制药工程原理与设备03分离工程基础与设备7(蒸馏).pptx

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1、蒸蒸 馏馏 Distillation一一 蒸馏的分类蒸馏的分类(fn li)二二 间歇蒸馏间歇蒸馏三三 间歇共沸精馏间歇共沸精馏四四 间歇萃取精馏间歇萃取精馏五五 水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏六六 分子蒸馏分子蒸馏1第一页，共65页。一、蒸馏一、蒸馏(zhngli)的分类的分类 1.按操作流程：间歇蒸馏、按操作流程：间歇蒸馏、连续蒸馏；连续蒸馏；2.按蒸馏方式按蒸馏方式(fngsh)：简单蒸馏、平衡：简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、精馏、特殊精馏；蒸馏（闪蒸）、精馏、特殊精馏；3.按操作压力：常压蒸馏、按操作压力：常压蒸馏、加压蒸馏：常压加压蒸馏：常压下气态混合物、下气态混合物、减压蒸馏：沸点高且热敏的减

2、压蒸馏：沸点高且热敏的混合物；混合物；4.按分离混合物的数目：双组分蒸馏按分离混合物的数目：双组分蒸馏 多组分蒸馏多组分蒸馏2第二页，共65页。本章本章(bn zhn)主主要介绍的内容要介绍的内容 蒸馏的种类多，只介绍制药生产蒸馏的种类多，只介绍制药生产(shngchn)过程中过程中常用的几种蒸馏方式：间歇精馏、水蒸气蒸馏以及常用的几种蒸馏方式：间歇精馏、水蒸气蒸馏以及分子蒸馏三种。分子蒸馏三种。间歇精馏间歇精馏:主要应用于化学制药药物成分的分离、纯化；主要应用于化学制药药物成分的分离、纯化；水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏:主要应用于中药制药中植物挥发油的提取主要应用于中药制药中植物挥发油的提取和精制；

3、和精制；分子蒸馏分子蒸馏:能在远低于沸点的温度下实现分离，广泛应能在远低于沸点的温度下实现分离，广泛应用于天然药物的提取和精制。用于天然药物的提取和精制。3第三页，共65页。二、间歇二、间歇(jin xi)精馏精馏1.间歇精馏间歇精馏(jn li)的基本原理的基本原理2.装置流程装置流程3.间歇精馏间歇精馏(jn li)过程的现象和规律过程的现象和规律（过程分析）（过程分析）4.计计 算算4第四页，共65页。1.间歇间歇(jin xi)精馏的精馏的基本原理基本原理 精馏装置的结构精馏装置的结构(jigu)：塔：塔釜、精馏塔、冷凝器、接收罐釜、精馏塔、冷凝器、接收罐 精馏原理：精馏原理：产物从塔

4、顶采出产物从塔顶采出 原料一次性投入釜中，用再沸原料一次性投入釜中，用再沸器加热精馏控制适当的器加热精馏控制适当的R，产品，产品按沸点从低到高依次蒸出。按沸点从低到高依次蒸出。注：产品切换时，此时蒸出的物料注：产品切换时，此时蒸出的物料一般不能满足产品的质量要求，一般不能满足产品的质量要求，此时物料称为过渡馏分。蒸馏中此时物料称为过渡馏分。蒸馏中将过渡馏分回收到中间馏分罐。将过渡馏分回收到中间馏分罐。5第五页，共65页。产物产物(chnw)从塔从塔底采出底采出组分按沸点从高到低依次组分按沸点从高到低依次(yc)蒸蒸出。出。适用于难挥发组分为目标产品或难适用于难挥发组分为目标产品或难挥发组分为热

5、敏性物质。挥发组分为热敏性物质。工业生产过程中，一般包括加料、工业生产过程中，一般包括加料、升温和平衡（全回流）、产品采出、升温和平衡（全回流）、产品采出、中间馏分采出、釜残液排出（或贮中间馏分采出、釜残液排出（或贮罐液排放）。罐液排放）。6第六页，共65页。2.装置装置(zhungzh)流程流程装置：装置：甲醇甲醇乙醇乙醇丙醇丙醇常压间歇精馏装置常压间歇精馏装置捕集器：冷凝冷凝器捕集器：冷凝冷凝器未冷凝完全的物料蒸未冷凝完全的物料蒸气，防止气，防止(fngzh)物物料从放空口挥发损失。料从放空口挥发损失。7第七页，共65页。3.间歇间歇(jin xi)精馏过程的现象和规律（过程分析）精馏过程

6、的现象和规律（过程分析）分段恒回流分段恒回流 恒回流易实现，因此工业间歇精馏多采用分段恒恒回流易实现，因此工业间歇精馏多采用分段恒回流比控制回流比控制(kngzh)塔顶产品的采出。操作过程塔顶产品的采出。操作过程中，当馏出某一馏分时，回流比不变。但是馏出物中，当馏出某一馏分时，回流比不变。但是馏出物的浓度随时间变化，前期馏出物的浓度比规定值高，的浓度随时间变化，前期馏出物的浓度比规定值高，后期比规定值要低，但接收罐内物料的平均浓度能后期比规定值要低，但接收罐内物料的平均浓度能符合要求。符合要求。8第八页，共65页。规规 律律（以甲醇（以甲醇A乙醇乙醇(y chn)B丙醇丙醇C常压间歇精馏为例）

7、常压间歇精馏为例）塔顶馏出液组成塔顶馏出液组成 塔底釜液组成塔底釜液组成XC-D/F变化曲线变化曲线 XB-D/F变化曲变化曲线线9第九页，共65页。开始段，塔顶得到开始段，塔顶得到A组分，釜液中组分，釜液中A浓度渐小，此时浓度渐小，此时B、C由由于于A组分的蒸出而浓度升高，当组分的蒸出而浓度升高，当A组分全部蒸出（或几乎全部组分全部蒸出（或几乎全部蒸出），釜液温度升高，当达到蒸出），釜液温度升高，当达到B沸点时，沸点时，B开始蒸出，因此开始蒸出，因此釜液中釜液中B浓度降低，随浓度降低，随B的蒸出，的蒸出，C浓度继续升高。浓度继续升高。当然，相邻两组分馏出液接收当然，相邻两组分馏出液接收(ji

8、shu)过程中存在过渡区，过程中存在过渡区，称为过渡馏分段。此段馏出物为过渡馏分，需在下一批处理称为过渡馏分段。此段馏出物为过渡馏分，需在下一批处理物料进料时返回塔釜重蒸。物料进料时返回塔釜重蒸。过渡馏分的量越少越好，过渡蒸馏时间越短越好。这两点主过渡馏分的量越少越好，过渡蒸馏时间越短越好。这两点主要与回流比、理论塔板数有关。另外，过渡馏分还受到持液要与回流比、理论塔板数有关。另外，过渡馏分还受到持液量及上升蒸气流率有关。量及上升蒸气流率有关。10第十页，共65页。回流回流(hu li)比对间歇精比对间歇精馏的影响馏的影响在任何情况下，回流比越大，在任何情况下，回流比越大，塔顶易挥发组分浓度越

9、高，产塔顶易挥发组分浓度越高，产品馏出速率越小，品馏出速率越小，操作时间越长。操作时间越长。回流比对过渡馏分段的影响回流比对过渡馏分段的影响(yngxing)如右图所示如右图所示:结论：回流比结论：回流比R越大，过渡馏越大，过渡馏分量越小，分离效果越好。分量越小，分离效果越好。11第十一页，共65页。理论塔板数对间歇精馏理论塔板数对间歇精馏(jn li)的影响的影响足够的理论塔板数为精馏塔实现分离的基本条件，足够的理论塔板数为精馏塔实现分离的基本条件，当精馏的操作压力和上升蒸气流率稳定时，理论塔当精馏的操作压力和上升蒸气流率稳定时，理论塔板数也相应固定。板数也相应固定。测定理论塔板数的方法：采

10、用二元物系正庚烷测定理论塔板数的方法：采用二元物系正庚烷-甲基甲基环己烷或苯环己烷或苯-CCl4在塔底规定压力和规定上升蒸气在塔底规定压力和规定上升蒸气流率下全回流操作，当全塔达到流率下全回流操作，当全塔达到(d do)平衡时，平衡时，即塔顶塔釜浓度即塔顶塔釜浓度XC、XB不变时，由芬斯克方程计不变时，由芬斯克方程计算得理论塔板数。算得理论塔板数。12第十二页，共65页。芬斯克方程为：芬斯克方程为：理论塔板数受上升蒸气流速理论塔板数受上升蒸气流速的影响较大，影响规律如图：的影响较大，影响规律如图：结论：上升蒸气流率越大，理结论：上升蒸气流率越大，理论塔板数越少。论塔板数越少。理论塔板数对精馏的

11、影响：理理论塔板数对精馏的影响：理论塔板数越多，产品的浓度越论塔板数越多，产品的浓度越高，收率越高，过渡馏分量越高，收率越高，过渡馏分量越小。缺点小。缺点(qudin)：塔设备：塔设备高度越大，设备投资越大，塔高度越大，设备投资越大，塔底温度越高，能耗越大。底温度越高，能耗越大。13第十三页，共65页。持液量对间歇精馏过渡馏分段的影响持液量对间歇精馏过渡馏分段的影响持液：间歇精馏塔工作时，除塔釜有被分离物料持液：间歇精馏塔工作时，除塔釜有被分离物料外，塔板上（填料层上）塔顶冷凝器及回流外，塔板上（填料层上）塔顶冷凝器及回流(hu li)系统均存在原料液，称为持液。系统均存在原料液，称为持液。1

12、4第十四页，共65页。持液对塔操作持液对塔操作(cozu)的作用的作用A.持液延迟了塔身浓度梯度的稳定过程，因此需要一定的时持液延迟了塔身浓度梯度的稳定过程，因此需要一定的时间建立这个过程，即开工时间。持液量越大，开工时间越间建立这个过程，即开工时间。持液量越大，开工时间越长。长。B.持液在开始蒸馏时会吸收易挥发组分，它会使釜液浓度降持液在开始蒸馏时会吸收易挥发组分，它会使釜液浓度降低。因此浓缩时浓缩倍数增大，分离难度低。因此浓缩时浓缩倍数增大，分离难度(nd)增大。增大。C.产生产生“飞轮效应飞轮效应”：蒸馏后期，虽然釜内易挥发组分很低，：蒸馏后期，虽然釜内易挥发组分很低，但由于持液中依然含

13、有易挥发组成，塔顶仍可馏出高浓度但由于持液中依然含有易挥发组成，塔顶仍可馏出高浓度产品，好似惯性一样，这种现象称为飞轮效应。产品，好似惯性一样，这种现象称为飞轮效应。“飞轮效应飞轮效应”使过渡馏分段操作时间加长，馏分量增大。使过渡馏分段操作时间加长，馏分量增大。15第十五页，共65页。持液量对过渡馏分段持液量对过渡馏分段的影响的影响(yngxing)：结论：持液量越大，结论：持液量越大，分离度越小，过渡馏分离度越小，过渡馏分量越大。分量越大。16第十六页，共65页。4.计计 算算 (1)一次收率：无过渡馏分一次收率：无过渡馏分(lifn)的返回重蒸的返回重蒸 (2)总收率：考虑过渡馏分总收率：

14、考虑过渡馏分(lifn)的重蒸（以一次的重蒸（以一次蒸发为基础进行计算）蒸发为基础进行计算）17第十七页，共65页。(3)二组分恒回流二组分恒回流(hu li)比比操作计算操作计算 A.操作操作(cozu)线方程线方程18第十八页，共65页。19第十九页，共65页。间歇精馏塔在恒回流R的条件下操作时，易挥发组分(zfn)在塔顶液中浓度逐渐降低，在dt时间内，浓度从xc降至xc-dxc，所得产品的量为dD。取若干组 xB图解积分，可以求出任意变化 时釜液终量与初量的比。20第二十页，共65页。方法方法(fngf)：图解法：图解法一般精馏一般精馏(jn li)的理论板数一定，任意取一操的理论板数一

15、定，任意取一操作线方程计算作线方程计算 和和xB值，然后取值，然后取 和和 xB值作图，即可得值作图，即可得 xB图形。若采取模拟图形。若采取模拟计算可得出模拟曲线的方程，这样就可以定量计计算可得出模拟曲线的方程，这样就可以定量计算了。算了。产品量：产品量：D=B0-B1产品平均浓度：产品平均浓度：操作时间：操作时间：21第二十一页，共65页。三、间歇三、间歇(jin xi)共沸精馏共沸精馏 1.间歇共沸精馏的原理间歇共沸精馏的原理 2.共沸剂的选择共沸剂的选择(xunz)原则原则22第二十二页，共65页。1.间歇共沸精馏间歇共沸精馏(jn li)的原理的原理 共沸：指一定条件下液体混合物蒸发

16、时气液两共沸：指一定条件下液体混合物蒸发时气液两相组成相同的现象，即液相中的组分以恒定的比相组成相同的现象，即液相中的组分以恒定的比例被蒸出，此时无分离功能。例被蒸出，此时无分离功能。原理：以原理：以A、B两组分二元体系溶液为例。两组分二元体系溶液为例。当溶液中当溶液中A-B间吸引力小于间吸引力小于A-A和和B-B间的吸引力间的吸引力时称为溶液对拉乌尔定律有正偏差。当相互的吸时称为溶液对拉乌尔定律有正偏差。当相互的吸引力减小到一定程度时就会形成最低共沸组成和引力减小到一定程度时就会形成最低共沸组成和最低沸点。最低沸点。当溶液中当溶液中A-B间吸引力大于间吸引力大于A-A和和B-B间的吸引力间的

17、吸引力时称为溶液对拉乌尔定律有负偏差。当相互的吸时称为溶液对拉乌尔定律有负偏差。当相互的吸引力增大到一定程度时就会形成最高共沸组成和引力增大到一定程度时就会形成最高共沸组成和最高沸点。最高沸点。23第二十三页，共65页。T-x-y 和和y-x图图 形成共沸物时，气液形成共沸物时，气液组成恒定不变，采用组成恒定不变，采用普通蒸馏无法实现分普通蒸馏无法实现分离，这时就必须离，这时就必须(bx)采用间歇共沸采用间歇共沸蒸馏进行分离。蒸馏进行分离。24第二十四页，共65页。间歇共沸蒸馏间歇共沸蒸馏(zhngli)的过程的过程向能形成共沸物的向能形成共沸物的A、B两组分体系中加入两组分体系中加入(jir

18、)共沸剂共沸剂C，在精馏过，在精馏过程中程中C能与能与A、B两组分中的一种或两种形成新的共沸物，一般情况下两组分中的一种或两种形成新的共沸物，一般情况下为最低共沸物，精馏中首先从塔顶蒸出，直至塔内只剩下待分离共沸为最低共沸物，精馏中首先从塔顶蒸出，直至塔内只剩下待分离共沸物中的另一组分，然后从塔顶蒸出，实现分离。当然，形成的新共沸物中的另一组分，然后从塔顶蒸出，实现分离。当然，形成的新共沸物要采取措施进行分离，使共沸剂回收利用。物要采取措施进行分离，使共沸剂回收利用。25第二十五页，共65页。共沸剂的选择是实现间歇共沸精馏的关键，选择原则如下：共沸剂应该能与被分离组分形成新的共沸物，其沸点与待

19、分离共沸物以及混合物中的每一组分的沸点差值较大(jio d)，有利于分离。新共沸液中所含共沸剂越少越好，以便于减少共沸剂的用量及气化、回收时所需的能量。新共沸物最好为非均相，以便于用分层法直接分离，降低共沸剂回收的难度。共沸剂应无毒或低毒，无腐蚀性，热稳定性好，易于回收，价格低廉。26第二十六页，共65页。四、间歇萃取四、间歇萃取(cuq)精馏精馏1.间歇萃取精馏的原理(yunl)2.间歇萃取精馏的适用范围3.间歇萃取精馏的热力学原理(yunl)4.溶剂选择的原则5.间歇萃取精馏的过程27第二十七页，共65页。在精馏过程中，在塔上部向塔内加入一种适当在精馏过程中，在塔上部向塔内加入一种适当的溶

20、剂，增大被分离组分间的相对挥发度，从而的溶剂，增大被分离组分间的相对挥发度，从而(cng r)实现精馏的分离纯化。实现精馏的分离纯化。1.间歇间歇(jin xi)萃取精馏的原理萃取精馏的原理28第二十八页，共65页。2.适用范围适用范围全浓度全浓度(nngd)范围内被分离组分的相对挥范围内被分离组分的相对挥发度接近发度接近1的混合物。的混合物。共沸物。相对挥发度仅在共沸点及临近区域共沸物。相对挥发度仅在共沸点及临近区域等于或接近等于或接近1，其他区域远离，其他区域远离1。29第二十九页，共65页。3.间歇间歇(jin xi)萃取精馏的热萃取精馏的热力学原理力学原理 溶剂之所以能增大相对挥发度，

21、原因在于溶剂之所以能增大相对挥发度，原因在于(ziy)溶剂存在时待溶剂存在时待分离组分的活度系数发生了变化。关系如下：分离组分的活度系数发生了变化。关系如下：式中：式中：-无溶剂存在时的相对挥发度；无溶剂存在时的相对挥发度；-有溶剂存在时的相对挥发度；有溶剂存在时的相对挥发度；-无溶剂存在时两组分活度系数比；无溶剂存在时两组分活度系数比；-有溶剂存在时两组分活度系数比；有溶剂存在时两组分活度系数比；30第三十页，共65页。能增大被分离组分间的相对挥发能增大被分离组分间的相对挥发(huf)度；这是选度；这是选择溶剂的首要的基本前提。择溶剂的首要的基本前提。溶剂挥发溶剂挥发(huf)性应较低，即溶

22、剂的沸点较其它组性应较低，即溶剂的沸点较其它组分高，且不与原组分形成共沸物。分高，且不与原组分形成共沸物。无毒，无腐蚀，热稳定性好，价格低廉，易回收利无毒，无腐蚀，热稳定性好，价格低廉，易回收利用。用。31第三十一页，共65页。将能形成共沸物的将能形成共沸物的A、B混合物混合物一次性投入到塔釜中，溶剂一次性投入到塔釜中，溶剂S在精馏在精馏全回流全回流(hu li)完成之后从塔的上部完成之后从塔的上部加入，由于加入，由于S的存在，的存在，A、B两物质两物质的相对挥发度变大，共沸点消失，的相对挥发度变大，共沸点消失，可以从塔顶依次得到沸点低的和沸可以从塔顶依次得到沸点低的和沸点高的两组分。由于溶剂

23、沸点高，点高的两组分。由于溶剂沸点高，将顺塔流至塔釜，在塔釜最终得到将顺塔流至塔釜，在塔釜最终得到溶剂溶剂S。32第三十二页，共65页。五、水蒸气蒸馏五、水蒸气蒸馏(zhngli)1.水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏(zhngli)的原理的原理2.水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏(zhngli)的过程的过程3.水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏(zhngli)的形式的形式4.蒸气量的计算蒸气量的计算33第三十三页，共65页。水蒸气蒸馏是中药生产中提取和纯化挥发油的主水蒸气蒸馏是中药生产中提取和纯化挥发油的主要方法。要方法。1.水蒸气蒸馏的原理：不互溶液体的独立水蒸气蒸馏的原理：不互溶液体的独立(dl)蒸气压原理。蒸气压原理。2.水

24、蒸气蒸馏的过程水蒸气蒸馏的过程 被分离混合物中通入蒸气后，当混合物各组分被分离混合物中通入蒸气后，当混合物各组分的蒸气分压和水蒸气分压之和等于操作压力时，的蒸气分压和水蒸气分压之和等于操作压力时，系统开始沸腾，水蒸气和被分离组分的蒸气一系统开始沸腾，水蒸气和被分离组分的蒸气一起蒸出，塔顶产品和水几乎不互溶的情况下，起蒸出，塔顶产品和水几乎不互溶的情况下，馏出液经冷凝分层除去水便得目标产品。馏出液经冷凝分层除去水便得目标产品。水蒸气蒸馏的优点：能够降低蒸馏的温度。水蒸气蒸馏的优点：能够降低蒸馏的温度。34第三十四页，共65页。按照加热水蒸气的状态分：按照加热水蒸气的状态分：饱和水蒸气蒸馏、过热水

25、蒸气蒸饱和水蒸气蒸馏、过热水蒸气蒸馏馏 饱和水蒸气蒸馏饱和水蒸气蒸馏 水蒸气蒸馏相图：水蒸气蒸馏相图：在常压下，待分离组分（挥发油）在常压下，待分离组分（挥发油）A沸点为沸点为 ，纯水的沸点为，纯水的沸点为100。由于水蒸气提供热量使挥发油蒸发由于水蒸气提供热量使挥发油蒸发(zhngf)，对于饱和水蒸气而言，肯，对于饱和水蒸气而言，肯定有部分要冷凝成为水相，当水相和定有部分要冷凝成为水相，当水相和A液相同时存在时，即图中的液相同时存在时，即图中的A（L）+水（水（L）相区，系统沸腾温度）相区，系统沸腾温度降至该系统压力下的最小值，即。此降至该系统压力下的最小值，即。此时系统会以恒定的组成蒸发时

26、系统会以恒定的组成蒸发(zhngf)A和水蒸气。和水蒸气。35第三十五页，共65页。过热过热(u r)水水蒸气蒸馏蒸气蒸馏 过热水蒸气蒸馏时，液相只有过热水蒸气蒸馏时，液相只有A液相存在，即相图中的液相存在，即相图中的A（l）+g相区，此时相区，此时随着水蒸气量的不断增加，随着水蒸气量的不断增加，A组分分压不断减小，系统沸点也不断下降。组分分压不断减小，系统沸点也不断下降。过热水蒸气加热的优点：过热水蒸气加热的优点：A.蒸气干度大，不形成液相层，有两个自由度可以控制，即可以同时规定蒸馏蒸气干度大，不形成液相层，有两个自由度可以控制，即可以同时规定蒸馏的温度和蒸馏的压力。的温度和蒸馏的压力。B.

27、蒸气温度越高，比容越大，一定质量蒸气鼓泡越多，因此随蒸气带出的挥发蒸气温度越高，比容越大，一定质量蒸气鼓泡越多，因此随蒸气带出的挥发油也越多，即效率油也越多，即效率(xio l)越高。当然，温度也不易太高，太高会引起某些物越高。当然，温度也不易太高，太高会引起某些物质的分解或聚合，需对具体的体系分析。质的分解或聚合，需对具体的体系分析。C.蒸气温度高，无液相水存在，有利于防止挥发油的结晶。蒸气温度高，无液相水存在，有利于防止挥发油的结晶。36第三十六页，共65页。4.蒸汽蒸汽(zhn q)量的计算量的计算 饱和水蒸气蒸馏方式饱和水蒸气蒸馏方式 饱和水蒸气蒸馏时，釜内有水层和被分离组分饱和水蒸气

28、蒸馏时，釜内有水层和被分离组分层，两组分的蒸气压仅与温度有关，与组成无层，两组分的蒸气压仅与温度有关，与组成无关，蒸气分压等于同温度下纯水和被分离组分关，蒸气分压等于同温度下纯水和被分离组分各自各自(gz)单独存在时的蒸气压，蒸气总压：单独存在时的蒸气压，蒸气总压：当混合液各组分的蒸气分压之和等于外界压力当混合液各组分的蒸气分压之和等于外界压力时，混合液就会沸腾。此时混合液的沸点比任时，混合液就会沸腾。此时混合液的沸点比任意组分的沸点都低，同时也说明，总压一定时意组分的沸点都低，同时也说明，总压一定时系统的沸点也随之而定。系统的沸点也随之而定。37第三十七页，共65页。用于夹带蒸馏液的水蒸气量

29、可以根据理想气体分用于夹带蒸馏液的水蒸气量可以根据理想气体分压定律计算压定律计算(j sun)：若待分离组分与水完全不互溶，则：若待分离组分与水完全不互溶，则：式中：式中：G-物质的质量；物质的质量；M-物质的分子量；物质的分子量；A-待分离组分；待分离组分；，-待分离组分和水的分压；待分离组分和水的分压；，-待分离组分和水的饱和蒸汽待分离组分和水的饱和蒸汽压压.38第三十八页，共65页。说说 明明 上式中上式中 仅为带出仅为带出 所需要的水蒸气所需要的水蒸气(zhn q)的量，未计算加热混合物和使产品汽化以及弥补热的量，未计算加热混合物和使产品汽化以及弥补热损失所消耗的饱和蒸气损失所消耗的饱

30、和蒸气(zhn q)的量；另外，离开的量；另外，离开蒸馏釜的水蒸气蒸馏釜的水蒸气(zhn q)通常并未被产物蒸气通常并未被产物蒸气(zhn q)所饱和。因此，实际蒸气所饱和。因此，实际蒸气(zhn q)消耗消耗的量比上式计算值大的多。的量比上式计算值大的多。一般情况下：一般情况下：39第三十九页，共65页。过热过热(u r)水蒸气蒸馏方式水蒸气蒸馏方式 过热水蒸气不会冷凝，因此过热水蒸气不会冷凝，因此 ，会随水蒸气的量变会随水蒸气的量变化，而蒸馏温度一般比有水层时高，当釜内压力和蒸馏温度化，而蒸馏温度一般比有水层时高，当釜内压力和蒸馏温度确定后：确定后：结论：结论：减小时，减小时，不变，因此不

31、变，因此 减小，可见水蒸气蒸馏也减小，可见水蒸气蒸馏也可以可以(ky)减压进行，这样减少了蒸气的消耗量，降低了温减压进行，这样减少了蒸气的消耗量，降低了温度，还可以度，还可以(ky)防止热敏性物质的分解。防止热敏性物质的分解。40第四十页，共65页。六、分子六、分子(fnz)蒸馏蒸馏概述概述1.分子蒸馏的原理分子蒸馏的原理2.分子蒸馏的过程分子蒸馏的过程3.分子蒸馏的特点分子蒸馏的特点(tdin)4.分子蒸馏流程分子蒸馏流程5.分子蒸发器分子蒸发器6.分子蒸馏的计算分子蒸馏的计算7.分子蒸馏的应用分子蒸馏的应用41第四十一页，共65页。分子蒸馏也称短程蒸馏，是一种在高真空度条分子蒸馏也称短程蒸

32、馏，是一种在高真空度条件下进行非平衡分离操作的连续蒸馏过程。件下进行非平衡分离操作的连续蒸馏过程。由于操作压力很低，挥发组分的沸点降低由于操作压力很低，挥发组分的沸点降低(jingd)，同时分子蒸馏的平均停留时间很，同时分子蒸馏的平均停留时间很短，所以分子蒸馏是一种温和的蒸馏方式，对短，所以分子蒸馏是一种温和的蒸馏方式，对低挥发度（高沸点）、热敏性生物活性物质比低挥发度（高沸点）、热敏性生物活性物质比较适合。较适合。42第四十二页，共65页。43第四十三页，共65页。44第四十四页，共65页。目前国内最大的分子蒸馏目前国内最大的分子蒸馏(zhngli)装置装置45第四十五页，共65页。1.分子

33、蒸馏分子蒸馏(zhngli)的原理的原理分子蒸馏分子蒸馏(zhngli)是一种特殊的液是一种特殊的液-液分离液分离技术，它不同于传统蒸馏技术，它不同于传统蒸馏(zhngli)依靠沸点差依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的不同实现分离。的不同实现分离。分子运动自由程（用分子运动自由程（用表示）是指分子相邻两次碰表示）是指分子相邻两次碰撞之间所走的路程。撞之间所走的路程。46第四十六页，共65页。原原 理理 当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于重分子会逸出液面而进入气

34、相，由于(yuy)轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的气相分子移动距离不同，若设置一块冷凝板，气相分子移动距离不同，若设置一块冷凝板，使冷凝板与加热板间的距离小于轻组分的分子使冷凝板与加热板间的距离小于轻组分的分子运动自由程而大于重组分的分子运动自由程，运动自由程而大于重组分的分子运动自由程，则轻分子达到冷凝板被冷凝并排出，而重分子则轻分子达到冷凝板被冷凝并排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。这样，达到物质达不到冷凝板沿混合液排出。这样，达到物质分离的目的。分离的目的。47第四十七页，共65页。分子从液相主体（混合液）到蒸发分子从液相主体（混合液

35、）到蒸发 的表面。的表面。分子在液层表面上的自由蒸发。分子在液层表面上的自由蒸发。分子从蒸发表面向冷凝分子从蒸发表面向冷凝(lngnng)面飞射。面飞射。分子在冷凝分子在冷凝(lngnng)面上冷凝面上冷凝(lngnng)。48第四十八页，共65页。分子分子(fnz)蒸馏是在一定的真空度下完成的，而蒸馏是在一定的真空度下完成的，而减压蒸馏和减压精馏也是在一定的真空度下完成，减压蒸馏和减压精馏也是在一定的真空度下完成，我们通过比较两者的差别来分析一下分子我们通过比较两者的差别来分析一下分子(fnz)蒸馏的特点。蒸馏的特点。49第四十九页，共65页。分子蒸馏装置主要包括：分子蒸馏器、分子蒸馏装置主

36、要包括：分子蒸馏器、脱气系统、进料系统、加热系统、冷脱气系统、进料系统、加热系统、冷却系统、真空系统和控制系统。却系统、真空系统和控制系统。脱气系统：将待处理的物料中溶解脱气系统：将待处理的物料中溶解(rngji)的气体在高真空条件下排的气体在高真空条件下排出，以防止分子蒸馏过程中发生爆沸。出，以防止分子蒸馏过程中发生爆沸。常用的脱气设备有降膜式、喷射式、常用的脱气设备有降膜式、喷射式、填充式、层板式。填充式、层板式。50第五十页，共65页。5.分子分子(fnz)蒸发器蒸发器 分子蒸发器有四种：静止式分子蒸发器、分子蒸发器有四种：静止式分子蒸发器、降膜式降膜式分子蒸发器、刮膜式分子蒸发器、分子

37、蒸发器、刮膜式分子蒸发器、离心式分子蒸离心式分子蒸发器发器 静止式分子蒸发器静止式分子蒸发器 最早的一种分子蒸发器，特点最早的一种分子蒸发器，特点(tdin)：结构简单，：结构简单，蒸发面不动，静止式使得设备生产能力低，分离蒸发面不动，静止式使得设备生产能力低，分离效果差，热分解危险性大。缺点较多，现已淘汰。效果差，热分解危险性大。缺点较多，现已淘汰。51第五十一页，共65页。降膜式分子降膜式分子(fnz)蒸发器蒸发器优点优点(yudin)：液膜厚度小，液体因重力沿蒸发表：液膜厚度小，液体因重力沿蒸发表面流动，因此，物料的停留时间短，热分解的危险面流动，因此，物料的停留时间短，热分解的危险性小

38、，可以连续操作，生产能力大。性小，可以连续操作，生产能力大。缺点：液体的均匀分布难以实现，易出现沟流，产缺点：液体的均匀分布难以实现，易出现沟流，产生沟流就易产生雾沫夹带溅到冷凝面上，分离效果生沟流就易产生雾沫夹带溅到冷凝面上，分离效果降低，由此可以看出：均匀分布装置的完善是降膜降低，由此可以看出：均匀分布装置的完善是降膜式分子蒸发器的一个重点，同时也可以看出，降膜式分子蒸发器的一个重点，同时也可以看出，降膜式分子蒸发器不适合于分离粘度很大的物料。式分子蒸发器不适合于分离粘度很大的物料。52第五十二页，共65页。刮膜式分子刮膜式分子(fnz)蒸发器蒸发器 优点：液膜厚度小，刮膜器的作用可以避免

39、沟流，是蒸发表面均匀分布；物料停留时间短，热分解危险性小，可以了连续操作，生产能力大；加上挡板可以使雾沫夹带的液体(yt)在挡板上冷凝。53第五十三页，共65页。离心式分子离心式分子(fnz)蒸发器蒸发器 具有旋转的蒸发表面，操作时进料在旋转盘的具有旋转的蒸发表面，操作时进料在旋转盘的中心，靠离心力在蒸发表面分布。中心，靠离心力在蒸发表面分布。优点：液膜非常薄，流动好，生产能力大，停留优点：液膜非常薄，流动好，生产能力大，停留时间很短，液膜分布均匀，有利于热敏性物质时间很短，液膜分布均匀，有利于热敏性物质(wzh)的分离。的分离。缺点：设备结构复杂，真空密封较差，设备成本缺点：设备结构复杂，真

40、空密封较差，设备成本高。高。54第五十四页，共65页。6.分子蒸馏分子蒸馏(zhngli)的计算的计算 分子平均自由分子平均自由(zyu)程：分子在两次连续碰撞之间所走的路程：分子在两次连续碰撞之间所走的路程的平均值。它是分子蒸发器设计的重要参数。程的平均值。它是分子蒸发器设计的重要参数。-分子平均自由分子平均自由(zyu)程；程；d-分子直径；分子直径；T-蒸发温度；蒸发温度；p-真空度；真空度；R-摩尔常数；摩尔常数；NA-阿伏伽德罗常数；阿伏伽德罗常数；55第五十五页，共65页。蒸发蒸发(zhngf)速速率率蒸发蒸发(zhngf)速率是分子蒸发速率是分子蒸发(zhngf)器生产能力器生产

41、能力的标志。的标志。在绝对真空下，表面自由蒸发在绝对真空下，表面自由蒸发(zhngf)速率应等于速率应等于分子的热运动速率，两组分理想混合物的理论分子分子的热运动速率，两组分理想混合物的理论分子蒸发蒸发(zhngf)速率：速率：式中：式中：-组分组分i蒸发蒸发(zhngf)处理量；处理量；T-绝对温度；绝对温度；-组分组分i的饱和蒸汽压；的饱和蒸汽压；R-摩尔常数；摩尔常数；-组分组分i的摩尔分子量；的摩尔分子量；G-总蒸发总蒸发(zhngf)处处理量；理量；-组分组分i的摩尔分率；的摩尔分率；56第五十六页，共65页。实际上，蒸发速率受很多因素的影响，如：实际上，蒸发速率受很多因素的影响，如

42、：物料的性质、设备的形状、操作物料的性质、设备的形状、操作(cozu)参参数等等。分子蒸馏的速率远小于理想状况下，数等等。分子蒸馏的速率远小于理想状况下，于是提出了很多的经验修正式，简要介绍两于是提出了很多的经验修正式，简要介绍两种相对比较成熟的经验式。种相对比较成熟的经验式。57第五十七页，共65页。经验经验(jngyn)公式公式A.Stephan式：式：式中：式中：Ac-冷凝面积；冷凝面积；Ae-蒸发面积；蒸发面积；h-冷凝面与蒸发面之间的距离；冷凝面与蒸发面之间的距离；-蒸发潜热；蒸发潜热；n-每立方米所含的气体每立方米所含的气体(qt)分子数；分子数；58第五十八页，共65页。Step

43、han式适用于液膜厚度非常小，扩散阻力可以式适用于液膜厚度非常小，扩散阻力可以忽略的离心式分子蒸发器，它假设分子蒸发只是忽略的离心式分子蒸发器，它假设分子蒸发只是表面现象是合理的。但是表面现象是合理的。但是(dnsh)对于液膜厚度对于液膜厚度较大的降膜式分子蒸发器，就必须考虑扩散阻力。较大的降膜式分子蒸发器，就必须考虑扩散阻力。因此，因此，Stephan式不适合于降膜式分子蒸发器。式不适合于降膜式分子蒸发器。59第五十九页，共65页。经验经验(jngyn)公式公式B.Micov式：实质是两组分的蒸发式：实质是两组分的蒸发(zhngf)速率方程。速率方程。Micov式的适应条件：蒸发式的适应条件

44、：蒸发(zhngf)温度和冷凝温温度和冷凝温度均不变，传热和传质过程稳定。工业生产中，由度均不变，传热和传质过程稳定。工业生产中，由于液膜的表面温度无法测量，一般用壁温代替，因于液膜的表面温度无法测量，一般用壁温代替，因此计算结果与实验结果会有一定的差异。此计算结果与实验结果会有一定的差异。60第六十页，共65页。分离分离(fnl)因子因子 分离因子是衡量物料分离难度大小的参数，分离因子是衡量物料分离难度大小的参数，在分子蒸馏中，受温度在分子蒸馏中，受温度(wnd)和被分离物质和被分离物质的分子量的影响较大。的分子量的影响较大。对于二元体系，以相对挥发度表示分离能力：对于二元体系，以相对挥发度

45、表示分离能力：理想溶液：理想溶液：非理想溶液：非理想溶液：61第六十一页，共65页。对分子蒸馏，过程不可逆，用对分子蒸馏，过程不可逆，用 表示分离因子。表示分离因子。理想溶液理想溶液(rngy)：非理想溶液非理想溶液(rngy)：所以：所以：结论：分子蒸馏的分离能力是普通蒸馏分离能力的结论：分子蒸馏的分离能力是普通蒸馏分离能力的 倍，因此，分子蒸馏可以分离蒸汽压十分倍，因此，分子蒸馏可以分离蒸汽压十分 接近但分子量有所差别的物质。接近但分子量有所差别的物质。62第六十二页，共65页。分子蒸馏作为一种高新分离技术，具有其它分离技术无法比拟的优点：如：操作温度低（远低于沸点）、真空度高（空载1Pa

46、）、受热时间短（以秒计）、分离效率和分离程度高，特别适宜于高沸点、热敏性、易氧化物质的分离；由于分子蒸馏的这些特点，分子蒸馏被广泛应用在药物(yow)、食品等各个方面。63第六十三页，共65页。纯天然维生素纯天然维生素E的提纯的提纯从鱼油中提取和精制从鱼油中提取和精制DHA、EPA超浓缩液超浓缩液从植物油中提取高纯度从植物油中提取高纯度-亚麻酸亚麻酸小麦胚芽油的精制小麦胚芽油的精制高纯度二聚酸的提纯高纯度二聚酸的提纯高纯度硬脂酸单甘酯的提纯高纯度硬脂酸单甘酯的提纯高纯度乳酸的提纯高纯度乳酸的提纯高纯度月桂二酸的提纯高纯度月桂二酸的提纯辣椒红色素的提取辣椒红色素的提取润滑油的回收润滑油的回收(hushu)及中药中残留农药和有及中药中残留农药和有害重金属的脱除害重金属的脱除64第六十四页，共65页。小小 结结1 萃取的分类及其特点；萃取的分类及其特点；2 分配定律与分配平衡；分配定律与分配平衡；3 弱电解质的分配平衡；弱电解质的分配平衡；4 化学萃取；化学萃取；5 有机溶剂的选择；有机溶剂的选择；6 乳化乳化(rhu)现象；现象；65第六十五页，共65页。