分子蒸馏原理及其实际应用.ppt

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1、10,分子蒸馏原理及其实际应用,10,分子蒸馏原理及其实际应用,?,分子蒸馏法原理,?,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏的实际应用,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏原理图,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子碰撞,分子与分子之间存在着相互作用力，当两分子离,得较远时，分子之间的作用力表现为吸引力，但当两,分子接近到一定程度后，分子之间的作用力会改变为,排斥力，并随其接近距离的减小，排斥力迅速增加。,当两分子接近到一定程度时，排斥力的作用使两分子,分开。这种由接近而至排斥分离的过程就是分子的,碰撞过程。,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子有效

2、直径,分子在碰撞过程中，两分子质心的最短距离（即发生斥离的质心距离）,称为分子有效直径。,?,分子运动自由程,一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程,?,分子运动平均自由程,任一分子在运动过程中都在不断变化自由程，而在,一定的外界条件下，,不同物质的分子其自由程各不,相同。在某时间间隔内自由程的平均值称,为平均自由程,。,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,影响分子自由程的因素,及分离因素,平均自由程与操作,温度成正比；与操作时,真空压力成反比；与成,分的分子直径平方成反,比。,根据麦克斯韦速度分布，,对单一气体的平均自由程,可由下述公式进行计算：,=2.33,10,-2,*

3、T*p,-1,*,-2,式中：,T,温度,p-,真空压力,-,分子的直径,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏的分离能力,普通蒸馏以相对挥发度,P,表示,分子蒸馏用分离因素,M,表示,式中：,p1,、,p2,分别为轻重,式中：,M1,、,M2,分别为轻重,组分的蒸汽压,组分的分子量,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏原理,根据分子运动理论，液体分子受热从液面逸出，不同种类的分子，,其平均自由程不同；,液体混合物为达到分离的目的，首先进行加热，能量足够的分子逸,出液面。,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,小于轻分子平均自由程而大

4、于重分子平均自由程处设置一冷凝面，使得,轻分子落在冷凝面上被冷凝，从而破坏了轻分子的动态平衡，使得轻分,子继续不断逸出。而重分子因达不到冷凝面，很快趋于动态平衡。这样,就将混合物分离了。,由于轻分子只走很短的距离即被冷凝，所以分子蒸馏亦叫短程蒸馏。,（,Short,PathDistillation,）,10.1,分子蒸馏原理,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏原理,分子蒸馏的压力（如为,10,-3,托级）系指残,余空气的压力，绝非被蒸馏空间的压力。,因蒸馏物质的蒸汽压是根据液面温度而定,的，它完全可能比残余压力大很多，直到约,托（即两者相差近千倍）,10.1,分子蒸馏原

5、理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏应满足的两个条件,?,轻、重分子的平均自由程必须要有差异，且差,异越大越好；,?,蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自,由程。,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏过程（四步曲）,（,1,）物料分子从液相主体向蒸发表面扩散（注意：液相中的扩散速度是控,制分子蒸馏速度的主要因素）,;,（,2,）物料分子在液层上自由蒸发速度随温度升高而增大,但是,分离因素却,随温度升高而降低,;,（,3,）分子从蒸发面向冷凝面飞射。在飞射过程中可能与残存的空气分子碰,撞,也可能相互碰撞,但只要真空度合适,使蒸发分子的平均自由程大于或,等于蒸发面与冷凝

6、面之间的距离即可。,（,4,）轻分子在冷凝面上冷凝。如果冷凝面的形状合理且光滑并迅速转移,则,可以认为冷凝是瞬间完成的,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏技术的特点,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏技术的特点,?,操作温度低,常规蒸馏是靠不同物质的沸点差进行分离的，而分子蒸馏是,靠不同物质的分子运动平均自由程的差别进行分离的，也就是说,后者在分离过程中，蒸气分子一旦由液相中逸出（挥发）就可实,现分离，而并非达到沸腾状态。因此，分子蒸馏是在远离沸点下,进行操作的。,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏技术的特点,?,蒸气压强

7、低,由分子运动平均自由程公式可知，要想获得足够大的平均自由程必,须通过降低蒸馏压强来获得。,?,受热时间短,鉴于分子蒸馏是基于不同物质分子运动平均自由程的差别而实现分离，,因而装置中加热面与冷凝面的间距要小于轻分子的运动平均自由程（即,间距很小），这样，由液面逸出的轻分子几乎未发生碰撞即达到冷凝,面所以受热时间很短。,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏技术的特点,?,不可逆性,普通蒸馏是蒸发与冷凝的可逆过程,液相和气相间可以形成,互相平衡状态。而分子蒸馏过程中,从蒸发表面逸出的分子直,接飞射到冷凝面上,中间不与其它分子发生碰撞,理论上没有返,回蒸发面的可能性,所以,分子

8、蒸馏是不可逆的。,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏技术的特点,?,没有沸腾鼓泡现象,普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象,分子蒸馏是液层表面上的自由蒸发,在低压力下进,行,液体中无溶解的空气,因此在蒸馏过程中不能使整个液体沸腾,没有鼓泡现象。,?,分离程度及产品收率高,分子蒸馏常常用来分离常规蒸馏难以分离的物质，而且就两种方法均能分的,物质而言，分子蒸馏的分离程度更高。从两种方法相同条件下的挥发度不同可以,看出这一点。,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏技术的特点,?,无毒、无害、无污染、无残留,可得到纯净安全的产物,且操作工艺简单,设备少。,由以上特点可

9、以看出,分子蒸馏技术能分离常规蒸馏不易分离,的物质,特别适宜于高沸点、高粘度、热敏性物质的分离。因此,它为工业生产的各个领域中高纯物质的提取开辟了广阔的前景。,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏与常规蒸馏的比较,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏的优缺点,?,优点,.,（,1,）操作温度低（远低于沸点）、真空度高、受热时间短（以,秒,计）、分离效率高等，特别适宜于高沸点、热敏性、易氧化物质,的分离；,（,2,）可有效地脱除低分子物质（脱臭）、重分子物质（脱色）及脱,除混合物中杂质；,（,3,）其分离过程为物理分离过程，可很好地保护被分离物质不被污

10、,染，特别是可保持天然提取物的原来品质；,（,4,）分离程度高，高于传统蒸馏及普通的薄膜蒸发器。,10.1,分子蒸馏原理,?,分子蒸馏基本概念,?,分子蒸馏的优缺点,?,缺点,.,（,1,）生产能力方面,分子蒸馏受设备结构和加热面积的限制,设备体积比常规蒸馏,设备体积大,在大规模生产应用中有不少困难。,（,2,）设备投资方面,由于分子蒸馏要求在高真空下进行分离,所需要的设备成本过,高,结构复杂,设计技术要求高,相应的配套设备也多,投资过大,国,内尚未见大规模运用。,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备：实验室设备,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备

11、：,中试型设备：,MD-S150,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备：,MD-S300,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备：,MD-S500,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备：,MD-S900,1000,吨,/,年分子蒸馏单甘脂装置,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备：,MDL-150,（离心式）,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备,?,主机部分,蒸发装置和冷凝装置,（,1,）蒸发装置向物料提供加热能源蒸发表面。目前热源可以是,多种类型,主要设备有蒸气加热、电加热、导热油加

12、热及微波,加热等,;,（,2,）冷凝装置主要是提供水冷却的冷凝器。蒸发表面与冷凝表,面之间的距离必须介于轻重分子平均自由程间,才能完成分子,蒸馏的全过程,;,（,3,）另外，主机部分还必须有驱动装置,用以驱动物料的分布,和成膜刮板作旋转运动,其主要设备是电动机、减速机、支架,以及密封构、中轴承、底轴承等。,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备,?,进出料部分,:,由物料输入装置和物料输出装置组成。用,以完成统的连续进料与排料功能,主要设备通常由储罐、,计泵和输送泵组成。,?,真空部分,:,即真空获得装置,由于分子蒸馏在极高真空状态下操作,因此必须根据,物料的特点进行选择,

13、一般情况下主要设备用冷阱、油,扩散泵和旋片式真空泵组成。,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备,?,控制部分,:,控制装置通常要求实现全系统,参数的自动控制或电脑控制,即对系统中,以上三部分的技术参数实现全机控制,以,达到最高的分离效率、分离精度和最低,的能耗。,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备,?,分子蒸馏器的模式,（,1,）降膜式,结构简单。液膜靠重力自然分布下降，,较厚，效率低，目前已很少使用；,（,2,）刮膜式,依靠刮板成膜，较薄，分离效率高，,但结构较降膜式复杂。,现在国内、外的工业化装置,以转子刮膜式为主。,（,3,）离心式,依靠离心

14、力成膜，很薄，蒸发效率,最高，但结构也最复杂，造价高,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备,?,分子蒸馏器的模式,（,1,）,降膜式分子蒸馏器,液膜厚度小,蒸馏物料可沿蒸发表,面流动,停留时间短,热分解的危险性,较小,蒸馏过程可以连续进行,生产能,力大。,很难保证所有的蒸发表面都被液,膜均匀覆盖,液体流动时常发生翻滚,现象,产生的雾沫也常溅到冷凝面上,影响分离效果。,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备,?,分子蒸馏器的模式,（,2,）刮膜式蒸发器,其结构的主要特点是在刷,膜式釜中设置一聚四氟乙烯制,的转动刮板,既保证液体能够均,匀覆盖蒸发表面,又可

15、使下流液,层得到充分搅动,从而强化了物,料的传热和传质过程,提高了分,离效能。,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏设备,?,分子蒸馏器的模式,（,3,）离心式蒸发器,液膜在旋转的转盘表面形,成的液膜极薄且分布均匀,蒸,发速率和分离效率很高。,受热时间更短,料液热裂解,的几率低。,连续处理量更大,因此该装,置更适合于工业化连续性生,产。,10.2,分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备,?,分子蒸馏系统流程（转子刮膜式分子蒸馏器）,10.3,分子蒸馏的实际应用,?,应用情况简介,?,石油化工方面,?,塑料工业方面,?,食品工业方面,?,医药方面,?,香料工业方面,10.3,分子蒸馏的

16、实际应用,制,药,1,酸性氯化物,2,氨基酸酯,3,葡萄糖衍生物,4,吲哚,5,萜酯,6,天然和合成维生素,7,互叶白千层油,8,辣椒碱,9,大蒜素的精制,10,川芎,11,当归,12,姜油,13,中草药有效成分的提纯,10.3,分子蒸馏的实际应用,化,工,1,醇类,2.,?,酯,3.,乙二醇醚,4.,除草剂,5.,全能碳氢化合物,6,杀虫剂,7.,硅油,8.,妥尔革柔油,10.3,分子蒸馏的实际应用,塑,料,1,环氧树脂,2.,环氧化油,3.,异氰酸盐,4.,增塑剂,5.,稳定剂,10.3,分子蒸馏的实际应用,塑,料,1,脂肪酸及衍生物,2.,二聚酯肪酸,3.,鱼油,4.,小麦胚芽油,5,种子油,6.,单甘油酯,7.,双甘油酯,8.,生育酚,9.,黄油,10.3,分子蒸馏的实际应用,石,油,化,工,1,盐基油,2.,亮库存油,3.,润滑油,4.,石蜡油,5.,沥青残留物,6.,焦油,10.3,分子蒸馏的实际应用,日,化,1,羊毛酯酸,2.,羊毛酯醇,3.,烷基多酣,4.,海藻、金雀花、褐苔、鲜花、,根菜作物、,辣椒的提取物,10.3,分子蒸馏的实际应用,香,料,香,精,1,广藿香油,2.,玫瑰油,3.,山苍子油,4.,桉叶油（茶树油）,5.,香茅油,6.,橙油,7.,紫罗兰酮,