分子蒸餾原理及其實(shí)際應(yīng)用資料.ppt

10分子蒸餾原理及其實(shí)際應(yīng)用,10分子蒸餾原理及其實(shí)際應(yīng)用,分子蒸餾法原理分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備分子蒸餾的實(shí)際應(yīng)用,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾原理圖,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子碰撞分子與分子之間存在著相互作用力，當(dāng)兩分子離得較遠(yuǎn)時(shí)，分子之間的作用力表現(xiàn)為吸引力，但當(dāng)兩分子接近到一定程度后，分子之間的作用力會(huì)改變?yōu)榕懦饬?，并隨其接近距離的減小，排斥力迅速增加。當(dāng)兩分子接近到一定程度時(shí)，排斥力的作用使兩分子分開(kāi)。這種由接近而至排斥分離的過(guò)程就是分子的碰撞過(guò)程。,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子有效直徑分子在碰撞過(guò)程中，兩分子質(zhì)心的最短距離（即發(fā)生斥離的質(zhì)心距離）稱為分子有效直徑。分子運(yùn)動(dòng)自由程一個(gè)分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經(jīng)過(guò)的路程分子運(yùn)動(dòng)平均自由程任一分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都在不斷變化自由程，而在一定的外界條件下，不同物質(zhì)的分子其自由程各不相同。在某時(shí)間間隔內(nèi)自由程的平均值稱為平均自由程。,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念影響分子自由程的因素及分離因素平均自由程與操作溫度成正比；與操作時(shí)真空壓力成反比；與成分的分子直徑平方成反比。,根據(jù)麥克斯韋速度分布，對(duì)單一氣體的平均自由程可由下述公式進(jìn)行計(jì)算：=2.3310-2*T*p-1*-2式中：T溫度p-真空壓力-分子的直徑,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾的分離能力,普通蒸餾以相對(duì)揮發(fā)度P表示分子蒸餾用分離因素M表示式中：p1、p2分別為輕重式中：M1、M2分別為輕重組分的蒸汽壓組分的分子量,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾原理根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論，液體分子受熱從液面逸出，不同種類的分子，其平均自由程不同；液體混合物為達(dá)到分離的目的，首先進(jìn)行加熱，能量足夠的分子逸出液面。輕分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，若在離液面小于輕分子平均自由程而大于重分子平均自由程處設(shè)置一冷凝面，使得輕分子落在冷凝面上被冷凝，從而破壞了輕分子的動(dòng)態(tài)平衡，使得輕分子繼續(xù)不斷逸出。而重分子因達(dá)不到冷凝面，很快趨于動(dòng)態(tài)平衡。這樣就將混合物分離了。由于輕分子只走很短的距離即被冷凝，所以分子蒸餾亦叫短程蒸餾。（ShortPathDistillation）,10.1分子蒸餾原理,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾原理分子蒸餾的壓力（如為10-3托級(jí)）系指殘余空氣的壓力，絕非被蒸餾空間的壓力。因蒸餾物質(zhì)的蒸汽壓是根據(jù)液面溫度而定的，它完全可能比殘余壓力大很多，直到約托（即兩者相差近千倍）,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾應(yīng)滿足的兩個(gè)條件輕、重分子的平均自由程必須要有差異，且差異越大越好；蒸發(fā)面與冷凝面間距必須小于輕分子的平均自由程。,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾過(guò)程（四步曲）（1）物料分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴(kuò)散（注意：液相中的擴(kuò)散速度是控制分子蒸餾速度的主要因素）;（2）物料分子在液層上自由蒸發(fā)速度隨溫度升高而增大,但是,分離因素卻隨溫度升高而降低;（3）分子從蒸發(fā)面向冷凝面飛射。在飛射過(guò)程中可能與殘存的空氣分子碰撞,也可能相互碰撞,但只要真空度合適,使蒸發(fā)分子的平均自由程大于或等于蒸發(fā)面與冷凝面之間的距離即可。（4）輕分子在冷凝面上冷凝。如果冷凝面的形狀合理且光滑并迅速轉(zhuǎn)移,則可以認(rèn)為冷凝是瞬間完成的,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾技術(shù)的特點(diǎn),10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾技術(shù)的特點(diǎn)操作溫度低常規(guī)蒸餾是靠不同物質(zhì)的沸點(diǎn)差進(jìn)行分離的，而分子蒸餾是靠不同物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別進(jìn)行分離的，也就是說(shuō)后者在分離過(guò)程中，蒸氣分子一旦由液相中逸出（揮發(fā)）就可實(shí)現(xiàn)分離，而并非達(dá)到沸騰狀態(tài)。因此，分子蒸餾是在遠(yuǎn)離沸點(diǎn)下進(jìn)行操作的。,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾技術(shù)的特點(diǎn)蒸氣壓強(qiáng)低由分子運(yùn)動(dòng)平均自由程公式可知，要想獲得足夠大的平均自由程必須通過(guò)降低蒸餾壓強(qiáng)來(lái)獲得。受熱時(shí)間短鑒于分子蒸餾是基于不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別而實(shí)現(xiàn)分離，因而裝置中加熱面與冷凝面的間距要小于輕分子的運(yùn)動(dòng)平均自由程（即間距很小），這樣，由液面逸出的輕分子幾乎未發(fā)生碰撞即達(dá)到冷凝面所以受熱時(shí)間很短。,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾技術(shù)的特點(diǎn)不可逆性普通蒸餾是蒸發(fā)與冷凝的可逆過(guò)程,液相和氣相間可以形成互相平衡狀態(tài)。而分子蒸餾過(guò)程中,從蒸發(fā)表面逸出的分子直接飛射到冷凝面上,中間不與其它分子發(fā)生碰撞,理論上沒(méi)有返回蒸發(fā)面的可能性,所以,分子蒸餾是不可逆的。,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾技術(shù)的特點(diǎn)沒(méi)有沸騰鼓泡現(xiàn)象普通蒸餾有鼓泡、沸騰現(xiàn)象,分子蒸餾是液層表面上的自由蒸發(fā),在低壓力下進(jìn)行,液體中無(wú)溶解的空氣,因此在蒸餾過(guò)程中不能使整個(gè)液體沸騰,沒(méi)有鼓泡現(xiàn)象。分離程度及產(chǎn)品收率高分子蒸餾常常用來(lái)分離常規(guī)蒸餾難以分離的物質(zhì)，而且就兩種方法均能分的物質(zhì)而言，分子蒸餾的分離程度更高。從兩種方法相同條件下的揮發(fā)度不同可以看出這一點(diǎn)。,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾技術(shù)的特點(diǎn)無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染、無(wú)殘留可得到純凈安全的產(chǎn)物,且操作工藝簡(jiǎn)單,設(shè)備少。由以上特點(diǎn)可以看出,分子蒸餾技術(shù)能分離常規(guī)蒸餾不易分離的物質(zhì),特別適宜于高沸點(diǎn)、高粘度、熱敏性物質(zhì)的分離。因此,它為工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中高純物質(zhì)的提取開(kāi)辟了廣闊的前景。,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾與常規(guī)蒸餾的比較,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn).（1）操作溫度低（遠(yuǎn)低于沸點(diǎn)）、真空度高、受熱時(shí)間短（以秒計(jì)）、分離效率高等，特別適宜于高沸點(diǎn)、熱敏性、易氧化物質(zhì)的分離；（2）可有效地脫除低分子物質(zhì)（脫臭）、重分子物質(zhì)（脫色）及脫除混合物中雜質(zhì)；（3）其分離過(guò)程為物理分離過(guò)程，可很好地保護(hù)被分離物質(zhì)不被污染，特別是可保持天然提取物的原來(lái)品質(zhì)；（4）分離程度高，高于傳統(tǒng)蒸餾及普通的薄膜蒸發(fā)器。,10.1分子蒸餾原理,分子蒸餾基本概念分子蒸餾的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn).（1）生產(chǎn)能力方面分子蒸餾受設(shè)備結(jié)構(gòu)和加熱面積的限制,設(shè)備體積比常規(guī)蒸餾設(shè)備體積大,在大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用中有不少困難。（2）設(shè)備投資方面由于分子蒸餾要求在高真空下進(jìn)行分離,所需要的設(shè)備成本過(guò)高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)計(jì)技術(shù)要求高,相應(yīng)的配套設(shè)備也多,投資過(guò)大,國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)大規(guī)模運(yùn)用。,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備：實(shí)驗(yàn)室設(shè)備,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備：中試型設(shè)備：MD-S150,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備：MD-S300,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備：MD-S500,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備：MD-S9001000噸/年分子蒸餾單甘脂裝置,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備：MDL-150（離心式）,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備主機(jī)部分蒸發(fā)裝置和冷凝裝置（1）蒸發(fā)裝置向物料提供加熱能源蒸發(fā)表面。目前熱源可以是多種類型,主要設(shè)備有蒸氣加熱、電加熱、導(dǎo)熱油加熱及微波加熱等;（2）冷凝裝置主要是提供水冷卻的冷凝器。蒸發(fā)表面與冷凝表面之間的距離必須介于輕重分子平均自由程間,才能完成分子蒸餾的全過(guò)程;（3）另外，主機(jī)部分還必須有驅(qū)動(dòng)裝置,用以驅(qū)動(dòng)物料的分布和成膜刮板作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),其主要設(shè)備是電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、支架以及密封構(gòu)、中軸承、底軸承等。,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備進(jìn)出料部分:由物料輸入裝置和物料輸出裝置組成。用以完成統(tǒng)的連續(xù)進(jìn)料與排料功能,主要設(shè)備通常由儲(chǔ)罐、計(jì)泵和輸送泵組成。真空部分:即真空獲得裝置,由于分子蒸餾在極高真空狀態(tài)下操作,因此必須根據(jù)物料的特點(diǎn)進(jìn)行選擇,一般情況下主要設(shè)備用冷阱、油擴(kuò)散泵和旋片式真空泵組成。,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備控制部分:控制裝置通常要求實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)參數(shù)的自動(dòng)控制或電腦控制,即對(duì)系統(tǒng)中以上三部分的技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)全機(jī)控制,以達(dá)到最高的分離效率、分離精度和最低的能耗。,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備分子蒸餾器的模式（1）降膜式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。液膜靠重力自然分布下降，較厚，效率低，目前已很少使用；（2）刮膜式依靠刮板成膜，較薄，分離效率高，但結(jié)構(gòu)較降膜式復(fù)雜?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)、外的工業(yè)化裝置以轉(zhuǎn)子刮膜式為主。（3）離心式依靠離心力成膜，很薄，蒸發(fā)效率最高，但結(jié)構(gòu)也最復(fù)雜，造價(jià)高,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備分子蒸餾器的模式（1）降膜式分子蒸餾器液膜厚度小,蒸餾物料可沿蒸發(fā)表面流動(dòng),停留時(shí)間短,熱分解的危險(xiǎn)性較小,蒸餾過(guò)程可以連續(xù)進(jìn)行,生產(chǎn)能力大。很難保證所有的蒸發(fā)表面都被液膜均勻覆蓋,液體流動(dòng)時(shí)常發(fā)生翻滾現(xiàn)象,產(chǎn)生的霧沫也常濺到冷凝面上,影響分離效果。,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備分子蒸餾器的模式（2）刮膜式蒸發(fā)器其結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是在刷膜式釜中設(shè)置一聚四氟乙烯制的轉(zhuǎn)動(dòng)刮板,既保證液體能夠均勻覆蓋蒸發(fā)表面,又可使下流液層得到充分?jǐn)噭?dòng),從而強(qiáng)化了物料的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程,提高了分離效能。,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備分子蒸餾器的模式（3）離心式蒸發(fā)器液膜在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤(pán)表面形成的液膜極薄且分布均勻,蒸發(fā)速率和分離效率很高。受熱時(shí)間更短,料液熱裂解的幾率低。連續(xù)處理量更大,因此該裝置更適合于工業(yè)化連續(xù)性生產(chǎn)。,10.2分子蒸餾系統(tǒng)流程及分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾系統(tǒng)流程（轉(zhuǎn)子刮膜式分子蒸餾器）,10.3分子蒸餾的實(shí)際應(yīng)用,應(yīng)用情況簡(jiǎn)介石油化工方面塑料工業(yè)方面食品工業(yè)方面醫(yī)藥方面香料工業(yè)方面,10.3分子蒸餾的實(shí)際應(yīng)用,制藥,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天然和合成維生素7互葉白千層油8辣椒堿9大蒜素的精制10川芎11當(dāng)歸12姜油13中草藥有效成分的提純,10.3分子蒸餾的實(shí)際應(yīng)用,化工,1醇類2.酯3.乙二醇醚4.除草劑5.全能碳?xì)浠衔?殺蟲(chóng)劑7.硅油8.妥爾革柔油,10.3分子蒸餾的實(shí)際應(yīng)用,塑料,1環(huán)氧樹(shù)脂2.環(huán)氧化油3.異氰酸鹽4.增塑劑5.穩(wěn)定劑,10.3分子蒸餾的實(shí)際應(yīng)用,塑料,1脂肪