分子蒸餾論文

1、分子蒸餾分離技術(shù)摘 要:隨著各種分離技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 , 分子蒸餾技術(shù)越來越受青 睞, 尤其是對 于高沸點和熱敏性物質(zhì)的分離。 本文主要分析了分子蒸 餾技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、基本 原理、分離過程與特點、優(yōu)點與局限性及應(yīng) 用等。關(guān)鍵詞 : 分子蒸餾 傳統(tǒng)蒸餾 應(yīng)用1、分子蒸餾的歷史及其發(fā)展現(xiàn)狀作為一種對高沸點和熱敏性物質(zhì)進行有效分離的手段 ,自 20世紀(jì) 30年代出現(xiàn) 以來,得到了世界各國的重視。至 20世紀(jì) 60年代, 為適應(yīng)濃縮魚肝油中維生素 A 的 需要 ,分子蒸餾技術(shù)得到了工業(yè)化 應(yīng)用,在日、英、美、德以及前蘇聯(lián)相繼設(shè)計、制 造了多套分子蒸餾 裝置,用于濃縮 V A 等的生產(chǎn),但當(dāng)時困于種種條

2、件 ,應(yīng)用面窄、 發(fā) 展速度慢。 在過去的幾十年中 , 世界各國都在不斷擴大和完善該項技 術(shù)在工業(yè) 化中的應(yīng)用, 特別是 20世紀(jì) 80年代以來, 隨著人們對天然 物質(zhì)的青睞, 回歸自然潮 流的興起 , 分子蒸餾技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。 分子蒸餾的設(shè)備目前應(yīng)用較廣的為離 心薄膜式及轉(zhuǎn)子刮膜式。 這 兩種方式的分離裝置 , 也是一直在不斷地改進和完善 , 特別是針對不 同產(chǎn)品 ,其裝置結(jié)構(gòu)與配套設(shè)備要有不同的特點。因此 ,就分子蒸餾 裝 置本身來說 ,其開發(fā)研究的內(nèi)容就十分豐富了。在應(yīng)用領(lǐng)域方面 , 國外已在近百種產(chǎn) 品中進行了工業(yè)化生產(chǎn) ,廣泛應(yīng)用于石油、化工、 輕工、食品、醫(yī)藥、 、農(nóng)藥及日

3、用化工等。我國對分子蒸餾技術(shù)的研究起步較晚 , 20世紀(jì) 80年代末期,國內(nèi)曾引進了幾套分子蒸餾生產(chǎn)線 , 用于硬脂酸單甘脂的生產(chǎn)。 國內(nèi)的 研究人員 也曾進行過一些研究 ,但工業(yè)化應(yīng)用的報道很少。2、分離蒸餾的原理分子蒸餾是一種特殊的液 液分離技術(shù) , 它不同于傳統(tǒng)蒸餾依靠 沸點差分離原 理, 而是靠不同物質(zhì)分子運動平均自由程的差別實現(xiàn)分 離。 分子蒸餾是一種在 高 真空 下操作的蒸餾方法 , 這時蒸氣分子的平 均自由程大于蒸發(fā)表面與 冷凝 表面之 間的距離 , 從而可利用料液中各 組分蒸發(fā)速率的差異 ,對液體 混合物 進行分離。當(dāng)液體混合物沿加熱板流動并被加熱 , 輕、 重分子會逸出液面而

4、 進入氣相 ,由 于輕、重分子的自由程不同 ,因此,不同物質(zhì)的分子從 液面逸出后移動距離不同 , 若 能恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置一塊冷凝板 , 則輕分子達 到冷凝板被冷凝排出 ,而重分子達不到冷凝板 沿混合液排出。這樣 , 達到物質(zhì)分離的目的。3、分子蒸餾分離過程與特點3.1分子蒸餾分離過程根據(jù)分子蒸餾器設(shè)計原則 , 低沸點組分首先獲得足夠的能量從液 膜表面蒸發(fā) , 徑直飛向中間冷凝器并被冷凝成液相 , 并在重力作用下 沿冷凝器壁面向下流動 , 進 入流出組分接收瓶 , 未能達到冷凝面的重 組分沿加熱面留下 , 進入殘留組分接收瓶 , 即分子蒸餾過程主要分為 5個步驟 :(1 分子從液相主體向蒸發(fā)面擴散。通

5、常 ,液相中的擴散速度 是控制分子蒸餾速 度的主要因素 , 在設(shè)備設(shè)計時 , 應(yīng)盡量減薄液層厚度并強化液層的流動。(2 分子從蒸發(fā)面上自由蒸發(fā)。分子在高真空遠低于沸點的溫 度下進行蒸發(fā)。 蒸發(fā)速度隨著溫度的升高而升高 , 但分離效率優(yōu)勢卻 隨著溫度的升高而降低 , 所以 應(yīng)以被加工物質(zhì)的熱穩(wěn)定性為前提 , 選 擇經(jīng)濟合理的蒸餾溫度。(3 分子從蒸發(fā)面向冷凝面飛射。在飛射過程中 ,可能與殘存 的空氣分子碰撞 ,也 肯能相互碰撞。但只要有合適的真空度 ,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 分子在冷凝面上冷凝。冷凝面形狀合理且光滑 ,從 而完成 對該物質(zhì)分子的分

6、離提取。(5 流出物和殘留物的收集。由于重力作用 ,流出物在冷凝器 底部收集。 沒有蒸 發(fā)的重組分和返回到加熱面上的極少數(shù)輕組分殘留 物由于重力作用或離心力作用 , 滑落到加熱器底部或轉(zhuǎn)盤外緣。 3.2 分子蒸餾分離特點(1 普通蒸餾在沸點溫度下進行分離 ,分子蒸餾可以在任何溫度下 進行 ,只要冷熱 兩面間存在著溫度差 ,就能達到分離目的。(2 普通蒸餾是蒸發(fā) 與冷凝 的 可逆過程 ,液相和氣相間可以形成相 平衡狀態(tài) ; 而分子蒸餾過程中 , 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 , 理論上沒有返回蒸發(fā)面的可能 性,所以,分子蒸餾過程是不可逆的。(3普通蒸餾有

7、鼓泡、沸騰現(xiàn)象 ;分子蒸餾過程是液層表面上的自 由蒸發(fā) ,沒有鼓 泡現(xiàn)象。(4表示普通蒸餾分離能力的分離因素與組元的蒸汽壓之比有關(guān) , 表示分子蒸餾 分離能力的分離因素則與組元的蒸汽壓和分子量之比 有關(guān) ,并可由相對蒸發(fā)速度求 出。4、分子蒸餾的優(yōu)點與局限性4.1分子蒸餾的優(yōu)點(1 蒸餾溫度低 ,分子蒸餾是在遠低于沸點的溫度下進行操作的 , 只要存在溫度差 就可以達到分離目的 , 這是分子蒸餾與常規(guī)蒸餾的本 質(zhì)區(qū)別。(2蒸餾真空度高 ,分子蒸餾裝置其內(nèi)部可以獲得很高的真空度 , 通常分子蒸餾在 很低的壓強下進行操作 ,因此物料不易氧化受損。(3蒸餾液膜薄 , 傳熱效率高。(4 物料受熱時間短

8、,受加熱的液面與加冷凝面之間的距離小于輕 分子的平均自 由程, 所以由液面逸出的輕分子幾乎未經(jīng)碰撞就達到冷 凝面。因此 ,蒸餾物料受熱時 間短 ,在蒸餾溫度下停留時間一般幾秒 至幾十秒之間 ,減少了物料熱分解的機會。(5 分離程度更高 ,分子蒸餾能分離常規(guī)不易分開的物質(zhì)(6沒有沸騰 鼓泡 現(xiàn)象,分子蒸餾是液層表面上的自由蒸發(fā) ,在低 壓力下進行 , 液 體中無溶解的空氣 , 因此在蒸餾過程中不能使整個液 體沸騰 ,沒有鼓泡現(xiàn)象。(7無毒、無害、無污染、無殘留 ,可得到純凈安全的產(chǎn)物 ,且操 作工藝簡單 , 設(shè) 備少。 分子蒸餾技術(shù) 能分離常規(guī)蒸餾不易分離的物質(zhì)。 (8 分子蒸餾設(shè)備價格昂貴 分

9、子蒸餾裝置必須保證體系壓力達到的高真空度, 對材料密封要求較高 , 且蒸發(fā)面和 冷凝 面之間的距離要適 中,設(shè)備加 工難度大 ,造價高。(9 產(chǎn)品耗能小 ,由于分子蒸餾整個分離過熱損失少 ,且由于分子蒸 餾裝置獨特的 結(jié)構(gòu)形式 ,內(nèi)部壓強極低 ,內(nèi)部阻力遠比常規(guī)蒸餾小 , 因而可大大節(jié)省能耗。4.2分子蒸餾的局限性分子蒸餾技術(shù)作為一種新型的分離技術(shù) , 理論研究和實踐過程中 仍然存在一些 問題 ,主要體現(xiàn)在以下幾個方面 :(1理論研究較少。國內(nèi)在分子蒸餾技術(shù)和裝備方面的研究起 步比較晚 ,對其相 關(guān)過程的基礎(chǔ)理論研究非常少 ,應(yīng)用研究在 20世 紀(jì) 90年代才得到較大發(fā)展 ,因此,很 難準(zhǔn)確的

10、了解分子蒸餾器內(nèi)的 真實狀況 , 在分子蒸餾器的最佳設(shè)計方面也存在相當(dāng) 的困難, 今后加 強基礎(chǔ)理論方面的研究是分子蒸餾技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。 (2 生產(chǎn)能力小。物料在蒸發(fā)壁面上呈膜狀流動 ,受熱面積與 蒸發(fā)壁面幾乎相等 , 傳熱效 率較高; 但由于蒸發(fā)壁面積受設(shè)備結(jié)構(gòu)的 限制,遠遠小于常規(guī)精餾塔受熱面積。而 且 ,分子蒸餾是在遠低于常 壓沸點條件下操作的 ,汽化量相對于常規(guī)蒸餾在沸騰狀態(tài) 時要少得 多。 在相同的生產(chǎn)能力下 , 分子蒸餾的設(shè)備體積要比常規(guī)蒸餾設(shè)備大 得 多。 Langmuir 和 Knudsen 從理論上得出了分子蒸餾的處理量與壓 力、溫度及蒸發(fā) 器的蒸發(fā)面積之間的關(guān)系如下

11、 :從該式可以看出 ,高 真空度下的分子蒸餾處理量比較 小 ,難以滿足工業(yè)上實際生產(chǎn)的需 要。（3）設(shè)備投資高。分子蒸發(fā)器是分子蒸餾技術(shù)的核心，對設(shè)備 的密封和真空 系統(tǒng)要求都很高，設(shè)備投資相對較大，適合于高附加值 物系的分離；但相對于產(chǎn) 品的產(chǎn)值而言，仍然具有投資價值。 5、分子蒸餾的應(yīng)用 分子蒸餾可廣泛應(yīng)用于國 民經(jīng)濟的各個方面， 特別適用于高沸點 和熱敏性及易氧化物料的分離。 目前可應(yīng) 用分子蒸餾生產(chǎn)的產(chǎn)品在數(shù) 百種以上。今后，隨著現(xiàn)代人們崇尚天然、回歸自然 潮流的興起 ,分 子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品必將有更廣闊的市場前景。 現(xiàn)就其應(yīng)用領(lǐng)域 介 紹如下。石油化工碳氫化合物的分離，原油的渣油及其類似物質(zhì)的分離， 表面活性劑的提純及化工中間體的精制等， 如高碳醇及烷基多昔、 乙烯基毗咯烷酮等 的純化，羊毛酸醋、羊毛醇醋等的制取等。塑料工 業(yè)增塑劑的提純，高分子物質(zhì) 的脫臭，樹脂類物質(zhì)的精制等。食 品 工業(yè) 分離混合油脂，可獲純 度 達 90以上 的單甘油脂，如硬脂酸 單甘油醋、月桂酸單甘油醋、丙二醇甘油醋等；提取脂肪 酸及其衍生 物， 生產(chǎn)二聚脂肪酸等； 從動植物中提取天然產(chǎn)物， 如魚油、 米糠 油、 小麥胚芽油等。醫(yī)藥工業(yè)提取合成及天然維生素 A 、E，制取氨基酸 及葡萄 糖衍生物等。 香料工業(yè)處理天然精油， 脫臭、 脫色、 提高純度， 使天然