来源:市场资讯
(来源:兴园化工园区研究院)
一、粗二甲基亚砜成分及核心物性
1、成份及物性
粗二甲基亚砜典型组分质量占比:DMSO 80%~90%,二甲基砜0.8%~1.2%,水7%~10%,硝酸盐4%~8.7%。
2.DMSO–水二元共沸体系
① 存在最低共沸物:常压下共沸温度≈83–84℃,共沸组成水质量分数约 65%,DMSO≈35%
② 特点:
1)共沸温度远低于纯水100℃、纯 DMSO 189℃;
2)水含量高时优先采出共沸馏分;水脱至低浓度后,共沸消失,单独蒸DMSO;
3)减压下共沸温度同步下移,工业脱水分段采用减压精馏避免高温。
3.DMSO热敏性
1)<150℃:稳定,长期停留分解率<1%/24h
2)150–180℃:缓慢歧化分解,生成二甲基砜、二甲硫醚、甲醛、甲硫醇;温度越高分解加速
3)≥189℃(常压沸点):剧烈持续分解,长时间回流分解约 5%/24h;酸性 / 氧化性杂质(NO₂⁻、NO₃⁻)大幅降低分解起始温度,存在放热失控风险。
本工艺采用精馏塔-成品塔双塔串联、共用再沸器的创新装置构型,实现电子级高纯度DMSO连续化工业化生产。
二、装置配置与流程特征
1.精馏塔 2.成品塔3.再沸器 4.进料管 5.第一气相管 6.第二气相管 7.回流管
8.定排管 11.第一管路12.第二管路13.第三管路14.第四管路。
整套精馏装置由精馏塔、成品塔、共用再沸器三大核心设备组成。
1.物料分离流程:粗DMSO原料送入精馏塔中部进料口,精馏塔塔顶第一气相管外接负压机组,主要外排水及DMSO-水共沸轻组分;成品塔塔顶第二气相管对接独立负压源,提纯合格气相DMSO引出冷凝,即可制得精制成品。
2.热源管路设计:共用再沸器底部连通双塔塔底,顶部通过两路管路对接双塔中部;连通成品塔管路截面积为精馏塔管路的1.5~2.5倍。
3.回流降耗结构:成品塔顶部外接回流管路,管路末端配套喷淋组件接入精馏塔内部,成品塔液化高纯DMSO自流回流,与塔内上升气相逆流传质换热,有效降低气相夹带造成的DMSO损耗。
4.设备布局与配套防护:双塔塔底基准标高平齐,成品塔塔顶安装高度更低;进料管、再沸器底部排污管外壁均加装蒸汽夹套,分别用于原料预热提升闪蒸效率、保温防凝,避免无机盐与二甲基砜降温结晶堵塞管路。
三、关键工艺参数
(一)真空度参数
精馏塔、成品塔塔内表压统一控制在<-90 kPa深度真空工况,可降低能耗和避免高温分解。
(二)温度参数
工艺控制点
标准操作范围
工业化优选值
再沸器塔釜温度
≤155℃
152℃
精馏塔塔顶温度
≤130℃(优选100~135℃)
120℃
成品塔塔顶温度
≤145℃(优选120~145℃)
128℃
温控逻辑说明:
再沸器釜温锁定152℃,既可保障物料充足汽化量,满足双塔精馏气相负荷,又可规避超温引发DMSO分解、氧化性盐诱发放热副反应;
精馏塔顶恒温120℃,保障水-DMSO共沸轻组分持续气相外排,绝大部分DMSO、二甲基砜冷凝留存塔内;
成品塔顶恒温128℃,精准筛选汽化组分,保障采出气相DMSO高纯稳定。
(三)流量参数
粗DMSO稳态进料流量:5500~6500 kg/h;
系统平稳运行后,精馏塔回流管路流量:500~700 kg/h,成品塔回流管路流量:400~600 kg/h;
双塔回流总流量占进料流量0~100%可调;
成品气相采出流量:2500~3000 kg/h。
五、分离效果与成品、副产指标
经工业化连续投产验证:
相较于传统独立再沸器双塔精馏工艺,DMSO产能提升约11%;成成品单相水分均值由270 ppm降至170 ppm。
成品依据国标GB/T 21395-2024完成全项检测,DMSO质量纯度≥99.999%,完全符合电子级二甲基亚砜使用标准。
评价
这种设计实现了两个塔在热量、物料和操作上的深度耦合,最终目的是在保证产品超高纯度(≥99.999%)的同时,提高分离效率和产能。
设计特点体现在以下几个方面:
关联一:共用再沸器(核心热量与物料枢纽)
两塔的塔底和塔身中部分别通过管路与同一个再沸器相连,构成了一个复杂的循环系统。
塔底向再沸器供料:精馏塔和成品塔的塔底液分别通过第一管路和第二管路汇入再沸器。
再沸器向塔身返料:再沸器加热产生的气液混合物,再通过第三管路返回精馏塔,通过第四管路返回成品塔。
一个关键设计是,第四管路(至成品塔)的截流面积大于第三管路(至精馏塔)。这意味着再沸器产生的更多蒸汽会进入成品塔,以此提高成品塔的处理能力和产品采出量。
关联二:成品塔向精馏塔回流(独特的组分调控)
这是该工艺最独特的设计之一。成品塔塔顶的气相,并非全部作为产品采出,而是有一部分通过回流管,被引回至精馏塔的回流口。
这个设计好处:
① 回收有用组分:将成品塔顶蒸汽中夹带的DMSO回收,送回精馏塔继续参与分离,提高了产品收率。
② 富集成品塔:在开车初期,通过关闭产品采出(第二气相管),进行全回流,让成品塔内轻组分(如水)更多地回流到精馏塔被分离掉,从而在成品塔内快速富集高纯度的DMSO。
关联三:共享负压与独特的压力分布
① 共享负压源:精馏塔的第一气相管和成品塔的第二气相管都连接到同一个负压源,使两塔在相近的真空度下操作(小于-90Kpa)。
② 独特的“压力差”:一个很巧妙的设计是,成品塔的塔顶要低于精馏塔的塔顶。在同一负压下,这种高度差会形成微小的压力梯度,使得成品塔内的轻组分(如水蒸气)更容易通过回流管被“压”回精馏塔并被分离出去。
资料来源:国家知识产权局官网《一种二甲基亚砜精馏装置及方法》
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