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朱斌等:工业级异丙醇连续生产电子级异丙醇
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工业级异丙醇连续生产电子级异丙醇
朱斌',刘其松2,吴子波2,曾红2,付超
(1.四川职业技术学院,四川遂宁62900;2.四川大学化工学院,成都610065
摘要:通过间歇精馏和亚沸精馏相结合的方式实现了由工业级异丙醇连续生产电子级别异丙醇,产品质量达到了SEMI
C8标准;在生产色谱级别异丙醇的过程中使用了模拟和实验相结合的方式,节省了实验时间,同时研究了不同塔对产品异丙
醇收率的影响。
关键词:电子级试剂;异丙醇;精馏提纯
中图分类号:TQ223
文献标识码:B
文章编号:1001-9219(2009)-02-67-03
超净高纯试剂(国际上称为 Process Chemicals,将被提纯的液体加热到温度低于沸点5℃~-20℃。由
也叫做电子试剂)是微电子工业中,特别是超大规模于未达到沸点,这时和液相平衡的气相也就不再是
集成电路制作过程中的关键性基础化工材料之
由大量蒸气雾粒所组成,物料基本上呈分子状态。
它主要用于芯片的清洗和腐蚀,其纯度和洁净度对此时蒸汽中就极少夹带或不夹带金属离子和固体
集成电路的成品率、电性能及可靠性有着十分重要微粒了。再在气相空间放一个冷凝器,由于冷凝管
的影响叫。近年来随着计算机和机电一体化的发展,超表面温度远低于气相温度,所以以分子状态存在于
净高纯试剂等微电子产品的需求量也与日俱增門。超气相空间的蒸汽在冷凝管上冷凝成液体,这就是用
净高纯试剂在半导体工业中的消耗比例大致占10%亚沸蒸馏法提纯得到的液体。缺点是此种方法生产
~15%,其中有机类化学品的需求量在微电子化学品效率较低,产量较小。
中占总体积的3%以上,市场需求量相当可观。而超
本文考虑到实验室实际和生产需求,采用了亚
净高纯异丙醇(IPA)占有相当大的比例,“十ー五”末沸精馏和间敬精馏相结合的方式,通过调整不同的
超净高纯异丙醇的总需求将达11600ta以上。
工艺条件和参数,实现了由工业级别异丙醇连续生
提纯制备高纯试剂常用的技术有化学净化法、产电子级别异丙醇的过程
化学蒸馏法、亚沸菾馏法、精馏法、离子交换树脂净
化法等,每种方法都有自身的优缺点,在实际生产1实验部分
中要结合实际情况选择适宜的纯化方式。
1.1实验工艺流程图
间歇精馏是精细化工生产中的重要单元操作,
其主要特点:1)能单塔分离多组分混合物;2)允许
进料组分浓度在很大的范围内变化;3)可适用于不
同分离要求的物料,如相对挥发度及产品纯度要求
馏搭高位裆流计精馏塔24高位流量计内放置业沸帮馏器
的净箱
不同的物料。此外间歇精馏还比较适用于高沸点、高
图1工艺流程示意图
凝固点和热敏性等物料的分离。随着精细化工及医
Fig 1 Schematic process flow diagram
药等工业的发展,对间歇精馏技术的要求越来越高,
表1精塔1#、2#的数
间歇精馏技术也日益受到前所未有的重视?。
Table 1 Parameters of 1# and 2* distillation columns
亚沸蒸馏是一种除去液体中金属离子与固体
塔参数
精馏塔1#
精馏塔2
微粒的极为有效的方法。亚沸蒸馏操作的要点在于高“直径 D/mm*mm
1000*100
1500*100
塔釜容积L
填料尺寸/mm*mm
2.5*2.5
4*4
收稿日期:2009-01-05;基金项目:四川省教育厅自然科学科研
基金项目(项目编号:07C042);作者简介:朱斌(1957-),男,
精馏塔的参数和详细结构如表1和图1所示。
副教授,电话13795888395,电邮zhubin2290296の126.com;
通讯联系人:电话13708228,电邮 Fuchao897 VID. com。由压力传感器、p100热电阻和DWB-日型温度变送
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天然气化工
2009年第34卷
器分判连接塔顶塔釜测定压力温度,通过一个集中 Chemcad中C- BATCH模块进行了模拟,以获得最
的数据传送模块连接电脑,电脑控制显示部分由自优的实验初始条件。
行开发设计的工业软件MCCS实现。高位槽内为塔
异丙醇中杂质因生产方法的不同而不同。目
顶产品,由阀门和流量计控制进入下一级操作单前,工业上异丙醇的生产方法主要是丙烯水合法,
元。内放置亚沸精馏器的洁净箱,其中洁净箱根据异丙醇中杂质主要有正丙醇、水、酮、酸等,故采用
手套箱原理自行设计,可有效的达到无尘要求。亚98%的异丙醇、0.5%的水、0.5%的丙酮、0.5%的正丙
沸蒸馏器为两级亚沸器串联,材质为石英玻璃。
醇作为原料模拟组分。参考文献和经验,其它模拟
条件为:热力学模型 UNIQUAC,理论板20块,产品
质量分数99.8%,回流比8。模拟结果见图3、图4。
业示
由此可得较适宜的操作条件为:理论板数18~25
回流比9~12
70
60
Q50
?40
二=
?、30
?20
5液体分布器和稱分布
10
8全髻
回流比R
图3回流比对PA收率的影响
图2精塔的细结构图
Fig 3 Effect of reflux ratio on IPA yield
Fig 2 Structure of the distillation column
1.2实验仪器
上海天美A6000型原子吸收光谱仪;上海天
美CC7890I型气相色谱仪,FID检测器,30mn
三
0.,25mmx0.25LmAT.FFAP毛细管柱二阶程序升温;
山东海诺仪器有限公司SFY-3A型卡尔非休斯水分
20
测定仪;北京普析通用仪器有限公司TU-1810紫
0
外-可见分光光度计;上海盛磁仪器有限公司DDS
11A型电导仪。
1.3产品保存
理论板数N
电子级产品的最大问题在于保存,由于保存不
图4理论板数对IPA收率的影响
当很容易被污染,本实验中采用聚四氟乙烯試剂瓶
Fig 4 Effect of theoretical plate number on IPA yield
保存,其清洗和仪器清洗类似,试剂盛装密封后放置2112实验结果与讨论
在自行设计洁净箱中。测定了不同时间后产品质量
工业级异丙醇前处理见表2,处理后沉淀过夜,
指标,基本不发生变化,证明了此保存方式的可靠性。静止取上层液,加入塔釜精馏。同时获得了在不同塔
高塔径和填料尺寸情况下,理论板、异丙醇收率、蒸
2结果与讨论
发量和最优回流比的变化,结果见表3。实验中发现
2.1工业级异丙醇制色谱级异丙醇
单程收率较低,所以采用了两级塔串联的方式(塔参
2.1.1实验过程模拟
数见表1),收率达87,5%(产品质量指标见表4),而
为提高实验效率,对该过程通过化工模拟软件且由于减轻了单塔负担,能耗降低了5%-10%。