第十二章 分子蒸馏

第十二章 分子蒸馏,分子蒸馏是一项近年来国内外正在开发研究的高新蒸馏技术，它是一种特殊的液液分离技术，能解决常规蒸馏技术不能解决的问题。 目前已有一定量的应用，如：低蒸汽压油，高粘度润滑油、增塑剂、高分子物质的脱臭，混合油脂的分离、Va、Ve、天然精油、L-乳酸、DHA、EPA等。,一、分子蒸馏的基本原理 （一）分子运动平均自由程 分子运动自由程：一个分子相邻两次分子碰撞之间所走的路程。 分子运动平均自由程：任一个分子在运动过程中都在不断的变化自由程，在某时间间隔内自由程的平均值为平均自由程。 分子运动平均自由程的分布规律为正态分布。对于一群相同状态下的运动分子，其自由程大于或等于平均自由程的概率为36.8%。,（二）分子蒸馏基本原理 液体混合物的分子受热后运动会加剧，当受到足够的能量时，就会从液面逸出而成为气体分子。 不同种类的分子，其平均自由程也不相同，即：其逸出液面后不与其他分子碰撞的飞行距离是不同的。且轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，若在离液面小于轻分子的平均自由程而大于重分子的平均自由程处设置一冷凝面，使得轻分子在冷凝面上冷凝，而重分子不能被冷凝下来。,二、分子蒸馏的特点 1、分子蒸馏操作温度低于物料的沸点，而常规蒸馏是在沸腾状态下操作的； 2、分子蒸馏操作压力低，一般1Pa下操作； 3、物料受热时间短，一般为10min以下。真空蒸馏约1小时； 4、分子蒸馏比常规蒸馏分离程度高，能分离常规蒸馏不易分离的物质； 5、分子蒸馏是不可逆过程，而常规蒸馏是可逆过程；,在实际应用中较传统技术有明显的优势:（1）真空度高，操作温度低及受热时间短，对于高沸点和热敏性及易氧化的物料的分离，有常规方法不可比拟的特点，能极好的保护物料的天然品质。 （2）不仅能有效地去除液体中的低分子物质，而且可以选择地蒸出目的产物，去除其它杂质。 （3）能实现传统分离方法无法实现的物理过程，在一些高价值物料的分离上被广泛用作脱臭、脱色及提纯的手段。,分子蒸馏技术在工业中的应用： 1、适用于沸点相差很近、分子量差别较大的混合物系的分离； 2、特别适用于高沸点、易分解及易氧化物系的分离； 3、因一次性投资较高，适用于附加值较高的物质的分离； 4、不适于同分异构体的分离；,三、分子蒸馏工艺流程 分子蒸馏标准流程由真空泵组、多级除水、除气、除低沸点杂质的装置、主分子蒸馏设备、控制仪表组成。 在整个流程中，操作均在真空下进行，真空度逐步增大，到达主分子蒸馏设备时，操作压力应达到1pa以下。 为了保证一定的真空度，物料的输送采用真空齿轮泵，与外界相连的物料管道采用单向阀来防止真空泄露。,真空泵组由冷阱、油扩散泵、扩散增加器、旋片泵串联组成。 冷阱是一个深度冷却的冷却器，冷却介质采用的是-24的液态氨。目的是为了高效、快速的将水及低沸点杂质蒸汽冷凝下来，保证极低的操作压力。 油扩散泵是 旋片泵是,进料液首先要经过预处理，即除水、除气、除低沸点杂质的处理过程。 除气的目的：残气分子在两面间呈杂乱无章的热运动状态，而蒸汽分子大都具有相同的运动方向从蒸发表面向冷凝面飞射，残气分子的热运动阻碍了蒸汽分子向冷凝面的飞射。此外，残气在分子蒸馏装置中会急骤的析出气体，产生飞沫，污染冷凝面。而且，残气的存在不能保证系统内极低的真空度。因此，除气处理可以减少残气分子对分子蒸馏分离效果的影响。,除水的目的：减少在主分子蒸馏器中水的蒸发，尽量保证极低的操作压力，提高分子蒸馏的效果。 除低沸点杂质的目的：减少在主分子蒸馏器中低沸点杂质的蒸发，防止低沸点杂质在冷凝面上冷凝析出，尽量保证极低的操作压力，提高分离效果。 经过预处理后的料液，进入主分子蒸馏器中，蒸发并冷凝。冷凝液、残液、未冷凝的蒸汽分别由各自的出口排出装置。,四、分子蒸馏装置介绍 1、在分子蒸馏流程中，除气、除水、除低沸点杂质的装置采用薄膜蒸发器中的降膜蒸发器、刮板蒸发器及离心薄膜蒸发器。 2、主分子蒸馏采用的装置也是薄膜蒸发器，但内部结构上加热面和冷凝面非常靠近，加热面到冷凝面的距离只有20-50mm，这样才能保证轻蒸汽分子飞射到冷凝面上。,分子蒸馏设备大致可分为以下几种形式： 1、静止式：可分为釜式和盘式，特点是具有一个静止不动的水平蒸发表面。静止式设备生产能力低，分离效果差，料液在设备内停留时间长，热分解的危险性大。 2、降膜式：由顶部料液分布器分布后呈薄层向下流动的液膜，受热蒸发并在冷凝面冷凝下来。 优点：液膜厚度小，并且蒸发表面流动；被加热物料在蒸馏温度下停留时间短，热分解危险性小，连续操作，生产能力大。,缺点：液体分布器设计的合理性，很难保证料液均匀的在所有蒸发表面覆盖；液体流动时常发生翻滚现象，所产生的雾沫常溅到冷凝面上，降低了分离效果。 3、刮膜式：工作原理同刮板式蒸发器相同，即在设备中设置一硬碳或聚四氟乙烯的转动刮板，由它来保证液体均匀覆盖蒸发表面，又使下流液层得到充分搅动，从而强化了传热和传质过程。料液的停留时间更短。由于采用机械转动装置，轴密封是影响操作压力的关键所在，结构也比较复杂。,4、离心式：离心式具有旋转的蒸发表面，多用于工业生产。 优点：（1）液膜非常薄，流动情况好，生产能力大。（2）料液在蒸馏下停留时间很短（0.1-1s），可加工热稳定性极差的有机化合物。（3）由于离心力作用，液膜分布很有规律，减少了雾沫飞溅现象，分离效果好。 缺点是结构复杂，真空密封困难，设备成本高。,分子蒸馏的蒸发面和冷凝面可以是在器壁上，也可以是在中心管上。为了使蒸发的蒸汽尽快在冷凝面上得到冷凝，一般要求蒸发面和冷凝面之间的温度差在70-100间。 蒸发面夹套常用的加热介质为热油；冷凝面夹套常用的冷凝介质为热水。 物料进入主分子蒸馏设备后，应首先经料液分布器在蒸发面上分布呈薄层，常用的料液分布器形式见薄膜蒸发器。,五、分子精馏设备介绍 1、带旋转冷凝面的降膜式分子精馏器：旋转着的冷凝面靠离心力作用把冷凝液抛回蒸发表面，从而达到精馏的目的。 2、动带式精馏器：动带式精馏器象一层层交叉运行着的皮带运输机，相邻两面分别为蒸发面与冷凝面，料液在旋转着的金属带上达到分离。、 3、多级逆流阶梯式精馏设备：流出液沿冷凝面向塔顶逐级传递，而塔顶槽内的液体则经溢流挡板向塔底逐级传递。,六、分子蒸馏装置的设计原则 1、正确的选择真