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一种新型连续熔融结晶工艺的提纯潜力的研究.pdf

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一种新型连续熔融结晶工艺的提纯潜力研究 摘要:为了结合连续悬浮法结晶工艺和问歇式层析结晶技术各自的 优点,熔融结晶领域最近发明了颗粒提纯工艺。这种工艺连续操作, 包括一个造粒单元和一个紧随其后的洗涤塔。造粒单元从不纯熔融 物中制得颗粒产品,然后将它们送往洗涤塔提纯。为了评定这种工 艺的工业生产能力,我们研究了在产品造粒期间工艺参数的设置对 后面洗涤塔中提纯效果的影响。洗涤塔内的分离是通过结晶、发汗 和洗涤一系列步骤实现的,因此,应分别对每一个步骤在改变造粒 参数条件下进行研究。下面将以发汗为例阐述这些参数对提纯效率 的影响。 关键词:熔融结晶:连续操作;洗涤塔:颗粒 I引言 层析熔融结晶工艺以能生产极高纯度的产品而著名。但许多场 合,它只能通过~系列步骤实现提纯以及不可避免的间歇式操作使得 此工艺费用非常大。另一方面,悬浮熔融结晶中,晶体群具有较大 的比表面积使之能同时具有适度的成长速率和工业上适宜的分离效 率。但是,巨大的表面积使在实际的结晶阶段后固.液分离复杂化, 从而使工艺整体分离效果变差。因此,大多数情况下,结晶操作后 面要配以发汗和洗涤这些提纯步骤。在悬浮法结晶的许多工业应用 中,后续提纯操作都是在洗涤塔中进行的。洗涤塔内依赖于产品性 质的复杂的流体力学使得工厂生产难以控制。特别是具有较宽粒度 分布的不稳定的晶体能引起在床层形成和渗透能力中的一些问题。 以上提出的在层析和悬浮结晶领域存在的问题为一中新型连续 熔融结晶工艺勾勒出了雏形:这个工艺中,不纯熔融物首先被粒化, 然后进入洗涤塔继续提纯11]。按这样描述,设想尽管任何一种形式 的造粒装置都可以满足上述的工艺要求,我们还是采用了[2】介绍的 钢带冷却器进行实验研究。在这中造粒装置中,颗粒是通过液滴成 形工艺制得的。一条被冷却的钢带不停地运转着,不纯熔融物的液 滴滴落到钢板上并固化,得到的颗粒形状和大小均一且高径比接近 一致。然后,这些颗粒进入洗涤塔洗去包容的杂质。颗粒特殊的几 何结构改善了流体力学特性,从而使操作易于控制。 为评价新工艺的提纯潜力,第一步要研究造粒参数对颗粒性质 的影响。然后再考虑颗粒的分离效率及颗粒性质对它的决定作用。 因为洗涤塔中分离操作是按Ulrich[3]中描述的那样经发汗、洗涤、 结晶一系列步骤结合完成的,我们就对这些步骤在实验室规模的装 置上分开单独进行研究。我们将以发汗为例阐明造粒过程中工艺参 数对颗粒性质的影响及它对物质可分性的决定作用。 2实验步骤 为了进行上述实验,我们组装了【5】中所描述的造粒设备。造粒 部件仿造成冷却的钢带,能够精确设定造粒表面温度,表面上方温 度变化绝不能超过012K。实验所用原料是己内酰胺,它是合成尼龙一 6的单体。尽管工业纯己内酰胺包含水和几种有机杂质,这里实验 用的己内酰胺却只含水这种人为选定的杂质。经过一系列实验前的 验证表明有机杂质与水一样能通过结晶操作同等程度地被除去。所 以,水可以作为己内酰胺中的所有杂质可分离性研究的一个代表。 这些实验中,水杂质的含量(O.5%wt,1.O%wt),造粒温度(O℃,10℃, 20℃,30 oc)和造粒表面粗糙度(碾压表面、喷砂表面)是不同的。得 到的颗粒又在『51那样的装置中进行发汗实验。理想发汗温度经预先 实验确定为64℃。发汗时间不同,分三个阶段,每阶段30分钟。 每次发汗前检验颗粒水含量确保偏差不超过0.05%叭,然后称 重,这样就可计算由汗液的排出引起的颗粒质量的减少量。计算这 个量是为推断是否真正进行了发汗和干燥。接下来用Karl—Fischer滴 定器测定颗粒中的水含量。随着发汗介质变暖,所用的空气被流经 烧杯夹套的热流体保持恒温。装置底部的二氧化硅凝胶吸收汗液蒸 发出的水分,以防颗粒再次吸水。 3结果与讨论 发汗实验的一些典型结果如图1所示。有效分配系数是发汗后 杂质浓度与初始杂质浓度的比值,它以发汗时问、造粒温度和初始 含水量函数形式绘于图中。从图中可以看出,造粒温度和初始水含 量都影响提纯效果:分离效果随造粒温度和初始杂质含量的降低而 提高。 为了比较造粒表面粗糙度和初始含水量对发汗提纯的影响,图 2给出了所有发汗实验的结果。但对每一次发汗时间,所有造粒温 度操作得到的有效分配系数求平均值,可以发现,发汗效果随造粒 表面粗糙度增大而提高

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