分子蒸餾技術研究進展

分子蒸餾技術研究進展主要內容分子蒸餾技術簡介原理過程特點分子蒸餾技術研究進展設備發(fā)展研究成果應用進展2023/2/52一、分子蒸餾技術簡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，它不同于傳統蒸餾依靠沸點差的分離原理，而是靠不同物質分子運動平均自由程的差別實現分離。在高真空下，當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進入氣相，由于輕、重分子的自由程不同，因此，不同物質的分子從液面逸出后移動距離不同，輕分子達到冷凝板被冷凝排出，而重分子達不到冷凝板，與混合液排出。這樣，達到物質分離的目的。1.分子蒸餾技術原理2023/2/53分子平均自由程自由程是指一個分子與其它分子相繼兩次碰撞之間，經過的直線路程對個別分子而言，自由程時長時短，但大量分子的自由程具有確定的統計規(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.分子蒸餾過程分子蒸餾過程可分為以下四步：分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴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.分子蒸餾技術特點蒸餾溫度低受熱時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、易氧化的活性物質高分子量、高沸點、高粘度物料2023/2/56二、分子蒸餾技術研究進展靜止式分子蒸餾裝置最早出現，簡單、低廉，容易分解，分離效率低，現已被淘汰降膜式分子蒸餾裝置早期形式，結構簡單，但液膜厚，效率差，當今世界各國很少采用刮膜式分子蒸餾裝置形成的液膜薄，分離效率高，但較降膜式結構復雜離心式分子蒸餾裝置離心力成膜，膜薄，蒸發(fā)效率高，但結構復雜，真空密封較難1.分子蒸餾設備的發(fā)展2023/2/57德國U.I.C公司KDL-12023/2/582.分子蒸餾技術最新研究成果對分子蒸餾器的設計研究對分子蒸餾基本理論的研究對分子蒸餾數學分析模型的研究2023/2/592.1對分子蒸餾器的設計研究對離心式分子蒸餾器的加熱裝置進行改進美國的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備代替?zhèn)鹘y的熱能加熱設備,真正實現對蒸餾料液的均勻加熱,具有高效、節(jié)能的特點,很有推廣應用價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,無需導熱油循環(huán)設備,既簡化了設備結構,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、高沸點及高粘物質的真空分子蒸餾2023/2/510對分子蒸餾器的蒸餾空間幾何外形進行改進中國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而易于熱分解的有機物的分子蒸餾器,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、提高產品質量等優(yōu)點。由于該結構相對的蒸發(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對分子蒸餾器的結構進行改進以均衡分離因素和蒸發(fā)速率,使其達到最佳狀態(tài)

Lutisan等人在分子蒸餾器內部設計一個捕集分離器,從而提高了餾出物的組分濃度，但同時也降低了蒸發(fā)速率,這種設計特別適用于有閃蒸現象的分子蒸餾國內有學者設計了降膜回流式分子蒸餾裝置,并對分子蒸餾中流出液以液液接觸的方式進行多段回流,提高其分離能力,使蒸餾裝置實現精餾,對難分離物質進行分離2023/2/5122.2

對分子蒸餾基本理論的研究近幾年,隨著分子蒸餾技術應用的不斷深入,學者們發(fā)現其基本理論有一定缺陷傳統的分子蒸餾理論是建立在分子動力學中平均自由程概念上,認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。但在生產實踐中，存在較大偏差。實踐中把蒸發(fā)面與冷凝面的間距設計為遠大于分子平均自由程,可發(fā)現蒸發(fā)速率和分離效率并無顯著變化。2023/2/513在分子蒸餾過程中,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,主體相存在著傳質傳熱阻力在蒸餾過程中,分子又以一定的速度逃逸氣液界面,存在界面阻力,此時需考慮液膜中擴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力學入手,結合流體動力學、熱傳遞、質量傳遞和表面蒸發(fā)現象,建立一系列系統平衡方程，從而得到界面溫度、液膜厚度和濃度等宏觀性質，闡明蒸發(fā)系數E的物理意義,完善分子蒸餾基本理論。2023/2/514

Micov，Miroslav等對分子蒸餾的平衡方程進行了深入的研究和理論推導,認為分子蒸餾過程可由以下四個基本平衡方程構建:應用于分子蒸餾蒸汽階段質量傳遞的Boltzmann方程:

式中,PA為組分A的分壓；MA為組分A的分子質量；?A，?B為組分A、組分B的單粒子分布函數2023/2/515在重力作用下形成液膜流動的Navier-Stokes方程:式中,?j為蒸發(fā)面上的液膜流動速度；ν為蒸餾物料的運動粘度;?j為蒸發(fā)面上的單粒子分布函數。質量擴散方程:式中，Cij為組分i在蒸發(fā)面或冷凝面j上的濃度；D為擴散系數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為液膜導熱系數。運用這些方程可對各種操作條件下的分子蒸餾過程建立模型,并對其影響參數進行估算,優(yōu)化其模型。此外,還有學者結合具體工藝流程對其蒸發(fā)速率、分離效率進行分析,建立工藝參數數學模型,為確定最佳工藝流程提供依據。2023/2/5172.3對分子蒸餾數學分析模型的研究

國外許多學者嘗試建立分子蒸餾數學分析模型,用以對分子蒸餾進行分析研究。G.JREES針對離心式分子蒸餾器,從傳質傳熱機理及流體動力學理論出發(fā),提出一維數學分析模型,建立了蒸發(fā)面溫度、液膜厚度與蒸發(fā)速率關聯的有限元方程,并考慮了重力與離心力的相互影響關系,從微觀方面分析分子蒸餾過程。2023/2/518JiraiLutisan和JanCvengros采用直接模擬MonteCarlo法(DSMC)建立一個分子蒸餾的一維數學模型,可求出蒸餾空間的微粒速率。應用此數據,那些與蒸餾空間中特定位置有關的宏觀變量例如微粒密度、碰撞頻率、平均自由程和動力學溫度均可計算出來。目前,分子蒸餾數學模型多為一維模型,二維及多維模型研究較少。2023/2/5193.分子蒸餾技術的應用新進展精細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國內學者普遍開展這方面的研究，如：廣東的陸韓濤利用分子蒸餾技術制備各種芳香油，通過分子蒸餾,芳香油產品中的余味和顏色基本除去有效成分增加,質量可達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,這是一種實用的工業(yè)化生產過程,而其核心是分子蒸餾2023/2/521西南農業(yè)大學的吳永嫻、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，采用分子蒸餾技術一般經三級蒸餾,游離TDI的含量達到國家標準GB1858-2001二十八碳醇采用分子蒸餾技術進行精制,可以有效地避免溶劑殘留,而且工藝過程簡單,操作安全可靠,自動化程度高