संभव नहीं होता। इन्हें केवल खतरनाक अपशिष्ट के रूप में निपटाया जा सकता है, जिससे कच्चे माल की व्यर्थता और ठोस अपशिष्ट निपटान की उच्च लागत होती है।

कुछ प्रक्रियाओं में अशुद्धियों को हटाने के लिए जल धुलाई और विलायक निष्कर्षण की आवश्यकता होती है, जिससे लवणीय कार्बनिक अपशिष्ट जल की बड़ी मात्रा उत्पन्न होती है तथा पर्यावरणीय उपचार की लागत अधिक होती है।

लक्षित समाधान तर्क

निम्न तापमान और छोटे तापन समय से तापीय क्षति को न्यूनतम किया जाता है, जिससे सिलिकॉन तेल के मुख्य उत्पाद का उत्पादन ≥92% हो जाता है।

हल्के घटकों के छोटे अणुओं को अलग से संघनित करके एकत्रित किया जाता है। उच्च शुद्धता वाले D4/D5 को सीधे बहुलकीकरण प्रक्रिया में पुनर्चक्रण के लिए वापस कर दिया जा सकता है, जिससे कच्चे माल के उपयोग की दर में सुधार होता है।

शुद्ध भौतिक पृथक्करण, जिसमें कोई विलायक नहीं मिलाया जाता है, और पूरी प्रक्रिया में कोई अपशिष्ट जल उत्पन्न नहीं होता है, जिससे उत्तर-उपचार पर्यावरण संरक्षण प्रक्रियाएँ सरल हो जाती हैं।

निरंतर और स्वचालित उत्पादन उपलब्ध है। बैच वैक्यूम रिएक्टरों की तुलना में प्रति इकाई उत्पाद की ऊर्जा खपत और श्रम लागत काफी कम हो जाती है।