升华凝华和蒸发凝结的讨论——兼论焦性没食子酸生产设备改进

沈善明

（上海三明蒸发干燥研究所，上海 200232）

升华凝华和蒸发凝结的讨论
——兼论焦性没食子酸生产设备改进

沈善明

（上海三明蒸发干燥研究所，上海 200232）

主要介绍升华凝华和蒸发凝结两种易混淆的概念性的技术，目的希望有助于正确应对处理两种提纯精制技术时的设备选型和操作。

升华；蒸发；凝华；凝结；焦性没食子酸工艺制备改进

Abstract:Two confusing concepts and techniques – sublimation and condensation were introduced in this article. It is hoped that with this article these two concepts can be appropriately used in equipment selection and operation.

Keywords:sublimation; distillation; condensation; improvement of equipment for the process of producing coked pyrogallic acid

1 概述

一些具有升华特性的医药或精细化工固体产品，在不产生工业废水的条件下，采用升华凝华技术予以提纯精制出很纯的精制产品。而有些不具有升华特性的医药精细化工产品，如从天然植物提取的食品添加剂和抗氧剂等在常温下也呈固体，利用在水或有机溶剂中重结晶提纯时，很难有效排除微量砷、铅等重金属。如果利用它在真空和较高的加热温度下将其熔化成液体，然后利用其蒸发特性，采用蒸发凝结的方法，也可提纯精制不含砷、铅类重金属产品的目的。由于升华凝华和蒸发凝结两种提纯方法都是由固体粗品精制成固体精制产品，并且都在真空和较高加热温度下进行，所以很易将升华凝华和蒸发凝结两种不同概念的技术和方法混淆。

首先，需要在概念上区分升华凝华和蒸发凝结。升华凝华是在提纯过程中加入的固相粗品不经过相变化，直接由固体受热气化后再凝华成纯度很高的固体精制品。而蒸发凝结则由固相粗品加热后先液化成液态，然后再受热气化，气化的气体再凝结成固体精制品。如：粗品苯甲酸升华凝华精制提纯成苯甲酸精制品就属于升华凝华，而由没食子酸制取焦性没食子酸就属于蒸发凝结。

上述问题不仅仅是为了讨论技术概念性问题，更因为加深两种概念的认识有助于正确处理两种提纯技术方法的设备选型和操作。

2 把蒸发凝结当升华凝华带来的后果

由没食子酸生产焦性没食子酸，已是一种大规模工业化生产的精细化工产品，也是一种典型的利用蒸发凝结的生产方法。

没食子酸在真空和加热条件下液化后产生脱羧反应，脱去二氧化碳后的焦性没食子酸熔点温度远低于脱羧反应的温度，故脱羧反应中所产生的焦性没食子酸呈液态。如果继续提供蒸发的热量，液态状焦性没食子酸就会蒸发气化成气态的焦性没食子酸。可能是由于误将焦性没食子酸生产当作一般的升华凝华，目前焦性没食子酸生产采用间歇的平底筒式反应器，一次投入没食子酸原料量较多，并由于反应器电热丝炉直接设在反应器底部下面，脱羧反应就从最底部开始，液化由下向上延伸发展，焦性没食子酸开始蒸发产生焦性没食子酸气体也从反应器的底部开始。估计反应器底部直接受电热丝炉加热的温度远远高于表观的焦性没食子酸的气化温度，于是在反应器底部产生剧烈的副反应，导致反应结束后在底部形成了一层厚厚的焦状物，反应的收得率仅在50%左右。

没食子酸和焦性没食子酸的附加值较高，如此低的反应收得率，几十年来对企业和国家带来的经济损失甚大，哪怕能提高5 ～ 10%收得率，也能为社会和国家作出很大的贡献。

鉴于焦性没食子酸生产中发生的是蒸发而非升华，是在像一锅呈粥样状的电热丝加热炉加热的反应器中进行，副反应从受过热的底部开始逐步向上漫延，直至最后变成一块结焦状大饼。显然反应器的结构是按目前一般的间歇式升华器考虑固体物料升华的需要，如从蒸发需要考虑，最佳蒸发需要的条件是连续薄层的加热面，可在筒状反应器内对粘性很大很厚的蒸发物料进行蒸发极为不利，导热性很差自然易在反应器底部受局部过热而产生副反应，副反应的发生进一步加剧粘度和热阻上升，如此恶性循环其结果只能出现收得率低和促使大量原料和产品生成副反应焦状物。

没食子酸脱羧反应在没食子酸熔融温度（225 ～ 253℃）下进行，料层厚不利于固体原料的加热熔融，易产生局部过热，所以一次性投入多量厚层原料是十分有害的。脱羧后呈熔融状焦性没食子酸蒸发也需要在薄层条件下进行蒸发。用明火式电热丝加热很难控制住合适的加热温度。

3 现实生产中的不当操作和建议

众所周知，像焦性没食子酸生产需要在高真空条件下进行。但现实的生产操作，在反应器上部直对焦性没食子酸热气体去凝结器的开口对侧开了一个冷空气吸入口，任让冷空气直吹去凝结器的开口，可以从视镜中明显看到冷空气气流中夹带瞬间急冷产生的结晶体进入凝结器。这可能就是一些报导所述的引流，利用冷空气冷却凝结焦性没食子酸，并引导焦性没食子酸结晶体进入凝结器中的产品沉降槽。其主要目的是为了不让热气体凝结在凝结器的内壁上，事实上还是有不少焦性没食子酸凝结在器壁上，但此良苦用心却严重背离反应和蒸发最迫切需要的高真空度的要求，大量的冷空气吸入难再用大幅度扩大真空泵和电动机的功率规格来弥补，既浪费了大量的真空泵电能，又严重影响高真空度的要求。

为了节能和提高生产质量，首先建议采用热气体凝结在同质产品的粉体上，对于像焦性没食子酸的生产，还应采取以下措施：

（1）没食子酸原料预干燥脱去其中的一个结晶水，避免此结晶水在反应前产生水蒸气，从而影响产品的质量和操作的真空度；

（2）在真空管路中设二氧化碳吸收器，避免二氧化碳气体进入真空泵而影响真空度。

焦性没食子酸生产属精细化工生产，理应按精细化工生产的精细要求进行，尽可能排除影响真空度的水分和不凝性气体。不讲究节能的粗放型生产，不求效率用大功率真空泵做小功率真空泵一样的工作，在提倡节能减排的今天，粗放型的老传统值得探讨。

4 没食子酸生产需要连续真空反应蒸发凝结机

为了改变当前焦性没食子酸生产情况，建议焦性没食子酸的生产采用连续真空反应蒸发凝结机。此设备由反应蒸发机和凝结机两部分连成一个整体。连续反应部分在连续蒸发部分之上，没食子酸原料连续定量加入，由旋转刮料板以薄层分布方式分布在反应加热面上，经加热熔融产生脱羧反应后变成焦性没食子酸的液体，连续由刮板刮入蒸发加热面上，在蒸发加热面上进行薄层蒸发。反应和蒸发所需不同的加热温度由不同温度的导热油提供热量。物料在反应和蒸发面上的停留时间则由反应刮板和蒸发刮板不同的刮板转速予以控制。

蒸发出的焦性没食子酸气体进入凝结机内，与经过冷却的和产品质量标准同质的焦性没食子酸粉体接触而凝结在冷的粉粒体上，产品将以粉粒状形式出料，毋须敲铲实现人性化生产操作。

以上的建议是分析没食子酸脱羧反应产生焦性没食子酸和它的蒸发需要而提出。是由理论分析实践再用理论进一步指导实践，希望在今后实践中来检验和提高对焦性没食子酸生产的认识。

5 需要开发连续真空蒸发凝结的技术和设备

自从发表了几篇有关升华凝华机的短文[1，2，3]和专利申请[4]公布后，迄今已收到不少相关咨询，经交流后得知，其中大部分咨询的是属于蒸发凝结的性质，是想通过蒸发凝结方法对产品进行提纯。在这些咨询中，大多数属于产量很小试剂级或为生产高精尖产品需要的纯度极高的产品。

看到社会生产迫切需要节能环保的升华凝华和蒸发凝结的技术和设备，感到有必要深入研究升华凝华和蒸发凝结的技术和设备，针对不同技术属性的要求开发研究升华凝华和蒸发凝结的设备。为此先开发了一款主要为焦性没食子酸生产用的连续真空反应蒸发凝结机，其专利号为：201010542394.5。今后将着重研究开发蒸发凝结用的连续真空蒸发凝结机。

[1]沈善明.动态升华精制机技术[J].医药工程设计， 1999， 20(5): 3.

[2]沈善明.连续真空动态升华凝华机[J].医药工程设计， 2008，29(5): 1.

[3]沈善明.一种新型连续升华凝华机的介绍[J].医药工程设计，2010， 31(3): 1.

[4]沈善明.连续真空动态升华凝华机.专利申请公布号. CN101721835.

Discussion of Sublimation and Condensation in Distillation

Shen Shanming
(Shanghai San Ming Distillation and Drying Research Institute Shanghai 200232)

TQ051.6+4

A

1008-455X(2011) 01-0001-03

2010-11-19

沈善明（1930-）男，高级工程师，主要从事化学工程设计和研究工作。

Tel：021-54350296 E-mail：shenshanming@yahoo.cn