基于分子蒸馏的丙硫醚提纯工艺研究

王 娜，周晓东，徐 玲，郭晶晶，刘 力

（山西新华防化装备研究院有限公司，山西 太原 030008）

丙硫醚被广泛应用于日用香精及有机合成中间体，其合成技术[1]较为成熟。纯度分析在行业内采用峰面积归一化色谱法[2]、高效液相色谱法[3]、离子迁移法[4]等。市售丙硫醚纯度在98%左右，由于生产工艺不同，原料差异，存在多种无机或有机杂质，杂质的存在会影响实验评价的性能。本文采用刮膜式分子蒸馏装置[5-7]，在单因素实验[6]的基础上，正交优化得到最佳提纯工艺。

1 材料与设备

材料：丙硫醚原料，纯度98%左右，市售；无水乙醇，分析纯。

设备：刮膜式分子蒸馏装置。

2 分离提纯工艺研究

经分析丙硫醚提纯中，主要受蒸发温度、刮膜转速和蒸发压力的影响，本文从这3 个方面因素考虑，进行了提纯工艺研究。

2.1 丙硫醚分子蒸馏提纯的单因素实验设计

2.1.1 蒸发温度对丙硫醚纯度的影响

在刮膜转速为250 r/min，蒸发压力为20 Pa，进料速度为1 mL/min，蒸发温度为30、35、40、45、50 ℃的条件下，以丙硫醚的纯度为评价指标，考察蒸发温度对丙硫醚纯度的影响。

2.1.2 刮膜转速对丙硫醚纯度的影响

蒸发压力为20 Pa，蒸发温度为40 ℃，进料速度为1 mL/min，刮膜转速为150、200、250、300、350 r/min的条件下，以丙硫醚的纯度为评价指标，考察刮膜转速对丙硫醚纯度的影响。

2.1.3 蒸发压力对丙硫醚纯度的影响

在刮膜转速为250 r/min，蒸发温度为40 ℃，进料速度为1 mL/min，蒸发压力为10、20、30、40、50 Pa 的条件下，以丙硫醚的纯度为评价指标，考察蒸发压力对丙硫醚纯度的影响。

2.2 分离提纯条件的正交提纯工艺优化

在单因素试验的基础上，以丙硫醚刮膜转速、蒸发温度、蒸发压力作为考察因素，每个因素取3 个水平，丙硫醚的纯度作为考察指标，进行L9（34）正交实验设计，实验设计表见表1，得出最佳分离提纯条件。

表1 正交试验因素水平表

3 提纯工艺研究

3.1 蒸发温度对丙硫醚纯度的影响

从图1 看出，当蒸发温度低于40℃时，重组分馏出物丙硫醚的纯度与蒸发温度呈正相关，在温度为40 ℃时，馏出物的纯度最大，为99.62%。当蒸发温度大于40 ℃时，流出物重组分中的丙硫醚的纯度随着温度的升高而降低，可能是由于在一定的温度范围内，丙硫醚与杂质的分离效果较好，但超过一定温度时，丙硫醚在真空腔中扩散的速度比较快，未能冷凝就被真空泵抽走损失。确定分子蒸馏丙硫醚的最适宜温度为35～40 ℃，以此温度为参考进行后续正交分离提纯实验。

图1 蒸发温度对丙硫醚纯度的影响

3.2 刮膜转速对丙硫醚纯度的影响

从图2 看出，当刮膜转速低于200 r/min 时，丙硫醚纯度随着刮膜转速的升高而增加，刮膜转速为200 r/min 时，丙硫醚的纯度最大为99.71%，当转速大于200 r/min 时，馏出物重组份中丙硫醚的纯度随着刮膜转速的增加而减小，此时确定刮膜转速为200～250 r/min 进行后续正交分离提纯试验。

图2 刮膜转速对丙硫醚纯度的影响

3.3 蒸发压力对丙硫醚纯度的影响

从图3 看出，丙硫醚的纯度对蒸发压力的升高呈先增加后降低的趋势，当蒸馏压力为20 Pa 时，馏出物中的丙硫醚纯度最大为99.82%，这是由于当蒸发压力小于20 Pa 时，分子自由程较大，使得杂质一并蒸发；当压力为20 Pa 时，丙硫醚被蒸发并冷凝下来，纯度有所增加；当蒸发压力继续变大，分子自由程变小，使得丙硫醚混合物不能充分蒸发，导致丙硫醚的纯度下降。此时确定蒸发压力为10～30 Pa 开展后续正交分离提纯实验。

图3 蒸发压力对丙硫醚纯度的影响

3.4 正交实验结果分析

从表2 看出，在进料速度1 mL/min 的条件下，各因素对丙硫醚纯度影响的大小为：刮膜转速（A）＞蒸发压力（C）＞蒸发温度（B）。由表中k 值可知，丙硫醚的最佳提纯工艺为A1B2C1，即刮膜转速为200 r/min，蒸发温度为40 ℃，蒸馏压力为20 Pa，按照此工艺将丙硫醚进行分离，经纯度分析可将市售的98%的丙硫醚提纯至99.5%以上。

表2 正交实验结果

4 结论

在丙硫醚的分离提纯过程中，分子蒸馏的蒸馏温度、刮膜速度和蒸馏压力都对丙硫醚的纯度有一定的影响，采用正交法优化工艺后发现，刮膜转速影响最大，蒸馏压力次之，蒸馏温度影响最小，分子蒸馏提纯丙硫醚的最佳工艺为刮膜转速为200 r/min，蒸发温度为40 ℃，蒸馏压力为20 Pa。此分离提纯方法能得到高纯度的丙硫醚，也为其余高沸点的有机物的提纯奠定了基础。