CN211688867U - 一种无水电子级乙醇的制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无水电子级乙醇的制备装置，包括依次连接的原料罐，精馏塔，蒸发器，渗透汽化装置，吸附塔以及成品接收器。所述渗透汽化装置浓缩侧出口与吸附塔进口相连，渗透汽化装置渗透侧与精馏塔相连；吸附塔出口与成品接收器进口相连。将工业级乙醇进入精馏塔得到乙醇馏液送入渗透汽化膜分离装置脱水；经渗透汽化膜分离装置分离后得到无水乙醇，渗透液冷凝后返回精馏塔，回收其中的乙醇；渗透汽化分离装置得到的无水乙醇进入吸附塔吸附，除去乙醇中的离子，最终得到无水电子级乙醇。本装置工艺简单，成品乙醇水分低，纯度高，运行能耗低，安全系数高，不产生废盐。

Description

一种无水电子级乙醇的制备装置

技术领域

本实用新型涉及一种无水电子级乙醇的制备装置，属渗透汽化膜应用领域。

背景技术

电子级化学品，又称超净高纯试剂(ultra-clean and high-purity reagents)，国际上统称为工艺化学品，美欧和中国台湾地区又称湿化学品，是超大规模集成电路(俗称“芯片”) 制作过程中的关键性基础化工材料之一，其中电子级乙醇主要用于芯片、液晶、磁头、线路板等精密电子元器件加工过程中的超净清洗、干燥，以及净化间用具的超净清洁有机溶剂。当乙醇中含有碱金属杂质(钠、钾、钙等)时，杂质将溶进氧化膜中，造成耐绝缘电压下降；当重金属(铜、铁、铬、银等)存在，则会使P-N结耐电压降低。因此，其纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能以及可靠性都有着十分重要的影响。

制备超净高纯乙醇的现有技术包括吸附，精馏，亚沸蒸馏，干燥和过滤工艺的一种或者几种。例如中国专利《一种制备超低金属离子浓度乙醇的装置》中叙述了通过亚沸蒸馏获得超低金属离子浓度的电子级乙醇，但此种方法效率较低，不适合工业生产。中国专利《一种制备超净高纯醇类试剂的方法》中叙述了无水乙醇通过改性碳纤维吸附，得到不含离子的超净高纯醇类试剂，但此方法不适合工业级含水乙醇作为原料直接处理，且在处理吸附剂时需使用氧化剂，具有一定的安全隐患。中国专利《一种超纯度无水乙醇的提纯方法》中叙述了无水乙醇通过微量的氢氧化钡，然后进行微膜过滤，过滤后进行精馏。此方法并没有说明对阴阳离子的去除。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有制备电子级乙醇装置原料要求高，需引入外界化合物的缺陷，提供一种以工业级乙醇为原料，不引入其它杂质，稳定性高、含水量低的工业生产装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种无水电子级乙醇的制备装置，包括依次连接的原料罐，精馏塔，蒸发器，渗透汽化装置，吸附塔以及成品接收器；所述渗透汽化装置浓缩侧出口与吸附塔进口相连，渗透汽化装置渗透侧与精馏塔相连；吸附塔出口与成品接收器进口相连。精馏塔轻组分出口与原料罐进口相连。

利用该装置进行无水电子级乙醇的制备方法，包括如下步骤：

第1步：将工业级乙醇输送至精馏塔进行脱轻组分和脱重组分，回流比为2-10，釜温设为 80-110℃，塔顶回流温度在72-80℃，脱除的轻组分占原料液质量的0.1-15％，收集的合格乙醇占原料液质量的60-80％，合格乙醇水分在1.0-10％，轻组分需返回至精馏塔后再次回收其中的乙醇；

第2步：将第1步中的所得乙醇加热后送入渗透汽化膜分离装置进行分离得到无水乙醇，乙醇含水量在0-0.5％，(≥0.2μm，≤1μm)的颗粒杂质低于25个/mL。精馏塔处理后的乙醇馏液在蒸发器中加热到70-180℃后进入渗透汽化膜分离装置，渗透汽化膜的料液侧的表压为 0.1-0.4MPa；渗透侧与真空系统相连，渗透侧绝压为100-4000Pa；所述的渗透汽化膜采用的膜为优先透水膜，可以为分子筛膜、无定形二氧化硅膜、PVA膜，最优是分子筛膜。

第3步：将第2步所得脱水后的乙醇送入吸附塔进行吸附得到成品乙醇，其中，进入吸附塔时乙醇水分在0.1-0.5％，(≥0.2μm，≥1μm，max)的颗粒杂质低于25个/mL，运行压力在0.1-0.2MPa，吸附时间在60-120分钟；吸附所用阳离子吸附树脂使用前及再生需经过酸处理，酸液浓度控制在1～10wt.％，所用酸液体积为阳离子树脂体积的0.5-5倍，酸可以是盐酸，硫酸，磷酸，甲磺酸，树脂可以是凝胶型、大孔型等；吸附所用阴离子树脂使用前以及再生需经过碱处理，碱液浓度控制在1～10wt.％，所用碱液体积为阴离子树脂体积的0.5-5倍，碱可以是氢氧化钠，氢氧化钾，四甲基氟化铵，树脂可以是凝胶型、大孔型等；成品接收器的材质可以为聚四氟乙烯，四氟乙烯，高密度聚乙烯；成品中单个阳离子含量不超过100ppb，单个阴离子含量不超过150ppb，成品要求符合电子级试剂SEMI-C1国际标准。

有益效果：本实用新型工艺简单，运行能耗低，安全系数高，制备过程中乙醇水分低，纯度高，不产生废盐。所用的工艺装置占地面积小，易与操作，质量稳定，可连续生产。

附图说明

图1为本实用新型无水电子级乙醇制备装置的示意图。其中，1为原料罐，2为精馏塔，3为蒸发器，4为渗透汽化装置，5为吸附塔。

具体实施方式

下面通过实施例，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

一种无水电子级乙醇的制备装置，包括依次连接的原料罐1，精馏塔2，蒸发器3，渗透汽化装置4，吸附塔5以及成品接收器；所述渗透汽化装置4浓缩侧出口与吸附塔5进口相连，渗透汽化装置4渗透侧与精馏塔2相连；吸附塔5出口与成品接收器进口相连。精馏塔2轻组分出口与原料罐1进口相连。

实施例1

先将工业级乙醇(95％，含水5％)原料送入原料罐1中，设定精馏塔2塔釜的加热温度为 110℃，保持精馏塔2顶全回流1h，去除原料质量10％的轻组分后，控制回流比为2，收集温度范围在72-80℃乙醇馏分，馏分质量为原料质量的85％、含水10％。将精馏塔2得到的乙醇馏出液输送到渗透汽化装置4中，先经过蒸发器3加热，乙醇水溶液被加热到110℃以蒸汽形式进入到由15个分子筛膜、二氧化硅膜、PVA膜组件(每级膜组件面积为10m²)串联构成的渗透汽化膜分离装置4进行脱水分离。料液侧压力为0.2MPa(表压)，渗透侧压力控制在1000Pa。膜料液侧料液水含量通过渗透汽化膜分离机会明显地降低，得到无水乙醇，含水0.2wt.％，渗透侧在真空泵的抽吸下，得到的渗透液经渗透液冷凝器冷凝后，返回至精馏塔2处理回收其中少量的乙醇。无水乙醇进入吸附塔5，用凝胶型吸附树脂进行吸附处理，吸附过程为乙醇先经过阳离子树脂吸附，之后经过阴离子树脂吸附。阳离子树脂使用前以及再生需经过酸处理，酸液浓度控制在10wt.％，所用酸液体积为阳离子树脂体积的 0.5倍，酸是盐酸，硫酸，磷酸或甲磺酸。阴离子树脂使用前以及再生需经过碱处理，碱液浓度控制在10wt.％，所用碱液体积为阴离子树脂体积的0.5倍，碱是氢氧化钠，氢氧化钾或四甲基氟化铵。吸附后成品进入成品接收器。

实施例1生产出的无水电子级乙醇含量采用气相色谱分析，阳离子采用ICP-MS分析，阴离子采用离子色谱分析，尘埃颗粒采用激光颗粒计数仪进行测定。具体数据如表1。

表1

序号	项目	单位	检测值
				1	乙醇含量	％	≥99.90
2	颗粒(≥0.5μm)	<u>个</u>/ml	23
				3	颗粒(≥1.0μm)	<u>个</u>/ml	11
4	氯化物(CL)	ppb	10
				5	硫酸盐(SO4)	ppb	38
6	砷(As)	ppb	33
				7	钡(Ba)	ppb	16
8	镉(Cd)	ppb	7.8
				9	钴(Co)	ppb	2.2
10	铜(Cu)	ppb	6
				11	铁(Fe)	ppb	17
12	铅(<u>Pb</u>)	ppb	3
				13	锰(<u>Mn</u>)	ppb	0.7
14	镍(Ni)	ppb	1.2
				15	钠(Na)	ppb	79
16	锌(Zn)	ppb	5.9

实施例2

先将工业级乙醇(95％，含水5％)原料送入原料罐1中，设定精馏塔2塔釜的加热温度为 110℃，保持精馏塔2顶全回流1h，去除原料质量10％的轻组分后，控制回流比为6，收集温度范围在74-76℃乙醇馏分，馏分质量为原料质量的60-70％、含水1.0％。将精馏塔2得到的乙醇馏出液输送到渗透汽化装置4中，先经过蒸发器3加热，乙醇水溶液被加热到 70℃以蒸汽形式进入到由15个分子筛膜、二氧化硅膜、PVA膜组件(每级膜组件面积为 10m²)串联构成的渗透汽化膜分离装置4进行脱水分离。料液侧压力为0.1MPa(表压)，渗透侧压力控制在100Pa。膜料液侧料液水含量通过渗透汽化膜分离机会明显地降低，得到无水乙醇，含水0.5wt.％，渗透侧在真空泵的抽吸下，得到的渗透液经渗透液冷凝器冷凝后，返回至精馏塔2处理回收其中少量的乙醇。无水乙醇进入吸附塔5，用大孔型吸附树脂进行吸附处理，吸附过程为乙醇先经过阳离子树脂吸附，之后经过阴离子树脂吸附。阳离子树脂使用前以及再生需经过酸处理，酸液浓度控制在1wt.％，所用酸液体积为阳离子树脂体积的5倍，酸是盐酸，硫酸，磷酸或甲磺酸。阴离子树脂使用前以及再生需经过碱处理，碱液浓度控制在1wt.％，所用碱液体积为阴离子树脂体积的5倍，碱是氢氧化钠，氢氧化钾或四甲基氟化铵。吸附后成品进入成品接收器。

分析结果表明，乙醇含量大于99.9wt.％，水分含量低于0.1wt.％。具体数据如表2。

表2

序号	项目	单位	检测值
				1	乙醇含量	％	≥99.90
2	颗粒(≥0.5μm)	<u>个</u>/ml	21
				3	颗粒(≥1.0μm)	<u>个</u>/ml	8
4	氯化物(CL)	ppb	12
				5	硫酸盐(SO4)	ppb	37
6	砷(As)	ppb	23
				7	钡(Ba)	ppb	10
8	镉(Cd)	ppb	6.1
				9	钴(Co)	ppb	1.6
10	铜(Cu)	ppb	5.0
				11	铁(Fe)	ppb	7.8
12	铅(<u>Pb</u>)	ppb	3.2
				13	锰(<u>Mn</u>)	ppb	0.7
14	镍(Ni)	ppb	1.2
				15	钠(Na)	ppb	61
16	锌(Zn)	ppb	6.3

实施例3

先将工业级乙醇(95％，含水5％)原料送入原料罐1中，设定精馏塔2塔釜的加热温度为 110℃，保持精馏塔2顶全回流1h，去除原料质量10％的轻组分后，控制回流比为10，收集温度范围在72-80℃乙醇馏分，馏分质量为原料质量的90％、含水10％。将精馏塔2得到的乙醇馏出液输送到渗透汽化装置4中，先经过蒸发器3加热，乙醇水溶液被加热到180℃以蒸汽形式进入到由15个分子筛膜、二氧化硅膜、PVA膜组件(每级膜组件面积为10m²)串联构成的渗透汽化膜分离装置4进行脱水分离。料液侧压力为0.4MPa(表压)，渗透侧压力控制在4000Pa。膜料液侧料液水含量通过渗透汽化膜分离机会明显地降低，得到无水乙醇，含水0.1wt.％，渗透侧在真空泵的抽吸下，得到的渗透液经渗透液冷凝器冷凝后，返回至精馏塔2处理回收其中少量的乙醇。无水乙醇进入吸附塔5，用螯合型吸附树脂进行吸附处理，吸附过程为乙醇先经过阳离子树脂吸附，之后经过阴离子树脂吸附。阳离子树脂使用前以及再生需经过酸处理，酸液浓度控制在5wt.％，所用酸液体积为阳离子树脂体积的2 倍，酸是盐酸，硫酸，磷酸或甲磺酸。阴离子树脂使用前以及再生需经过碱处理，碱液浓度控制在5wt.％，所用碱液体积为阴离子树脂体积的2倍，碱是氢氧化钠，氢氧化钾或四甲基氟化铵。吸附后成品进入成品接收器。

分析结果表明，乙醇含量大于99.9wt.％，水分含量低于0.1wt.％。具体数据如表3。

表3

序号	项目	单位	检测值
				1	乙醇含量	％	≥99.90
2	颗粒(≥0.5μm)	<u>个</u>/ml	15
				3	颗粒(≥1.0μm)	<u>个</u>/ml	4
4	氯化物(CL)	ppb	18
				5	硫酸盐(SO4)	ppb	37
6	砷(As)	ppb	23
				7	钡(Ba)	ppb	10
8	镉(Cd)	ppb	2.3
				9	钴(Co)	ppb	1.1
10	铜(Cu)	ppb	2.3
				11	铁(Fe)	ppb	2.8
12	铅(<u>Pb</u>)	ppb	0.0
				13	锰(<u>Mn</u>)	ppb	0.0
14	镍(Ni)	ppb	0.6
				15	钠(Na)	ppb	48
16	锌(Zn)	ppb	3.6

Claims (4)

1.一种无水电子级乙醇的制备装置，其特征在于，包括依次连接的原料罐，精馏塔，蒸发器，渗透汽化装置，吸附塔以及成品接收器；所述渗透汽化装置浓缩侧出口与吸附塔进口相连，渗透汽化装置渗透侧与精馏塔相连；吸附塔出口与成品接收器进口相连。

2.根据权利要求1所述的无水电子级乙醇的制备装置，其特征在于，精馏塔轻组分出口与原料罐进口相连。

3.根据权利要求1所述的无水电子级乙醇的制备装置，其特征在于，渗透汽化装置的渗透侧通过真空系统与精馏塔相连；所述的渗透汽化膜分离装置采用的膜为分子筛膜或无定形二氧化硅膜或PVA膜。

4.根据权利要求1所述的无水电子级乙醇的制备装置，其特征在于，吸附塔所用吸附材料为凝胶型、大孔型或者螯合型离子交换树脂。

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