1、分子蒸馏技术分子蒸馏技术授课教师：计建炳授课教师：计建炳浙江工业大学化学工程与材料学院浙江工业大学化学工程与材料学院目录目录分子蒸馏（分子蒸馏（Molecular Distillation)技术发技术发展简介展简介 分子蒸馏技术原理及特点分子蒸馏技术原理及特点 分子蒸馏技术的参数模型及影响因素分子蒸馏技术的参数模型及影响因素 分子蒸馏过程流程及设备分子蒸馏过程流程及设备 分子蒸馏技术的工业化应用分子蒸馏技术的工业化应用 分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简介茶树油的分子蒸馏精制异构反应-分子蒸馏分离合成O,S-二甲基硫代磷酰胺分子蒸馏技术提纯芥酸分子蒸馏提取天然VE间二甲苯和间甲基苯甲酸分离
2、提纯工艺 分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简介 真空间歇蒸馏真空间歇蒸馏 缺点：蒸发液面厚，停留时间长，真空缺点：蒸发液面厚，停留时间长，真空度低（绝压大于度低（绝压大于5kPa），加热温度高。），加热温度高。 分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简介 降膜蒸馏装置降膜蒸馏装置 可以实现连续化操作，但会产生局部过热，可以实现连续化操作，但会产生局部过热，绝压只能在绝压只能在2kPa以上。以上。 分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简
3、介 分子蒸馏装置分子蒸馏装置 特点：特点：a）内冷内冷装置装置，b）冷凝面）冷凝面与蒸发面的距离与蒸发面的距离为为几毫米至几厘几毫米至几厘米，米，一定的操作一定的操作条件下，小于轻条件下，小于轻分子的运动平均分子的运动平均自由程，自由程，c）真空）真空度很高，度很高，绝压在绝压在0.1100Pa之间之间。 分子蒸馏技术发展简介分子蒸馏技术发展简介 发展史发展史 1922年设计了世界上第一套实验用分子蒸馏装年设计了世界上第一套实验用分子蒸馏装置，用于水银同位素的分离置，用于水银同位素的分离20世纪世纪3060年代，日、英、美、德、法及前年代，日、英、美、德、法及前苏联均有多套大型工业化装置投入使
4、用。苏联均有多套大型工业化装置投入使用。我国我国80年代末期引进生产线，用于硬脂酸单甘年代末期引进生产线，用于硬脂酸单甘油酯的生产。油酯的生产。90年代初对分子蒸馏技术进行研究。年代初对分子蒸馏技术进行研究。目前已用于精制鱼油、天然维生素目前已用于精制鱼油、天然维生素E、-亚麻亚麻酸、二聚脂肪酸、异氰酸酯加成物、辣椒红色酸、二聚脂肪酸、异氰酸酯加成物、辣椒红色素、角鲨烯芳香油提纯等工业过程。素、角鲨烯芳香油提纯等工业过程。 分子蒸馏技术原理及特点分子蒸馏技术原理及特点基本原理基本原理 平均自由程：平均自由程： mm/vf2m2d pfvkTdpTk分子有效直径分子所处空间压力分子所处环境温度波
5、尔兹曼常数式中：式中：m22kTd p分子蒸馏技术原理及特点分子蒸馏技术原理及特点m/1Fe 概率概率公式公式m分子运动自由程 大于平均自由程时的概率为：mm/1136.8%Fee分子蒸馏技术原理及特点分子蒸馏技术原理及特点影响分子运动平均自由程的因素影响分子运动平均自由程的因素 mmmTpd，； ，； ，d-10空气以空气（3.11 10m）为例：分子蒸馏技术原理及特点分子蒸馏技术原理及特点特点特点 a） 轻、重分子的平均自由程必须要有差异，轻、重分子的平均自由程必须要有差异，越大越好；越大越好；b）蒸发面与冷凝面间距必须小于）蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自由程；轻分子的平均自由程
6、；c）操作压力一般在）操作压力一般在0.440Pa之间。之间。优点优点 a）操作温度低；）操作温度低；b）受热时间短；）受热时间短；d）分离）分离程度及产品收率高；程度及产品收率高；e）产品品质高；）产品品质高；f）产品）产品能耗小。能耗小。分子蒸馏技术原理及特点分子蒸馏技术原理及特点分子蒸馏与常规蒸馏的区别分子蒸馏与常规蒸馏的区别分子蒸馏的相对挥发度分子蒸馏的相对挥发度 常规蒸馏的相对挥发度（理想溶液）常规蒸馏的相对挥发度（理想溶液） 1212MMpp轻组分相对分子质量；重组分相对分子质量；轻组分的饱和蒸气压，Pa；重组分的饱和蒸气压，Pa；21,MM因 故 分子蒸馏更易分离物质，并且得率高
7、。参数模型及影响因素参数模型及影响因素参数模型参数模型 液膜厚度：液膜厚度： Reg 22混合液运动粘度 / ，cm /s；雷诺数；重力加速度，cm/s ；适用范围：适用范围：Re400 一般分子蒸馏装置内液膜厚度为：一般分子蒸馏装置内液膜厚度为： 降膜式降膜式 0.050.3 cm 刮膜式刮膜式 0.010.05 cm 离心式离心式 0.0050.025 cm参数模型及影响因素参数模型及影响因素参数模型参数模型 停留时间：停留时间： LvG加热面长度；刮板速度；物料粘度；周边持液量；产量。停留时间一般在停留时间一般在1025 s。 蒸发速度：蒸发速度： 20g/(m s)WpTTM蒸发速度，
8、；在 温度下的饱和蒸气压，Pa；蒸发温度，K；摩尔质量，kg/mol.近似公式近似公式pM蒸气压力，Pa；相对分子质量。20.13Pa,368K,1.58kg/(mh)pTW时 硬脂酸的参数模型及影响因素参数模型及影响因素参数模型参数模型物料的热分解物料的热分解 ： 1C 分解因子，在0.1Pa以内为 。参数模型及影响因素参数模型及影响因素蒸发效率的影响因素蒸发效率的影响因素 a）蒸发效率随系统压力的增加而降低；b）蒸发效率随冷凝面冷凝温度的增高 而降低；c）蒸发效率随蒸发面与冷凝面的间距增大而降低；d）蒸发效率随蒸发面与冷凝器的位置不同而不同。参数模型及影响因素参数模型及影响因素进料温度对蒸
9、馏效率的影响 液膜厚度随进料温度的增加而急剧下降 参数模型及影响因素参数模型及影响因素进料温度对蒸馏效率的影响 进料温度对膜表面温度的影响 参数模型及影响因素参数模型及影响因素进料温度对蒸馏效率的影响 进料量对膜表面温度的影响 进料预热进料预热到或接近到或接近稳定条件稳定条件下的液膜下的液膜表面温度表面温度是有利和是有利和有效的。有效的。 参数模型及影响因素参数模型及影响因素惰性气体对传质效率的影响 惰性气体浓度对传质效率的影响 200NAABBpp Xp X当时，蒸馏速率决定于扩散速率。参数模型及影响因素参数模型及影响因素惰性气体对传质效率的影响蒸发器与冷凝器不同间距时，惰性气体的影响 参数
10、模型及影响因素参数模型及影响因素惰性气体对传质效率的影响 蒸发温度不同时，惰性气体的影响 参数模型及影响因素参数模型及影响因素惰性气体对传质效率的影响 冷凝温度不同时，惰性气体的影响 惰性气体是影惰性气体是影响传质效率的响传质效率的一个重要因素，一个重要因素，因此，进料前因此，进料前对料液进行必对料液进行必要的脱气处理，要的脱气处理，更要防止设备更要防止设备漏气。漏气。 参数模型及影响因素参数模型及影响因素热量和质量传递阻力对分离效率的影响 初始温度与分离度的关系 参数模型及影响因素参数模型及影响因素热量和质量传递阻力对分离效率的影响 不同组分对分离度的影响 参数模型及影响因素参数模型及影响因
11、素热量和质量传递阻力对分离效率的影响 无传热阻力或传质阻力下初始温度对分离度的影响 参数模型及影响因素参数模型及影响因素热量和质量传递阻力对分离效率的影响接触时间与分离度的关系 (1)温度低，实际分离度接温度低，实际分离度接近热力学及动力学的分离度；近热力学及动力学的分离度；(2)温度高，实际分离度远温度高，实际分离度远离热力学及动力学的分离度，离热力学及动力学的分离度，此时传质阻力影响比传热阻此时传质阻力影响比传热阻力影响大得多；力影响大得多；(3)接触时间长，分离度低。接触时间长，分离度低。分子蒸馏过程流程及设备分子蒸馏过程流程及设备 流程1 分子蒸馏过程流程及设备 流程2 分子蒸馏过程流
12、程及设备设备-自由降膜式分子蒸馏器 分子蒸馏过程流程及设备设备-旋转刮膜式分子蒸馏器 分子蒸馏过程流程及设备设备-机械离心式分子蒸馏器 分子蒸馏过程流程及设备设备-多级分子蒸馏器分子蒸馏技术的工业化应用 应用范围（液应用范围（液-液分离技术）液分离技术） (1)分子量差别较大的场合。分子量之差分子量差别较大的场合。分子量之差一般应大于一般应大于50。 (2)分子量接近，但沸点差大的场合。分子量接近，但沸点差大的场合。 (3)高沸点、热敏性，易氧化（或易聚合）高沸点、热敏性，易氧化（或易聚合）的场合。的场合。 (4)附加值高的情况。附加值高的情况。 (5)不适宜于同分异构体的分离。不适宜于同分异
13、构体的分离。分子蒸馏技术的工业化应用石油化工石油化工 原油的分离精制。如生产低蒸气压油、真空泵油等;制取高黏度润滑油;碳氢化合物的分离;原油的渣油及其类似物质的分离等。分子蒸馏技术的工业化应用化工及精细化工化工及精细化工化工中间体的精制及表面活性剂的提纯等;如高碳醇及烷基多苷,羊毛酯酸、羊毛醇酸等的制取等。分子蒸馏技术的工业化应用食品工业食品工业 对混合油脂的分离,可获得90 %95 %以上的单脂肪酸酯,如脂酸单甘油脂、月桂酸单甘油脂、丙二醇等;从动植物中提取天然产物、如精鱼油、米糠油、小麦胚芽油等。分子蒸馏技术的工业化应用医药工业医药工业 医药中间体的提纯及从天然物质中提取医药制 品:如用分
14、子蒸馏从天然鱼肝油中提取维生素A ,提取浓缩药用及合成天然维生素E ,从天然物质中提取- 胡萝卜素等;运用分子蒸馏技术还可获得激素缩体;制取氨基酸及葡萄糖衍生物等。分子蒸馏技术的工业化应用农药生产领域农药生产领域 农药及农药中间体的提纯与精制。如氯菊酯、增效醚、氧乐果的提纯。分子蒸馏技术的工业化应用塑料工业塑料工业 增塑剂型酯类的提纯，高分子物质的脱臭，树脂类物质的精制；分子蒸馏技术展望一、分子蒸馏技术理论及其设备研究的重点1.分子运动平均自由程的模型化研究(1)热力学因素：温度、压力、分子有效直径。(2)其它因素：板间距，分子运动平均自由程、冷凝板温度，分子运动平均自由程 、蒸发面温度，分子
15、运动平均自由程。操作参数及参数模型的研究液膜厚度蒸发压力蒸发温度及冷凝温度初始进料温度持液量刮膜速度停留时间惰性气体浓度及易挥发组份浓度等分子蒸馏器结构的研究离心式：简单有效的离心式分子蒸馏器结构可靠的加热方式及加热器结构型式高效的冷凝方式及冷凝器的结构型式长期稳定的真空获得方式及密封方式等分子蒸馏器结构的研究降膜式：液体分布器刮膜器结构型式蒸发面与冷凝面间距及蒸发器长度加热与冷凝方式等分子蒸馏工业化应用研究的重点分子蒸馏技术是一个工艺与装备的结合体。1.建立科学的工业化产品分类体系(1)高沸点、热敏性物系分离(2)低沸点、 、热敏性物系分离(3)主产品是不挥发组份，蒸发物是少量低沸点组份物系的分离(4)几乎具有相同挥发度组份物系的分离(5)常温下粘性很大物系的分离(6)常温下为固态物系的分离分子蒸馏工业化应用研究的重点2. 大力挖掘适合中国国情的中草药应用研究3.开展大型工业化装置稳定性、先进性及经济性的研究 材料、制造技术、真空技术和自控技术等4.开展应用分子蒸馏技术改进传统提纯工艺、提高产品质量的研究
