王 娜,周曉東,徐 玲,郭晶晶,劉 力
(山西新華防化裝備研究院有限公司,山西 太原 030008)
丙硫醚被廣泛應(yīng)用于日用香精及有機合成中間體,其合成技術(shù)[1]較為成熟。純度分析在行業(yè)內(nèi)采用峰面積歸一化色譜法[2]、高效液相色譜法[3]、離子遷移法[4]等。市售丙硫醚純度在98%左右,由于生產(chǎn)工藝不同,原料差異,存在多種無機或有機雜質(zhì),雜質(zhì)的存在會影響實驗評價的性能。本文采用刮膜式分子蒸餾裝置[5-7],在單因素實驗[6]的基礎(chǔ)上,正交優(yōu)化得到最佳提純工藝。
材料:丙硫醚原料,純度98%左右,市售;無水乙醇,分析純。
設(shè)備:刮膜式分子蒸餾裝置。
經(jīng)分析丙硫醚提純中,主要受蒸發(fā)溫度、刮膜轉(zhuǎn)速和蒸發(fā)壓力的影響,本文從這3 個方面因素考慮,進(jìn)行了提純工藝研究。
2.1.1 蒸發(fā)溫度對丙硫醚純度的影響
在刮膜轉(zhuǎn)速為250 r/min,蒸發(fā)壓力為20 Pa,進(jìn)料速度為1 mL/min,蒸發(fā)溫度為30、35、40、45、50 ℃的條件下,以丙硫醚的純度為評價指標(biāo),考察蒸發(fā)溫度對丙硫醚純度的影響。
2.1.2 刮膜轉(zhuǎn)速對丙硫醚純度的影響
蒸發(fā)壓力為20 Pa,蒸發(fā)溫度為40 ℃,進(jìn)料速度為1 mL/min,刮膜轉(zhuǎn)速為150、200、250、300、350 r/min的條件下,以丙硫醚的純度為評價指標(biāo),考察刮膜轉(zhuǎn)速對丙硫醚純度的影響。
2.1.3 蒸發(fā)壓力對丙硫醚純度的影響
在刮膜轉(zhuǎn)速為250 r/min,蒸發(fā)溫度為40 ℃,進(jìn)料速度為1 mL/min,蒸發(fā)壓力為10、20、30、40、50 Pa 的條件下,以丙硫醚的純度為評價指標(biāo),考察蒸發(fā)壓力對丙硫醚純度的影響。
在單因素試驗的基礎(chǔ)上,以丙硫醚刮膜轉(zhuǎn)速、蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)壓力作為考察因素,每個因素取3 個水平,丙硫醚的純度作為考察指標(biāo),進(jìn)行L9(34)正交實驗設(shè)計,實驗設(shè)計表見表1,得出最佳分離提純條件。
表1 正交試驗因素水平表
從圖1 看出,當(dāng)蒸發(fā)溫度低于40℃時,重組分餾出物丙硫醚的純度與蒸發(fā)溫度呈正相關(guān),在溫度為40 ℃時,餾出物的純度最大,為99.62%。當(dāng)蒸發(fā)溫度大于40 ℃時,流出物重組分中的丙硫醚的純度隨著溫度的升高而降低,可能是由于在一定的溫度范圍內(nèi),丙硫醚與雜質(zhì)的分離效果較好,但超過一定溫度時,丙硫醚在真空腔中擴散的速度比較快,未能冷凝就被真空泵抽走損失。確定分子蒸餾丙硫醚的最適宜溫度為35~40 ℃,以此溫度為參考進(jìn)行后續(xù)正交分離提純實驗。
圖1 蒸發(fā)溫度對丙硫醚純度的影響
從圖2 看出,當(dāng)刮膜轉(zhuǎn)速低于200 r/min 時,丙硫醚純度隨著刮膜轉(zhuǎn)速的升高而增加,刮膜轉(zhuǎn)速為200 r/min 時,丙硫醚的純度最大為99.71%,當(dāng)轉(zhuǎn)速大于200 r/min 時,餾出物重組份中丙硫醚的純度隨著刮膜轉(zhuǎn)速的增加而減小,此時確定刮膜轉(zhuǎn)速為200~250 r/min 進(jìn)行后續(xù)正交分離提純試驗。
圖2 刮膜轉(zhuǎn)速對丙硫醚純度的影響
從圖3 看出,丙硫醚的純度對蒸發(fā)壓力的升高呈先增加后降低的趨勢,當(dāng)蒸餾壓力為20 Pa 時,餾出物中的丙硫醚純度最大為99.82%,這是由于當(dāng)蒸發(fā)壓力小于20 Pa 時,分子自由程較大,使得雜質(zhì)一并蒸發(fā);當(dāng)壓力為20 Pa 時,丙硫醚被蒸發(fā)并冷凝下來,純度有所增加;當(dāng)蒸發(fā)壓力繼續(xù)變大,分子自由程變小,使得丙硫醚混合物不能充分蒸發(fā),導(dǎo)致丙硫醚的純度下降。此時確定蒸發(fā)壓力為10~30 Pa 開展后續(xù)正交分離提純實驗。
圖3 蒸發(fā)壓力對丙硫醚純度的影響
從表2 看出,在進(jìn)料速度1 mL/min 的條件下,各因素對丙硫醚純度影響的大小為:刮膜轉(zhuǎn)速(A)>蒸發(fā)壓力(C)>蒸發(fā)溫度(B)。由表中k 值可知,丙硫醚的最佳提純工藝為A1B2C1,即刮膜轉(zhuǎn)速為200 r/min,蒸發(fā)溫度為40 ℃,蒸餾壓力為20 Pa,按照此工藝將丙硫醚進(jìn)行分離,經(jīng)純度分析可將市售的98%的丙硫醚提純至99.5%以上。
表2 正交實驗結(jié)果
在丙硫醚的分離提純過程中,分子蒸餾的蒸餾溫度、刮膜速度和蒸餾壓力都對丙硫醚的純度有一定的影響,采用正交法優(yōu)化工藝后發(fā)現(xiàn),刮膜轉(zhuǎn)速影響最大,蒸餾壓力次之,蒸餾溫度影響最小,分子蒸餾提純丙硫醚的最佳工藝為刮膜轉(zhuǎn)速為200 r/min,蒸發(fā)溫度為40 ℃,蒸餾壓力為20 Pa。此分離提純方法能得到高純度的丙硫醚,也為其余高沸點的有機物的提純奠定了基礎(chǔ)。