
化工短程蒸馏技术基本原理及应用研讨.ppt
49页Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,二、,短程蒸馏技术,short path distillation,1,,短程蒸馏过程的基本原理,2,,短程蒸馏过程的特点和优点,3,,短程蒸馏器,4,,短程蒸馏的应用,5,,短程蒸馏过程研究,2,(,1,)分子从液相主体向蒸发表面扩散,物料通过机械方式在蒸馏器加热面上,产生,快速移动、厚度均匀地,液膜,通常,液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的主要因素,应尽量减薄液层厚度及强化液层的流动静止、降膜、刮板、离心,真空系统,物料入口,残馏物,馏出物,热介质入口,热介质出口,内置冷凝器,蒸汽流,原理示意图,1.1,分子蒸馏过程,1,,短程蒸馏过程的基本原理,3,(,2,)分子在高真空远低于沸点的温度下在,液膜表面,上进行,自由蒸发,蒸发速度随着温度的升高而上升,但分离因素有时却随着温度的升高而降低,所以,应以被加工物质的热稳定性为前提,选择经济合理的蒸馏温度。
4,(,4,),分子,在冷凝面上的,捕获,只要保证冷热两面间有足够的温度差(一般为,70,100,),冷凝表面的形式合理且光滑则冷凝步骤可以在,瞬间完成,所以选择合理冷凝器的形式相当重要5,),馏出物,和,残留物,的,收集,3,)分子从,蒸发表面,向,冷凝面,飞射,分子飞射的过程中,可能彼此相互碰撞,也可能和残存于两面之间的空气分子发生碰撞自身碰撞对飞射方向和蒸发速度影响不大,而残气分子在两面间呈杂乱无章的热运动状态,影响飞射方向和蒸发速度的主要因素5,1.2,分子蒸馏的条件,残余气体的分压必须很低,使残余气体的平均自由程长度是蒸馏器和冷凝器表面之间距离的倍数在饱和压力下,蒸汽分子的平均自由程长度必须与蒸发器和冷凝器表面之间距离具有相同的数量级在这此理想的条件下:,a,蒸发在没有任何障碍的情况下发生;,b,所有蒸汽分子在没有遇到其它分子到达冷凝器表面;,c,蒸发速度在所处的温度下达到可能的最大值;,d,蒸发速度与压力成正比,,因而,分子蒸馏的馏出液量相对比较小6,1.3,分离原理,(,1,)分子平均自由程:,分子两次碰撞之间所走路程的平均值一种分子:,二种分子:,(,2,)表面分子自由蒸发速度,G,:,(Langmuir&Kundsen),纯物质,绝对真空。
液体粘度;,蒸汽压;,蒸发温度;,相对分子质量;,分子直径;,活度系数;,气体常数;,7,(,3,)短程蒸馏器处理量,Q,:,常数,加热面积,(,4,)短程蒸馏分离因数:,(相对挥发度),普通蒸馏分离因数:,短程蒸馏的分离能力与相对分子质量有关,是普通蒸,馏的 倍8,1.4,操作参数,有效利用分子蒸馏的蒸发面积,在最优的操作条件下进行分子蒸馏,达到最好的分离效果残留惰性气体的影响:,惰性气体分压低于被蒸馏液体饱和蒸汽压时,惰性气体影响小;惰性气体分压高于被蒸馏液体饱和蒸汽压时,其影响显著,会降低物质传递效率至扩散控制水平惰性气体存在不影响分离效率进料温度影响:,物料应预热到蒸发温度进料低于蒸发温度进料一部分蒸发面积用来加热物料,蒸发效率降低为防止闪蒸,进料温度一般不超过蒸发温度9,蒸发温度和冷凝温度的影响:,冷凝温度升高,冷凝器表面分子再蒸发程度加强,分离效率降低,残留物中易挥发组分的含量升高蒸发温度升高,质量传递效率升高,蒸馏效率提高当冷凝温度下馏出物的饱和蒸汽压相对于其在蒸发温度下的饱和蒸汽压可忽略不计时,可忽略馏出物在冷凝面的再蒸发一般蒸发温度和冷凝温度相差,70100,10,2,,短程蒸馏过程的特点和优点,2.1,特点:,普通真空蒸馏 短程蒸馏,操作温度:,沸点温度 任何温度,蒸馏压强:,塔中真空度有限 可达,0.5-1Pa,受热时间,1,小时左右 几秒,蒸发过程性质:,可逆 不可逆,蒸发现象:,鼓泡、沸腾,分离能力:,与,有关 与,有关,11,2.2,优点:,适用于高分子量、高粘度、高沸点及易氧化物系的分离。
不仅能有效除去液体中低分子物质(有机溶剂、臭味等),而且能有选择性地蒸出目的产物能实现传统分离方法无法实现的分离过程12,分子蒸馏与真空蒸馏结果比较,13,3,,短程蒸馏器,短程蒸馏过程研究与短程蒸馏器结构形式的发展密不可分,根据结构形式和操作特点短程蒸馏器有以下几类:,3.1,间歇式短程蒸馏器,出现最早,结构简单,具有一个静止不动的水平蒸发表面分离能力低、效果差,物料停留时间长,热分解危险性大14,3.2,降膜式短程蒸馏器,流体靠重力在加热壁面流,动形成一层 薄膜,液膜厚,度不均匀,容易形成热点,使组分分解;液膜流动一,般呈层流,传热传质阻力,大15,3.3,刮膜式短程蒸馏器,内部设置转动的刮膜器,使物料均匀覆盖在加热表面,液层得到充分搅动,强化传热传质,停留时间短,热分解可能小,生产能力大16,17,刮膜器形式分三种形式:滚膜、滑动刮膜、铰链刮膜,根据物料的粘度、处理性质选用不同的刮膜器特性:,短的停留时间:,刮膜器的作用,使得液膜在加热面停留,时间极短低的蒸馏温度:,冷凝器直接位于加热面的对面,减少了,压差,又具有极高的真空度,物料可,在极低的温度下蒸发18,粘性物和产品中含有固体物:,刮片的深深浸入,引起料膜一个强烈的剪切及混合效,应,减轻了待处理液的粘性,适合处理粘度到,50Pas,,并,防止加热面结垢,特别适合于含固体料液。
极薄的蒸馏液面:,刮膜器的作用将料液刮成极薄的液膜热敏感物料:,分离更彻底高分离比:,精密刮板使得极薄的液膜被均匀地分布在加热面上,,导致整个加热面湿润这样操作单元有高分离比19,3.4,离心式短程蒸馏器,具有旋转的圆锥加热表面,在离心力作用下,液膜分布均匀且薄,分离效果好;物料停留时间短,可分离热稳定性很差的混合物;料液处理量大,适合工业化连续生产20,国外实验室玻璃短程蒸馏设备,国外短程蒸馏中试金属设备,3.5,短程蒸馏器实例,21,国外,工业规模短程蒸馏设备,22,国产实验室小试蒸馏装置,1,原料罐,2,计量泵,3 EA,蒸发器,4,6,冷井,5,短程蒸馏器,7,可视接受罐,8,真空系统,23,国产工业规模短程蒸馏设备,24,a),短程蒸馏器单级蒸馏单元:,经预热、脱气后的物料进入短程蒸馏器,轻组份被蒸发并在内置冷凝器上冷凝,它和重组份从不同的通道分别排出(流程图,1,)3.6,短程蒸馏系统,25,b),刮膜蒸发器和短程蒸馏器组合蒸馏单元:,大量的低沸物在刮膜蒸发器里被除去,产品的蒸馏在后级的短程蒸馏器里产生(流程图,2,)26,4,,短程蒸馏的应用,在,20,世纪,60,年代以前,短程蒸馏技术只在少数国家,如日本、美国、德国有些研究和应用,且应用面窄、发展慢。
进入,80,年代后,随着生活水平提高和人们对,天然产品,的青睐,短程蒸馏作为提取天然物质的有效手段引起重视,目前已在食品、化妆品、制药、航天、化学工业等领域得到应用27,主要应用领域,:,蒸馏浓缩,:,脂肪酸、脂肪酸酰胺、脂肪醇、维生素,E,、维,生素,A,、,EHA,、,DHA,、单甘酯、羊毛醇、棕榈油、米糠,油、鱼油及鱼肝油、香料香精、天然植物叶颈根的提取,物(如辣椒红、番茄红素、除虫菊酯、卵磷脂、,b-,胡萝,卜素、中药有效成分等),脱除溶剂,:辣椒红色素、番茄红色素、医药中间体和中医药提取物脱溶等,脱除游离单体,:二聚酸、聚酰胺树脂、酚醛树脂、聚胺酯、氧树脂、环氧油、聚胺酯、异氰酸盐、树脂塑料、可塑剂、稳定剂、丙烯酸盐二甘酯等,脱色脱味,:香料香精脱臭、油脂脱臭、植物蜡、硅油、刹车液、真空泵油、润滑油、石蜡油等,28,4.1,天然植物芳香油的精制,天然精油来自芳香植物,我国芳香植物资源丰富,有利用价值的约,400,种4.1.1,传统提取方法,水蒸气蒸馏法、浸提法、压榨法和吸附法精油的主要成分是醛、酮、醇类及含量较大的萜类这,些化合物沸点高,受热不稳定传统方法加工的不足:,因长时间受热而引起分子重排、氧化、水解,失去原有的芳香气味;非芳香成分与芳香成分一起被提取,使香气不纯;含有色杂质,使加香产品使用受限制。
29,4.1.2,短程蒸馏作用,在一定温度、压力下,将芳香油中某一主要成分提浓;除去异臭和带色杂质;提高纯度广东省化工研究所的陆韩涛、程玉镜使用,LAB-3,型离心式短程蒸馏器作,芳香油提纯,研究,结果见下表30,毛叶木姜子果挥发油,温度,30,,压力,150-200Pa,,刮膜蒸馏转速,200-230r/min,,物料流量,1,滴,/s,,冷却水温度,-5,残馏物,馏出物,温度,50,,压力,200Pa,,刮膜蒸馏转速,270-300r/min,,物料流量,1,滴,/s,,冷却水温度,2,残馏物,柠檬醛(,95,以上),31,原油性状,产物性状,蒸馏条件,得率,%,温度,,压力,,Pa,山苍子油,浅黄色液体,含柠檬醛,63%,淡黄色液体,含檬醛,81.6%,28,40,70-72,山苍子油,浅黄色液体,含柠檬醛,80.5%,淡黄色液体,含柠檬醛,91.5%,45,33.3,80-82,姜樟油,黄色液体,含柠檬醛,65.4%,浅黄色液体,含柠檬醛,83.0%,30,33.3,68-70,广藿香油,棕褐色液体,有焦味,浅黄色液体,无焦味,无异臭,130,26.6,85-90,岩兰草油,黑色粘状液,有焦味,浅黄色透明液,无焦味,无异臭,130,33.3,60-65,粗香叶醇,橙色浑浊液,有焦味,无色透明液,无焦味,无异臭,100,33.3,82-85,柏木油,棕红色透明液,有焦味,浅黄色透明液,无焦味,无异臭,80,31.9,80-82,柏木油蒸馏残液,黑色粘状液,有强烈焦味,浅黄色透明液,无焦味,无异臭,80,31.9,50-55,32,4.2,高浓度单甘酯的制备,4.2.1,单甘酯的品种,按主要组成脂肪酸的名称分类:单硬脂酸甘油酯、单棕榈酸甘油酯、单月桂酸甘油酯、单油酸甘油酯等;,按生产原料名称分类:牛油单甘酯、羊油单甘酯、大豆油单甘酯、棕榈油单甘酯、葵花籽油单甘酯等。
4.2.2,单甘酯的主要指标,项目,单硬脂酸甘油酯,单油酸甘油酯,国际市场产品,GB15612-95,国际市场产品,单甘酯含量(,%,),90,90,90,碘值(,g I,2,/100g,),4,2,凝固点(,),60-70,64-72,34,游离酸(以硬脂酸计,,%,),2.5,1.5,1.5,游离甘油(,%,),1.0,1.0,砷(,As,,,%,),0.0001,重金属(以,Pb,计,,%,),0.0005,33,4.2.3,单甘酯生产工艺,单甘酯合成:酯化或醇解,分离:将单甘酯与未反应甘油分离,产品冷凝干燥:普通工艺单甘酯,35-65%,短程蒸馏单甘酯,90-96%,酸,氢,化,油,催,化,剂,甘,油,合,成,预,处,理,喷,雾,蒸,馏,一,级,短,程,蒸,馏,二,级,短,程,蒸,馏,单,甘,酯,废,渣,回收甘油,回收甘油废渣,短程蒸馏单甘酯工艺流程,34,4.2.4,单甘酯用途,食品乳化剂:无毒、无味,起到乳化、膨松、起酥、保,鲜等作用药品赋形剂:药膏、药片等化妆品,W/O,乳化剂:膏霜、粉底、香粉、胭脂等其他:切割油乳化剂、纺织品软化剂、热固性塑料助剂、,油墨助剂等35,4.3,高纯度乳酸的制备,乳酸化学名称,2-,羟基丙酸,分子中有一手性中心,存在三种乳酸:,L,-,乳酸,,D,-,乳酸和,LD-,乳酸。
乳酸是热敏性有机物,加热到,140,以上时,发生分解和聚合反应乳酸的自聚物及其与其他化合物的共聚物具有生物降解性乳酸是广泛用于化工、轻工、食品和医药领域的重要有机酸只有,L,-,。
