本发明公开了一种超纯丙酮的制备方法及装置。将工业丙酮经离子交换树脂处理除去杂质离子,经脱水后进行膜过滤,制备得到本发明的目标产物超纯丙酮,其纯度为99.8%及以上,水分含量小于0.1%,经检测目标产物中杂质离子的含量均低于指标值,大于1.0μm颗粒杂质个数低于10/ml,各项指标值均符合SEMI C1.2-96标准。与现有技术相比,本发明方法低碳环保,成本低廉,将料液循环处理,可降低对环境的不利影响,使用的离子交换树脂和分子筛可以再生回用;并且本发明将阳离子交换、阴离子交换、水分和颗粒杂质独立又相互关联的单元组合成为一体装置,操作过程方便,产品质量稳定,具有工业化生产的前景。
1.一种超纯丙酮的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:1)将工业丙酮在常温、0.2-0.8MPa下在阳离子交换柱中进行阳离子交换,通过取样口取样检测丙酮物料的阳离子含量,符合标准的物料进入阴离子交换柱;2)去除阳离子的丙酮物料在阴离子交换柱中进行阴离子交换,通过取样口取样检测丙酮物料的阴离子含量,符合标准的物料进入分子筛除水装置;3)去除阳、阴离子的丙酮物料在分子筛除水装置中进行脱水,通过取样口取样检测物料中的水分含量,符合标准的物料进入膜过滤装置;4)去除阳、阴离子、水分的丙酮物料在膜过滤装置中以0.3-0.5MPa的压力进行膜过滤,收集滤液得到目标产物超纯丙酮。
2.一种制备超纯丙酮的装置,其特征在于,包括通过管道依次连接的原料槽、阳离子交换循环泵、阳离子交换柱、阳离子交换料盛放槽、阴离子交换循环泵、阴离子交换柱、阴离子交换料盛放槽、干燥循环泵、分子筛除水柱、除去水分物料的盛放槽、干燥循环泵、复合膜过滤器、成品盛放槽;其中,在除了成品盛放槽外的上述设备的出口端管道中均设有阀门;且在阳离子交换柱、阴离子交换柱、分子筛除水柱的出口端管道还分别设取样口;阳离子交换物料盛放槽、阴离子交换物料盛放槽、除去水分物料盛放槽的出口端管道还分别通过管道连接于阳离子交换循环泵、阴离子交换循环泵、干燥循环泵的入口端管道,在上述管道中均设有阀门。
3.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,所述的阳离子交换柱中的填充树脂为大孔强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂或丙烯酸型阳离子交换中的一种。
4.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,所述的阴离子交换树脂柱中的填充树脂为大孔强碱性苯乙烯阴离子交换树脂或丙烯酸型阴离子交换树脂中的一种。
5.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,所述的分子筛除水装置中分子筛为3A,4A或5A分子筛中的一种,硅铝比为2-4。
6.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,所述的复合膜过滤器包括复合过滤膜和支架,由全氟材料制备。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述的复合过滤膜由全氟羧酸和全氟磺酸树脂组成,复合膜的孔径为0.1-0.2μm。
8.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,与物料接触的装置、容器和管道内壁均涂覆含氟材料。技术领域
本发明涉及一种超纯丙酮的制备方法及装置,具体涉及一种达到国际半导体设备和材料组织制定的化学材料部分SEMIxa0C1.2-96标准要求的超纯丙酮的制备方法和装置。
背景技术
丙酮(Acetone)是一种重要的化工原料,丙酮化学性质比较活泼,能起卤代、加成、缩合等反应,在微电子工业、半导体行业中可作为精密仪器或线路板的清洗剂、LCD液晶材料生产的溶剂等,作为溶剂或原料用于塑料、橡胶、纤维、制革等行业,用于合成烯酮、醋酐、碘仿、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸、甲酯、氯仿、环氧树脂等物质,丙酮的纯度和洁净度对电子产品的成品率、电性能及可靠性都有着十分重要的影响。近年来由于IT工业的迅速发展,特别是随着集成电路的尺寸向微小化和处理向高速化方向发展,对超纯丙酮等电子级化学品的纯度提出了苛刻的要求。对酸度、碱度、色度、主含量、各种离子和固体颗粒等指标都有严格的规定,要求符合SEMI的相应标准。现有技术中,丙酮的纯化方法常采用单元操作的方法分别除去金属离子杂质、颗粒杂质、有机杂质和水分等,这种处理方法操作繁琐,操作过程中容易受到环境的因素影响产品的质量,不适合工业化生产。周淑珍等【周淑珍,李涛,李玉,任保增,高纯丙酮制备工艺研究,河南化工[J],2010,27(3):33-34】以分析纯丙酮为原料,采用两级亚沸蒸馏的方法制备得到高纯丙酮。但由于该方法需要将蒸馏温度控制在33°C以下,一旦温度高于此温度后,产品的纯度将迅速下降,若蒸发温度降低,蒸发速度变慢,温度控制困难。因此这种方法产能低,能耗高,无工业化生产的前景。
发明内容
本发明所要解决的问题在于提供一种超纯丙酮的制备方法及装置,以克服现有技术中单元操作过程繁琐,能耗高,产能低,过程控制困难的不足。本发明的技术构思是这样的:将工业丙酮经离子交换树脂处理除去杂质离子,经脱水后进行膜过滤,即制备得到本发明的目标产物超纯丙酮,本发明所述的超纯丙酮的制备方法,包括如下步骤:1)将工业丙酮在常温、0.2-0.8MPa下在阳离子交换柱中进行阳离子交换,通过取样口取样检测丙酮物料的阳离子含量,符合标准的物料进入阴离子交换柱;2)去除阳离子的丙酮物料在阴离子交换柱中,进行阴离子交换,通过取样口取样检测丙酮物料的阴离子含量,符合标准的物料进入分子筛除水装置;3)去除阳、阴离子的丙酮物料在分子筛除水装置中进行脱水,通过取样口取样检测物料中的水分含量,符合标准的物料进入膜过滤装置;4)去除阳、阴离子,水分的丙酮物料在膜过滤装置中以0.3-0.5MPa的压力进行膜过滤,收集滤液,即得到目标产物超纯丙酮。本发明所述的制备超纯丙酮的装置,包括通过管道依次连接的原料槽、阳离子交换循环泵、阳离子交换柱、阳离子交换料盛放槽、阴离子交换循环泵、阴离子交换柱、阴离子交换料盛放槽、干燥循环泵、分子筛除水柱、除去水分物料的盛放槽、干燥循环泵、复合膜过滤器、成品盛放槽。其中,在除了成品盛放槽外的上述设备的出口端管道中均设有阀门;且在阳离子交换柱、阴离子交换柱、分子筛除水柱的出口端管道还分别设取样口;阳离子交换物料盛放槽、阴离子交换物料盛放槽、除去水分物料盛放槽的出口端管道还分别通过管道连接于阳离子交换循环泵、阴离子交换循环泵、干燥循环泵的入口端管道,在上述管道中均设有阀门。按照本发明所述的制备超纯丙酮的装置,所述的阳离子交换柱中的填充树脂为大孔强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂或丙烯酸型阳离子交换中的一种,所述的阴离子交换树脂柱中的填充树脂为大孔强碱性苯乙烯阴离子交换树脂或丙烯酸型阴离子交换树脂中的一种。所述的分子筛除水装置中的分子筛为3A,4A或5A分子筛中的一种,硅铝比为2-4。所述的复合膜过滤器包括复合过滤膜和支架,由全氟材料制备,其中复合过滤膜由全氟羧酸和全氟磺酸树脂组成,复合膜的孔径为0.1-0.2μm。并且,本发明所述的制备超纯丙酮的装置中,与物料接触的设备、容器和管道内壁均涂覆含氟材料。本发明所述的离子交换系统、分子筛除水装置中离子交换树脂柱和分子筛除水柱的尺寸为80cm×8cm,当超过5个循环(处理物料的体积/流速)才能达到SEMI标准,则离子交换树脂和分子筛需取出活化再生后可继续使用。本发明用三个循环泵分别控制三个体系的流速,将三个循环系统的料液通过复合膜除去颗粒杂质,得到符合要求的目标产物。用本发明方法得到的超纯丙酮纯度为99.8%及以上,水分含量小于0.1%,经检测目标产物中杂质离子含量均低于指标值,大于1.0μm颗粒杂质个数低于10/ml,符合SEMIC1.2-96标准。与现有技术相比较:本发明采用离子交换树脂、吸水分子筛和膜过滤装置集成的超纯丙酮的制备方法,具有低碳环保,成本低廉的优点。并且,通过将料液循环处理,可降低对环境的不利影响,使用的离子交换树脂和分子筛还可以再生回用。本发明将阳离子交换、阴离子交换、水分和颗粒杂质独立又相互关联的单元组合为一体的装置,操作过程方便,产品质量稳定,具有工业化生产的前景。
附图说明
图1为本发明的超纯丙酮的制备方法的工艺流程图。图2为本发明制备超纯丙酮的生产装置图。其中,图1、图2中的各标号分别为:1、原料槽,3、阳离子交换循环泵,5、阳离子交换柱,7、1#取样口,8、阳离子交换物料盛放槽,11、阴离子交换循环泵,13、阴离子交换柱,16、2#取样口,17、阴离子交换物料盛放槽,20、干燥循环泵,22、分子筛除水柱,23、3#取样口,25、除去水分物料盛放槽,28、干燥循环泵,30、复合膜过滤器,31、4#取样口,32、成品盛放槽;其它标号,如2、4、6、9、10、12、14、15、18、19、21、24、26、27、29均为阀门。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1将原料槽1中的工业级丙酮15L在常温,控制流速为200ml/min进入尺寸为80cm×8cm阳离子交换柱5进行阳离子离子交换,1小时后通过1#取样口7进行取样检测丙酮物料的阳离子含量,检测结果见表1(若检测结果丙酮物料的阳离子含量不符合标准,则物料通过循环泵3返回至阳离子交换物料盛放槽8中,再次循环至阳离子交换柱5进行离子交换,检测结果阳离子含量符合标准后的丙酮物料进行阴离子交换)。去除阳离子的丙酮物料由阴离子交换循环泵11进入尺寸为80cm×8cm阴离子交换柱13中,1小时后通过2#取样口16进行取样检测丙酮物料的阴离子含量,检测结果见表1(若检测结果丙酮物料的阴离子含量不符合标准,则物料通过阴离子交换循环泵11返回至阴离子交换物料盛放槽17中,再次循环至阴离子交换柱13进行离子交换,若检测结果阴离子含量符合标准,则将丙酮物料进行分子筛除水装置)。去除阳、阴离子的丙酮物料由干燥循环泵20进入4A分子筛除水柱22中,1小时后通过3#取样口23进行水分含量检测,检测结果见表1(若检测结果丙酮物料水分含量不符合SEMI标准,将物料通过干燥循环泵20返回至除去水分物料盛放槽25中,再次循环至4A分子筛除水柱22去除水分至丙酮物料含量符合标准)。去除阳、阴离子,水分的丙酮物料在0.3MPa压力下料液进入膜过滤器30进行过滤,通过4#取样口31检测杂质颗粒数,收集得到符合标准的超纯丙酮产品14.9L,置于成品盛放槽32中。实施例2将原料槽1中的工业级丙酮30L在常温,控制流速为400ml/min进入尺寸为80cm×8cm阳离子交换柱5进行阳离子离子交换,2小时后通过1#取样口7进行取样检测丙酮物料的阳离子含量,检测结果见表1(若检测结果丙酮物料的阳离子含量不符合标准,采用同实施例1的步骤进行处理。去除阳离子的丙酮物料由阴离子交换循环泵11进入尺寸为80cm×8cm阴离子交换柱13中,1小时后通过2#取样口16进行取样检测丙酮物料的阴离子含量,检测结果见表1(若检测结果丙酮物料的阴离子含量不符合标准,去除阳、阴离子的丙酮物料由干燥循环泵20进入4A分子筛除水柱22中,1小时后通过3#取样口23进行水分含量检测,检测结果见表1(若检测结果丙酮物料水分含量不符合SEMI标准,将物料通过干燥循环泵20返回至除去水分物料盛放槽25中,再次循环至4A分子筛除水柱22去除水分至丙酮物料含量符合标准)。去除阳、阴离子,水分的丙酮物料在0.5MPa压力下料液进入膜过滤器30进行过滤,通过4#取样口31检测杂质颗粒数,收集得到符合标准的超纯丙酮产品29.9L,置于成品盛放槽32中。表1xa0xa0超纯丙酮标准与分析结果xa0xa0项目
xa0xa0单位
xa0xa0SEMIxa0C1.2-96
xa0xa0实施例1
xa0xa0实施例2
xa0xa0丙酮含量
xa0xa0%
xa0xa099.5
xa0xa099.8
xa0xa099.7
xa0xa0颜色
xa0xa0APHA
xa0xa0≤10
xa0xa05
xa0xa06
xa0xa0酸度
xa0xa0μeq/g
xa0xa0≤0.3
xa0xa00.1
xa0xa00.1
xa0xa0碱度
xa0xa0μeq/g
xa0xa0≤0.5
xa0xa00.2
xa0xa00.2
xa0xa0蒸发残留
xa0xa0ppm
xa0xa0≤5
xa0xa01.5
xa0xa01.5
xa0xa0水含量(H₂O)
xa0xa0%
xa0xa0≤0.5
xa0xa00.04
xa0xa00.05
xa0xa0氯离子含量
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.2
xa0xa00.11
xa0xa00.10
xa0xa0磷酸根离子
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.01
xa0xa00.01
xa0xa0铝
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.01
xa0xa00.01
xa0xa0砷和锑(Asxa0andxa0Sb)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.01
xa0xa00.002
xa0xa00.003
xa0xa0硼(B)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.02
xa0xa00.01
xa0xa0钙(Ca)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.01
xa0xa00.01
xa0xa0铬(Cr)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.02
xa0xa00.01
xa0xa0铜(Cu)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.02
xa0xa00.02
xa0xa0金(Au)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.01
xa0xa00.01
xa0xa0铁(Fe)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.01
xa0xa00.01
xa0xa0铅(Pb)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.01
xa0xa00.01
xa0xa0镁(Mg)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.01
xa0xa00.01
xa0xa0锰(Mn)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.02
xa0xa00.01
xa0xa0镍(Ni)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.01
xa0xa00.01
xa0xa0钾(K)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.08
xa0xa00.07
xa0xa0钠(Na)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.08
xa0xa00.08
xa0xa0锡(Sn)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.02
xa0xa00.01
xa0xa0钛(Ti)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.01
xa0xa00.01
xa0xa0锌(Zn)
xa0xa0ppm
xa0xa0≤0.1
xa0xa00.02
xa0xa00.03
xa0xa0颗粒杂质个/ml
xa0xa0≥1.0μm
xa0xa0≤10
xa0xa02
xa0xa02