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(duì)于高沸點(diǎn)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(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)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(duì)高沸點(diǎn)和熱敏性物質(zhì)進(jìn)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(guó)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(jì)、制造了多套分子蒸餾裝置，用于濃縮VA等的生產(chǎn)，但當(dāng)時(shí)困于種種條件，應(yīng)用面窄、發(fā)展速度慢。在過去的幾十年中，世界各國(guó)都

2、在不斷擴(kuò)大和完善該項(xiàng)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(duì)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(jìn)和完善，特別是針對(duì)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(diǎn)。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(guó)外已在近百種產(chǎn)品中進(jìn)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)藥及日用化工等。我國(guó)對(duì)分子蒸餾技術(shù)的研究起步較晚，20世紀(jì)80年代末期，國(guó)內(nèi)曾引進(jìn)了幾套分子蒸餾生產(chǎn)線，用于硬脂酸單甘脂的生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)的研究

3、人員也曾進(jìn)行過一些研究，但工業(yè)化應(yīng)用的報(bào)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(diǎn)差分離原理，而是靠不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別實(shí)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(shí)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(duì)液體混合物進(jìn)行分離。當(dāng)液體混合物沿加熱板流動(dòng)并被加熱，輕、重分子會(huì)逸出液面而進(jìn)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(dòng)距離不同，若能恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置一塊冷凝板，則輕分子達(dá)到冷凝板被冷凝排出，而重分子達(dá)不到冷凝板沿混合液排出。這樣，達(dá)到物質(zhì)分離的目的。3

4、、分子蒸餾分離過程與特點(diǎn)3.1分子蒸餾分離過程根據(jù)分子蒸餾器設(shè)計(jì)原則，低沸點(diǎn)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(dòng)，進(jìn)入流出組分接收瓶，未能達(dá)到冷凝面的重組分沿加熱面留下，進(jìn)入殘留組分接收瓶，即分子蒸餾過程主要分為5個(gè)步驟：（1）分子從液相主體向蒸發(fā)面擴(kuò)散。通常，液相中的擴(kuò)散速度是控制分子蒸餾速度的主要因素，在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減薄液層厚度并強(qiáng)化液層的流動(dòng)。（2）分子從蒸發(fā)面上自由蒸發(fā)。分子在高真空遠(yuǎn)低于沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)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(shì)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

5、，選擇經(jīng)濟(jì)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(duì)該物質(zhì)分子的分離提取。（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(diǎn)（1）普通蒸餾在沸點(diǎn)溫度下進(jìn)行分離，分子蒸餾可以在任何溫度下進(jìn)行，只要冷熱兩面間存在著溫度差，就能達(dá)到分離目的。（2）普通蒸餾是

6、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(duì)蒸發(fā)速度求出。4、分子蒸餾的優(yōu)點(diǎn)與局限性4.1分子蒸餾的優(yōu)點(diǎn)（1） 蒸餾溫度低，分子蒸餾是在遠(yuǎn)低于沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行操作的，只要存在溫度差就可以達(dá)到分離目的，這是分子蒸餾與常規(guī)蒸餾的本質(zhì)區(qū)

7、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(qiáng)下進(jìn)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(shí)間短，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(dá)到冷凝面。因此，蒸餾物料受熱時(shí)間短，在蒸餾溫度下停留時(shí)間一般幾秒至幾十秒之間，減少了物料熱分解的機(jī)會(huì)。（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(jìn)行，液體中無溶解的空氣，因此在蒸餾過程中不能使整個(gè)液體沸騰，沒有鼓泡現(xiàn)象。（7）無毒、無害、無污染、無殘留，可

8、得到純凈安全的產(chǎn)物，且操作工藝簡(jiǎn)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(jià)格昂貴，分子蒸餾裝置必須保證體系壓力達(dá)到的高真空度，對(duì)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(jià)高。(9) 產(chǎn)品耗能小，由于分子蒸餾整個(gè)分離過熱損失少，且由于分子蒸餾裝置獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)部壓強(qiáng)極低，內(nèi)部阻力遠(yuǎn)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(shí)踐過程中仍然存在一些問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）理論研究較少。國(guó)內(nèi)在分子蒸餾技術(shù)和裝備方面的研究起步比較晚，對(duì)其相關(guān)過程的基礎(chǔ)理論研究非常少，

9、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)確的了解分子蒸餾器內(nèi)的真實(shí)狀況，在分子蒸餾器的最佳設(shè)計(jì)方面也存在相當(dāng)?shù)睦щy，今后加強(qiáng)基礎(chǔ)理論方面的研究是分子蒸餾技術(shù)發(fā)展的一個(gè)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(dòng)，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(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)精餾塔受熱面積。而且，分子蒸餾是在遠(yuǎn)低于常壓沸點(diǎn)條件下操作的，汽化量相對(duì)于常規(guī)蒸餾在沸騰狀態(tài)時(shí)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：從

10、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(shí)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(duì)設(shè)備的密封和真空系統(tǒng)要求都很高，設(shè)備投資相對(duì)較大，適合于高附加值物系的分離；但相對(duì)于產(chǎn)品的產(chǎn)值而言，仍然具有投資價(jià)值。5、分子蒸餾的應(yīng)用分子蒸餾可廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面，特別適用于高沸點(diǎn)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(chǎng)前景?，F(xiàn)就其應(yīng)用領(lǐng)域介紹如下。石油化工碳?xì)浠衔锏姆蛛x，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(dá)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(dòng)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，使天然香