分子蒸馏原理及其实际应用剖析课件.ppt

1、10 分子蒸馏原理及其实际应用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原理及其实际应用l分子蒸馏法原理l分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备l分子蒸馏的实际应用10.1 分子蒸馏原理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原理分子蒸馏基本概念 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原理分子蒸馏基

2、本概念n分子有效直径分子有效直径 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。n分子运动自由程分子运动自由程 一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程n分子运动平均自由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原理分子蒸馏基本概念n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：

3、=2.3310-2*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原理分子蒸馏基本概念n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原理分子蒸馏基本概念n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于重分子平均自由程处设置一冷凝

4、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。（ShortPath Distillation）10.1 分子蒸馏原理分子蒸馏原理10.1 分子蒸馏原理分子蒸馏原理分子蒸馏基本概念n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 分子蒸馏原理分子蒸馏原理分子蒸馏基本概念n分子蒸馏应满足的两

5、个条件p轻、重分子的平均自由程必须要有差异，且差异越大越好；p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原理分子蒸馏基本概念n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

6、认为冷凝是瞬间完成的 10.1 分子蒸馏原理分子蒸馏原理分子蒸馏基本概念n分子蒸馏技术的特点10.1 分子蒸馏原理分子蒸馏原理分子蒸馏基本概念n分子蒸馏技术的特点p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原理分子蒸馏基本概念n分子蒸馏技术的特点p蒸气压强低 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。p受热时间短 鉴于分子蒸

7、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原理分子蒸馏基本概念n分子蒸馏技术的特点p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,分子蒸馏是不可逆的。10.1 分子蒸馏原理分子蒸馏原理分子蒸馏基本概念n分子蒸馏技术的特点p没有沸腾鼓泡现象 普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象,分

8、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。p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原理分子蒸馏基本概念n分子蒸馏技术的特点p无毒、无害、无污染、无残留无毒、无害、无污染、无残留 可得到纯净安全的产物可得到纯净安全的产物,且操作工艺简单且操作工艺简单,设备少。设备少。由以上特点可以看出由以上特点可以看出,分子蒸馏技术能分离常规蒸馏不易分离分子蒸馏技术能分离常规蒸馏

9、不易分离的物质的物质,特别适宜于高沸点、高粘度、热敏性物质的分离。因此特别适宜于高沸点、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。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原理分子蒸馏基本概念n分子蒸馏与常规蒸馏的比较10.1 分子蒸馏原理分子蒸馏原理分子蒸馏基本概念n分子蒸馏的优缺点p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

10、为物理分离过程，可很好地保护被分离物质不被污染，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原理分子蒸馏基本概念n分子蒸馏的优缺点p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比常规蒸馏设备体积大设备体积大,在大规模生产应用中有不少困难。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所需要的设备成本过高高,结构复杂结构复杂,设计技术要求高设计技术要求高,相应

11、的配套设备也多相应的配套设备也多,投资过大投资过大,国国内尚未见大规模运用。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系统流程及分子蒸馏设备分子蒸馏设备：中试型设备：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系统流程及分子蒸馏设备分子蒸馏设备：MD-S50010.2 分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备分子蒸馏设备：MD

12、-S900 1000吨吨/年分子蒸馏单甘脂装置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系统流程及分子蒸馏设备分子蒸馏设备：MDL-150（离心式）（离心式）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及分子蒸馏设备分子蒸馏设备n主机部分主机部分蒸发装置和冷凝装置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）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多种类型,主要设备有蒸气加热、电加热、导热油加热及微波主要设备有蒸气加热、电加热、导热油加热及微波加热等加热等;（2）冷凝装置主要是提供水冷却的冷凝器。蒸发表面与冷

13、凝表）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,才能完成分子才能完成分子蒸馏的全过程蒸馏的全过程;（3）另外，主机部分还必须有驱动装置）另外，主机部分还必须有驱动装置,用以驱动物料的分布用以驱动物料的分布和成膜刮板作旋转运动和成膜刮板作旋转运动,其主要设备是电动机、减速机、支架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。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系统流程及分子蒸馏设备分子蒸馏设备n进出料部分进出料部分:由物料输入装置和物料输出装置组成。

14、用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以完成统的连续进料与排料功能,主要设备通常由储罐、主要设备通常由储罐、计泵和输送泵组成。计泵和输送泵组成。n真空部分真空部分:即真空获得装置即真空获得装置,由于分子蒸馏在极高真空状态下操作由于分子蒸馏在极高真空状态下操作,因此必须根据因此必须根据物料的特点进行选择物料的特点进行选择,一般情况下主要设备用冷阱、油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。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系统流程及分子蒸馏设备分子蒸馏设备n控制部分控制部分:控制装置通常要求实现全系统控制装置通常要

15、求实现全系统参数的自动控制或电脑控制参数的自动控制或电脑控制,即对系统中即对系统中以上三部分的技术参数实现全机控制以上三部分的技术参数实现全机控制,以以达到最高的分离效率、分离精度和最低达到最高的分离效率、分离精度和最低的能耗。的能耗。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及分子蒸馏设备分子蒸馏设备n分子蒸馏器的模式分子蒸馏器的模式（1）降膜式）降膜式结构简单。液膜靠重力自然分布下降，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；较厚，效率低，目前已很少使用；（2）刮膜式）刮膜式依靠刮板成膜，较薄，分离效率高，依靠刮板成膜，较薄，分离效率高，但结构较降膜式复

16、杂。但结构较降膜式复杂。现在国内、外的工业化装置现在国内、外的工业化装置以以转子刮膜式转子刮膜式为主。为主。（3）离心式）离心式依靠离心力成膜，很薄，蒸发效率依靠离心力成膜，很薄，蒸发效率最高，但结构也最复杂，造价高最高，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系统流程及分子蒸馏设备分子蒸馏设备n分子蒸馏器的模式分子蒸馏器的模式（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

17、.2 分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备分子蒸馏系统流程及分子蒸馏设备分子蒸馏设备n分子蒸馏器的模式分子蒸馏器的模式（2）刮膜式蒸发器）刮膜式蒸发器 其结构的主要特点是在刷其结构的主要特点是在刷膜式釜中设置一聚四氟乙烯制膜式釜中设置一聚四氟乙烯制的转动刮板的转动刮板,既保证液体能够均既保证液体能够均匀覆盖蒸发表面匀覆盖蒸发表面,又可使下流液又可使下流液层得到充分搅动层得到充分搅动,从而强化了物从而强化了物料的传热和传质过程料的传热和传质过程,提高了分提高了分离效能。离效能。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及分子蒸馏设备分子蒸馏设备n分子蒸馏器的模式分子蒸馏器的模式（3）离心

18、式蒸发器）离心式蒸发器 液膜在旋转的转盘表面形液膜在旋转的转盘表面形成的液膜极薄且分布均匀成的液膜极薄且分布均匀,蒸蒸发速率和分离效率很高。发速率和分离效率很高。受热时间更短受热时间更短,料液热裂解料液热裂解的几率低。的几率低。连续处理量更大连续处理量更大,因此该装因此该装置更适合于工业化连续性生置更适合于工业化连续性生产。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分子蒸馏的实际应用应用情况简介n石油化工方面石油化工方面n塑料工业方面塑料工业方面n食品工业方面食品工业方面n医药方面医药方面n香料

19、工业方面香料工业方面10.3 分子蒸馏的实际应用分子蒸馏的实际应用制药1 酸性氯化物酸性氯化物 2 氨基酸酯氨基酸酯 3 葡萄糖衍生物葡萄糖衍生物 4 吲哚吲哚 5 萜酯萜酯 6 天然和合成维生素天然和合成维生素 7 互叶白千层油互叶白千层油 8 辣椒碱辣椒碱 9 大蒜素的精制大蒜素的精制 10 川芎川芎 11 当归当归 12 姜油姜油13 中草药有效成分的提纯中草药有效成分的提纯10.3 分子蒸馏的实际应用分子蒸馏的实际应用化工1醇类醇类 2.酯酯 3.乙二醇醚乙二醇醚 4.除草剂除草剂 5.全能碳氢化合物全能碳氢化合物 6杀虫剂杀虫剂 7.硅油硅油 8.妥尔革柔油妥尔革柔油10.3 分子蒸

20、馏的实际应用分子蒸馏的实际应用塑料1环氧树脂环氧树脂 2.环氧化油环氧化油 3.异氰酸盐异氰酸盐 4.增塑剂增塑剂 5.稳定剂稳定剂10.3 分子蒸馏的实际应用分子蒸馏的实际应用塑料1脂肪酸及衍生物脂肪酸及衍生物 2.二聚酯肪酸二聚酯肪酸 3.鱼油鱼油 4.小麦胚芽油小麦胚芽油 5种子油种子油 6.单甘油酯单甘油酯 7.双甘油酯双甘油酯 8.生育酚生育酚 9.黄油黄油10.3 分子蒸馏的实际应用分子蒸馏的实际应用石油化工1盐基油盐基油 2.亮库存油亮库存油 3.润滑油润滑油 4.石蜡油石蜡油 5.沥青残留物沥青残留物 6.焦油焦油10.3 分子蒸馏的实际应用分子蒸馏的实际应用日化1羊毛酯酸羊毛酯酸 2.羊毛酯醇羊毛酯醇 3.烷基多酣烷基多酣 4.海藻、金雀花、褐苔、鲜花、海藻、金雀花、褐苔、鲜花、根菜作物、根菜作物、辣椒的提取物辣椒的提取物10.3 分子蒸馏的实际应用分子蒸馏的实际应用香料香精1广藿香油广藿香油 2.玫瑰油玫瑰油 3.山苍子油山苍子油 4.桉叶油（茶树油）桉叶油（茶树油）5.香茅油香茅油 6.橙油橙油 7.紫罗兰酮紫罗兰酮