基于分子蒸餾的丙硫醚提純工藝研究

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。

1 材料與設(shè)備

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。

2 分離提純工藝研究

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 丙硫醚分子蒸餾提純的單因素實驗設(shè)計

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。

2.2 分離提純條件的正交提純工藝優(yōu)化

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

3 提純工藝研究

3.1 蒸發(fā)溫度對丙硫醚純度的影響

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

3.2 刮膜轉(zhuǎn)速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

3.3 蒸發(fā)壓力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

3.4 正交實驗結(jié)果分析

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

4 結(jié)論

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)。