分子蒸餾技術(shù)研究進(jìn)展

分子蒸餾技術(shù)研究進(jìn)展主要內(nèi)容分子蒸餾技術(shù)簡(jiǎn)介原理過(guò)程特點(diǎn)分子蒸餾技術(shù)研究進(jìn)展設(shè)備發(fā)展研究成果應(yīng)用進(jìn)展2023/2/52一、分子蒸餾技術(shù)簡(jiǎn)介分子蒸餾又稱短程蒸餾。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)差的分離原理，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。在高真空下，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，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，與混合液排出。這樣，達(dá)到物質(zhì)分離的目的。1.分子蒸餾技術(shù)原理2023/2/53分子平均自由程自由程是指一個(gè)分子與其它分子相繼兩次碰撞之間，經(jīng)過(guò)的直線路程對(duì)個(gè)別分子而言，自由程時(shí)長(zhǎng)時(shí)短，但大量分子的自由程具有確定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律大量分子自由程的平均值稱為平均自由程輕分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小

2023/2/542.分子蒸餾過(guò)程分子蒸餾過(guò)程可分為以下四步：分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴(kuò)散分子在液層表面上的自由蒸發(fā)分子從蒸發(fā)表面向冷凝面飛射分子在冷凝面上冷凝2023/2/553.分子蒸餾技術(shù)特點(diǎn)蒸餾溫度低受熱時(shí)間短分離程度高特別適合以下物料的分離、濃縮與純化熱敏性、易氧化的活性物質(zhì)高分子量、高沸點(diǎn)、高粘度物料2023/2/56二、分子蒸餾技術(shù)研究進(jìn)展靜止式分子蒸餾裝置最早出現(xiàn)，簡(jiǎn)單、低廉，容易分解，分離效率低，現(xiàn)已被淘汰降膜式分子蒸餾裝置早期形式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但液膜厚，效率差，當(dāng)今世界各國(guó)很少采用刮膜式分子蒸餾裝置形成的液膜薄，分離效率高，但較降膜式結(jié)構(gòu)復(fù)雜離心式分子蒸餾裝置離心力成膜，膜薄，蒸發(fā)效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，真空密封較難1.分子蒸餾設(shè)備的發(fā)展2023/2/57德國(guó)U.I.C公司KDL-12023/2/582.分子蒸餾技術(shù)最新研究成果對(duì)分子蒸餾器的設(shè)計(jì)研究對(duì)分子蒸餾基本理論的研究對(duì)分子蒸餾數(shù)學(xué)分析模型的研究2023/2/592.1對(duì)分子蒸餾器的設(shè)計(jì)研究對(duì)離心式分子蒸餾器的加熱裝置進(jìn)行改進(jìn)美國(guó)的Jacques和Alain發(fā)明了電感加熱的分子蒸餾裝置。此裝置采用一電感加熱設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱能加熱設(shè)備,真正實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸餾料液的均勻加熱,具有高效、節(jié)能的特點(diǎn),很有推廣應(yīng)用價(jià)值四川省的周增龍發(fā)明了真空分子蒸餾靜態(tài)電加熱器,此發(fā)明可使熱量直接迅速均勻地傳至被加熱壁面,無(wú)需導(dǎo)熱油循環(huán)設(shè)備,既簡(jiǎn)化了設(shè)備結(jié)構(gòu),降低了熱損失,又提高了傳熱效率,適用于化工醫(yī)藥行業(yè)中分離精制高感熱、高沸點(diǎn)及高粘物質(zhì)的真空分子蒸餾2023/2/510對(duì)分子蒸餾器的蒸餾空間幾何外形進(jìn)行改進(jìn)中國(guó)山東青島的蔡沂春發(fā)明了M形離心式分子蒸餾器,此發(fā)明是一種從液狀油脂類中分離提純出高沸點(diǎn)而易于熱分解的有機(jī)物的分子蒸餾器,具有高藥用純、高分離能力及高節(jié)能能力的特性,回收率與處理能力均良好。中國(guó)福建省的陳德裕發(fā)明了懸錐形離心式分子蒸餾器,具有便于制造及安裝、能夠防止霧沫飛濺、提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。由于該結(jié)構(gòu)相對(duì)的蒸發(fā)面積大,可以在分子自由程較短的條件下完成蒸餾,蒸餾效果好。2023/2/511對(duì)分子蒸餾器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)以均衡分離因素和蒸發(fā)速率,使其達(dá)到最佳狀態(tài)

Lutisan等人在分子蒸餾器內(nèi)部設(shè)計(jì)一個(gè)捕集分離器,從而提高了餾出物的組分濃度，但同時(shí)也降低了蒸發(fā)速率,這種設(shè)計(jì)特別適用于有閃蒸現(xiàn)象的分子蒸餾國(guó)內(nèi)有學(xué)者設(shè)計(jì)了降膜回流式分子蒸餾裝置,并對(duì)分子蒸餾中流出液以液液接觸的方式進(jìn)行多段回流,提高其分離能力,使蒸餾裝置實(shí)現(xiàn)精餾,對(duì)難分離物質(zhì)進(jìn)行分離2023/2/5122.2

對(duì)分子蒸餾基本理論的研究近幾年,隨著分子蒸餾技術(shù)應(yīng)用的不斷深入,學(xué)者們發(fā)現(xiàn)其基本理論有一定缺陷傳統(tǒng)的分子蒸餾理論是建立在分子動(dòng)力學(xué)中平均自由程概念上,認(rèn)為分子蒸餾需滿足蒸發(fā)面與冷凝面的間距小于或等于分子平均自由程。但在生產(chǎn)實(shí)踐中，存在較大偏差。實(shí)踐中把蒸發(fā)面與冷凝面的間距設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)大于分子平均自由程,可發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)速率和分離效率并無(wú)顯著變化。2023/2/513在分子蒸餾過(guò)程中,液體混合物被加熱蒸發(fā),液液界面被冷卻,易揮發(fā)相濃度不斷減少,主體相存在著傳質(zhì)傳熱阻力在蒸餾過(guò)程中,分子又以一定的速度逃逸氣液界面,存在界面阻力,此時(shí)需考慮液膜中擴(kuò)散作用和分子蒸餾蒸發(fā)作用的雙重影響研究人員從微觀動(dòng)力學(xué)入手,結(jié)合流體動(dòng)力學(xué)、熱傳遞、質(zhì)量傳遞和表面蒸發(fā)現(xiàn)象,建立一系列系統(tǒng)平衡方程，從而得到界面溫度、液膜厚度和濃度等宏觀性質(zhì)，闡明蒸發(fā)系數(shù)E的物理意義,完善分子蒸餾基本理論。2023/2/514

Micov，Miroslav等對(duì)分子蒸餾的平衡方程進(jìn)行了深入的研究和理論推導(dǎo),認(rèn)為分子蒸餾過(guò)程可由以下四個(gè)基本平衡方程構(gòu)建:應(yīng)用于分子蒸餾蒸汽階段質(zhì)量傳遞的Boltzmann方程:

式中,PA為組分A的分壓；MA為組分A的分子質(zhì)量；?A，?B為組分A、組分B的單粒子分布函數(shù)2023/2/515在重力作用下形成液膜流動(dòng)的Navier-Stokes方程:式中,?j為蒸發(fā)面上的液膜流動(dòng)速度；ν為蒸餾物料的運(yùn)動(dòng)粘度;?j為蒸發(fā)面上的單粒子分布函數(shù)。質(zhì)量擴(kuò)散方程:式中，Cij為組分i在蒸發(fā)面或冷凝面j上的濃度；D為擴(kuò)散系數(shù)2023/2/516熱量平衡方程:式中,Tj為蒸發(fā)面或冷凝面j的溫度;Г為液膜導(dǎo)熱系數(shù)。運(yùn)用這些方程可對(duì)各種操作條件下的分子蒸餾過(guò)程建立模型,并對(duì)其影響參數(shù)進(jìn)行估算,優(yōu)化其模型。此外,還有學(xué)者結(jié)合具體工藝流程對(duì)其蒸發(fā)速率、分離效率進(jìn)行分析,建立工藝參數(shù)數(shù)學(xué)模型,為確定最佳工藝流程提供依據(jù)。2023/2/5172.3對(duì)分子蒸餾數(shù)學(xué)分析模型的研究

國(guó)外許多學(xué)者嘗試建立分子蒸餾數(shù)學(xué)分析模型,用以對(duì)分子蒸餾進(jìn)行分析研究。G.JREES針對(duì)離心式分子蒸餾器,從傳質(zhì)傳熱機(jī)理及流體動(dòng)力學(xué)理論出發(fā),提出一維數(shù)學(xué)分析模型,建立了蒸發(fā)面溫度、液膜厚度與蒸發(fā)速率關(guān)聯(lián)的有限元方程,并考慮了重力與離心力的相互影響關(guān)系,從微觀方面分析分子蒸餾過(guò)程。2023/2/518JiraiLutisan和JanCvengros采用直接模擬MonteCarlo法(DSMC)建立一個(gè)分子蒸餾的一維數(shù)學(xué)模型,可求出蒸餾空間的微粒速率。應(yīng)用此數(shù)據(jù),那些與蒸餾空間中特定位置有關(guān)的宏觀變量例如微粒密度、碰撞頻率、平均自由程和動(dòng)力學(xué)溫度均可計(jì)算出來(lái)。目前,分子蒸餾數(shù)學(xué)模型多為一維模型,二維及多維模型研究較少。2023/2/5193.分子蒸餾技術(shù)的應(yīng)用新進(jìn)展精細(xì)化工石油化工日用化工食品工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)塑料工業(yè)2023/2/520國(guó)內(nèi)學(xué)者普遍開(kāi)展這方面的研究，如：廣東的陸韓濤利用分子蒸餾技術(shù)制備各種芳香油，通過(guò)分子蒸餾,芳香油產(chǎn)品中的余味和顏色基本除去有效成分增加,質(zhì)量可達(dá)到出口要求山東的孫伯魯發(fā)明了用植物油脂不皂化物提取天然VE的新工藝,這是一種實(shí)用的工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程,而其核心是分子蒸餾2023/2/521西南農(nóng)業(yè)大學(xué)的吳永嫻、鐘耕發(fā)明了利用分子蒸餾方法從甜橙油中提取類胡蘿卜色素的新工藝生產(chǎn)低游離TDI(甲苯二異氰酸酯)雙組分聚氨酯涂料固化劑，采用分子蒸餾技術(shù)一般經(jīng)三級(jí)蒸餾,游離TDI的含量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1858-2001二十八碳醇采用分子蒸餾技術(shù)進(jìn)行精制,可以有效地避免溶劑殘留,而且工藝過(guò)程簡(jiǎn)單,操作安全可靠,自動(dòng)化程度高