1、分子蒸餾技術(shù), 李彩彩 M201370197,分子蒸餾簡介 相關(guān)文獻講解,分子蒸餾簡介,產(chǎn)生背景 基本概念 原理及特點 相關(guān)應(yīng)用,一、產(chǎn)生背景,1、常規(guī)蒸餾 通常是指將液相加熱至沸騰后再將氣相冷凝，從而實現(xiàn)混合物的分離，其實質(zhì)是利用了不同物質(zhì)間的沸點差來完成的。 常規(guī)蒸餾 熱敏性物質(zhì)的分離無能為力,2、真空蒸餾 將物料放置在一加熱釜中蒸發(fā)，并在釜外冷凝器后配置上真空系統(tǒng)，由于操作壓力的降低，物料的沸點隨之下降，從而使操作溫度降低。 其蒸發(fā)面上的實際操作壓力仍然比較高 熱敏性、高沸點物系的分離無能為力,問題出現(xiàn)了，如何解決？,分子蒸餾技術(shù) 突破了傳統(tǒng)蒸餾利用沸點差實現(xiàn)分離的原理，通過利用分子運動

2、平均自由程的差別實現(xiàn)物質(zhì)的分離，從而使物料在遠離沸點下進行蒸餾分離成為可能.,分子蒸餾 一種在高真空下操作的蒸餾方法，這時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，對液體混合物進行分離,二、基本概念,分子碰撞 分子與分子之間存在著相互作用力，當(dāng)兩分子離得較遠時，分子之間的作用力表現(xiàn)為吸引力，但當(dāng)兩分子接近到一定程度后，分子之間的作用力會改變?yōu)榕懦饬Γ㈦S其接近距離的減小，排斥力迅速增加。當(dāng)兩分子接近到一定程度時，排斥力的作用使兩分子分開。這種由接近而至排斥分離的過程就是分子的碰撞過程。,分子有效直徑 分子在碰撞過程中，兩分子質(zhì)心的最短距離（即發(fā)

3、生斥離的質(zhì)心距離）稱為分子有效直徑。 分子運動自由程 一個分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經(jīng)過的路程 分子運動平均自由程 任一分子在運動過程中都在不斷變化自由程，而在一定的外界條件下，不同物質(zhì)的分子其自由程各不相同。在某時間間隔內(nèi)自由程的平均值稱為平均自由程 。,影響分子自由程的因素及分離因素,根據(jù)麥克斯韋速度分布，對單一氣體的平均自由程可由下述公式進行計算： =2.3310-2*T*p-1*-2 式中：T溫度 P真空壓力分子的直徑 分子蒸餾的分離能力 分子蒸餾用分離因素M表示 式中：P1、P2分別為輕重組分的蒸汽壓 M1、M2分別為輕重組分的分子量,三、原理及特點,1、分子蒸餾基本原理,分子蒸餾

4、過程（四步曲）,(1)擴散：物料分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴散。 注意：液相中的擴散速度是控制分子蒸餾速度的主要因素 (2)蒸發(fā)：物料分子在液層上自由蒸發(fā)速度隨溫度升高而增大,但分離因素卻隨溫度升高而降低。,(3)飛射：分子從蒸發(fā)面向冷凝面飛射。該過程中分子可能與殘存的空氣分子碰撞,也可能相互碰撞,但只要真空度合適,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)冷凝：輕分子在冷凝面上冷凝。如果冷凝面的形狀合理且光滑并迅速轉(zhuǎn)移,則可以認(rèn)為冷凝是瞬間完成的,分子蒸餾應(yīng)滿足的兩個條件：,輕、重分子的平均自由程必須要有差異，且差異越大越好； 蒸發(fā)面與冷凝面間距必須小于輕分子的平均

5、自由程,2、分子蒸餾技術(shù)的特點,分子蒸餾技術(shù)的特點 1. 操作溫度低 2. 蒸氣壓強低 3. 受熱時間短 4. 不可逆性 5. 沒有沸騰鼓泡現(xiàn)象 6. 分離程度及產(chǎn)品收率高 7. 無毒、無害、無污染、無殘留,3、分子蒸餾的適用范圍,1.分子蒸餾適用于不同物質(zhì)分子量差別較大的液體混合物系的分離，特別是同系物的分離，分子量必須要有一定差別。 2.分子蒸餾也可用于分子量接近但性質(zhì)差別較大的物質(zhì)的分離，如沸點差較大、分子量接近的物系的分離。 3.分子蒸餾特別適用于高沸點、熱敏性、易氧化（或易聚合）物質(zhì)的分離,4.分子蒸餾適宜于附加值較高或社會效益較大的物質(zhì)的分離。 5.分子蒸餾不適宜于同分異構(gòu)體的分離

6、,4、分子蒸餾技術(shù)的局限性,由于分子蒸餾要求在高真空下進行分離,所需要的設(shè)備成本過高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)計技術(shù)要求高,相應(yīng)的配套設(shè)備也多,投資過大,國內(nèi)尚未見大規(guī)模運用; 分子蒸餾受設(shè)備結(jié)構(gòu)和加熱面積的限制,設(shè)備體積比常規(guī)蒸餾設(shè)備體積大,在大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用中有不少困難。,5、分子蒸餾設(shè)備,分子蒸餾器的模式 （1）降膜式結(jié)構(gòu)簡單。液膜靠重力自然分布下降，較厚，效率低，目前已很少使用； （2）刮膜式依靠刮板成膜，較薄，分離效率高，但結(jié)構(gòu)較降膜式復(fù)雜?，F(xiàn)在國內(nèi)、外的工業(yè)化裝置以轉(zhuǎn)子刮膜式為主。 （3）離心式依靠離心力成膜，很薄，蒸發(fā)效率最高，但結(jié)構(gòu)也最復(fù)雜，造價高,分子蒸餾器的模式,（1）降膜式分子蒸餾器

7、液膜厚度小,蒸餾物料可沿蒸發(fā)表面流動,停留時間短,熱分解的危險性較小,蒸餾過程可以連續(xù)進行,生產(chǎn)能力大。 很難保證所有的蒸發(fā)表面都被液膜均勻覆蓋,液體流動時常發(fā)生翻滾現(xiàn)象,產(chǎn)生的霧沫也常濺到冷凝面上,影響分離效果。,（2）刮膜式蒸發(fā)器 其結(jié)構(gòu)的主要特點是在刷膜式釜中設(shè)置一聚四氟乙烯制的轉(zhuǎn)動刮板,既保證液體能夠均勻覆蓋蒸發(fā)表面,又可使下流液層得到充分?jǐn)噭?從而強化了物料的傳熱和傳質(zhì)過程,提高了分離效能。,（3）離心式蒸發(fā)器 液膜在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤表 面形成的液膜極薄且分布 均勻,蒸發(fā)速率和分離效率 很高。 受熱時間更短,料液熱裂解的幾率低。 連續(xù)處理量更大,因此該裝置更適合于工業(yè)化連續(xù)性生產(chǎn)。,分子蒸

8、餾設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備：實驗室設(shè)備,分子蒸餾設(shè)備：中試型設(shè)備：MD-S150,分子蒸餾設(shè)備： MD-S300,分子蒸餾設(shè)備： MD-S500,分子蒸餾設(shè)備： MD-S900 1000噸/年分子蒸餾單甘脂裝置,分子蒸餾設(shè)備： MDL-150（離心式）,四、相關(guān)應(yīng)用,石油化工方面 塑料工業(yè)方面 食品工業(yè)方面 醫(yī)藥行業(yè)方面 香料工業(yè)方面,制 藥,1 酸性氯化物 2 氨基酸酯 3 葡萄糖衍生物 4 吲哚 5 萜酯 6 天然和合成維生素 7 互葉白千層油 8 辣椒堿 9 大蒜素的精制 10 川芎 11 當(dāng)歸 12 姜油 13 中草藥有效成分的提純,化 工,1醇類 2. 酯 3. 乙二醇醚 4. 除草劑 5

9、. 全能碳氫化合物 6殺蟲劑 7. 硅油 8. 妥爾革柔油,塑 料,1環(huán)氧樹脂 2. 環(huán)氧化油 3. 異氰酸鹽 4. 增塑劑 5. 穩(wěn)定劑,石 油 化 工,1鹽基油 2. 亮庫存油 3. 潤滑油 4. 石蠟油 5. 瀝青殘留物 6. 焦油,日 化,1羊毛酯酸 2. 羊毛酯醇 3. 烷基多酣 4. 海藻、金雀花、褐苔、鮮花、 根菜作物、辣椒的提取物,香 料 香 精,1廣藿香油 2. 玫瑰油 3. 山蒼子油 4. 桉葉油（茶樹油） 5. 香茅油 6. 橙油 7. 紫羅蘭酮,相關(guān)文獻講解,選題背景 方法思路 結(jié)果討論,Fractionation and Characterization of a P

10、etroleum Residue by Molecular Distillation Process,一、選題背景 1.The upgrading of a high-boiling atmospheric residue or other crude oil fractions is of signifant. 2.However, the maximum AEBP achieved for most atmospheric residue by vacuum distillation is 565C 3.For higher temperatures a well-established

11、method does not exist. So a methodology based on a molecular distillation (MD) process was implemented： a falling film molecular distillation,二、方法思路,1.The falling film molecular distillation prototype was used for fractionating AR-B. 2.To verify the efficiency of the molecular distillation process t

12、o fractionate the 400 C AR-B, physicochemical properties of the products (four distillate cuts and four residues) were determined.It included the analysis of viscosity, density, SARA fractionating, molecular weight, and elemental composition of fractions.,3.To extended the TBP Curve AEBP = 456.4 + 0

13、.1667TMD + 1.64*10-4TMD2 + 4.13*10-6TMD3 This equation is applicable to AEBP above to 540C and the TBP curve presents great continuity from this temperature.,三、結(jié)果討論,1. The converted molecular distillation operating conditions were plotted in association with the TBP curve of the crude oil“B”to exten

14、d the curve until 662 C. At this temperature, the distillate yield was 82.0% representing a gain of 11.7% in the amount of distillate when compared to conventional distillation.,the MD equipment was capable to generate fractions with a remarkable difference in their composition, satisfying the objec

15、tive of the process since the components with higher structural complexity were concentrated as the molecular distillation temperature rose.,From the SARA analysis, it is expected that the polarity of the residue fractions from MD increase as the fraction became heavier. The end-cut residues (662 C+

16、) had the highest polarity because of the highest asphaltene content among all fractions,Conclusion,molecular distillation equipment was an efficient way to produce fractions with lower proportion of compounds with complex molecular structures,and the operation conditions of the molecular distillati

17、on process generate distillate cuts with an AEBP above 600C without risks of thermal degradation.This is an important result since it increases the scope of the characterization of the crude oil.,Enrichment of cuminaldehyde and p-mentha-1,4-dien-7-al in cumin (Cuminum cyminum L.) oil by molecular di

18、stillation,一、選題背景 In recent years, extensive studies were conducted on functional activities of cumin oil (CUO), including antimicrobial, insect-resistant , antioxidant , stomachic , anti-epileptic, anticancer，and anti-diabetic . The functional activities were determined by the components of the cum

19、in oil. Our preliminary study showed that cuminaldehylde and p-1,4-mentha-dien-7-al were the major components of CUO, and they were probably the active ingredients. So the enrichment of cuminaldehylde and p-1,4-mentha-dien-7-al in CUO was very necessary for its further application in food and pharma

20、ceutical industries,MD: 1.with no deterioration of its natural properties 2. without using any organic solvents in the purification process 3. a preferential choice for separating of heat-sensitive active materials,二、方法思路,1.Cumin essential oil (CEO) was purified by wiped-film MD apparatus 2.Suitable

21、 values for the two distilling factors, T and P were selected as the independent variables 3. The experimental design employed for the analysis was a central composite rotate design (CCRD) （ The response variables (Yn) considered were distillates yield (Y1), content of cuminaldehyde in distillates (

22、Y2), content of p-mentha-1,4-dien-7-al in distillates (Y3), content of cuminaldehyde in residues (Y4), content of p-mentha-1,4-dien-7-al in residues (Y5），X1 and X2 were the coded values of distilling temperature and pressure）,4. A quadratic polynomial regression model was assumed for predicting all

23、Yresponses (Y1Y5) Y=A0 + A1X1 + A2X2 + A11X12 + A12X1X2 + A22X22 5. Response surface methodology (RSM) and perturbation plots were used for modeling and analyses of the purification process,三、結(jié)果討論,Influence of distilling temperature and distilling pressure on the distillates yield Y1=73.65 - 3.37*X1 - 14.15*X2 + 11.89*X1X2 -26.16*X12,1.The region of high distillates yield which could be easily ident