化工短程蒸餾技術(shù)基本原理及應(yīng)用研討

1、1,二、短程蒸餾技術(shù)short path distillation,1，短程蒸餾過(guò)程的基本原理2，短程蒸餾過(guò)程的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)3，短程蒸餾器4，短程蒸餾的應(yīng)用5，短程蒸餾過(guò)程研究,2,（1）分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴(kuò)散 物料通過(guò)機(jī)械方式在蒸餾器加熱面上產(chǎn)生快速移動(dòng)、厚度均勻地液膜。 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，應(yīng)盡量減薄液層厚度及強(qiáng)化液層的流動(dòng)

2、。 靜止、降膜、刮板、離心,真空系統(tǒng),1.1 分子蒸餾過(guò)程,1，短程蒸餾過(guò)程的基本原理,3,（2）分子在高真空遠(yuǎn)低于沸點(diǎn)的溫度下在液膜表面上進(jìn)行自由蒸發(fā) 蒸發(fā)速度隨著溫度的升高而上升，但分離因素有時(shí)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，選擇經(jīng)濟(jì)合理的蒸餾溫度。,4,（4）分子在冷凝面上的捕獲 只要保證冷熱兩面間有足夠的溫度差（一般為70~

3、 100℃），冷凝表面的形式合理且光滑則冷凝步驟可以在 瞬間完成，所以選擇合理冷凝器的形式相當(dāng)重要。（5）餾出物和殘留物的收集。,（3）分子從蒸發(fā)表面向冷凝面飛射 分子飛射的過(guò)程中，可能彼此相互碰撞，也可能和殘存于兩面之間的空氣分子發(fā)生碰撞。自身碰撞對(duì)飛射方向和蒸發(fā)速度影響不大，而殘氣分子在兩面間呈雜亂無(wú)章的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，影響飛射方向和蒸發(fā)速度的主要因素。,5,1.2 分子蒸餾的條件殘余氣體的分壓必須很

4、低，使殘余氣體的平均自由程長(zhǎng)度是蒸餾器和冷凝器表面之間距離的倍數(shù)。 在飽和壓力下，蒸汽分子的平均自由程長(zhǎng)度必須與蒸發(fā)器和冷凝器表面之間距離具有相同的數(shù)量級(jí)。在這此理想的條件下：a,蒸發(fā)在沒(méi)有任何障礙的情況下發(fā)生；b,所有蒸汽分子在沒(méi)有遇到其它分子到達(dá)冷凝器表面；c,蒸發(fā)速度在所處的溫度下達(dá)到可能的最大值；d,蒸發(fā)速度與壓力成正比，因而，分子蒸餾的餾出液量相對(duì)比較小。,6,1.3 分離原理（1）分子平均自由程： 分子兩

5、次碰撞之間所走路程的平均值。 一種分子： 二種分子：（2）表面分子自由蒸發(fā)速度G：(Langmuir & Kundsen) 純物質(zhì)，絕對(duì)真空。,,,,—液體粘度； —蒸汽壓； —蒸發(fā)溫度； —相對(duì)分子質(zhì)量； —分子直徑； —活度系數(shù)； —?dú)怏w常數(shù)；,7,（3）短程蒸餾器處理量Q：

6、 —常數(shù) —加熱面積（4）短程蒸餾分離因數(shù)：（相對(duì)揮發(fā)度） 普通蒸餾分離因數(shù)： 短程蒸餾的分離能力與相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)，是普通蒸 餾的 倍。,8,1.4 操作參數(shù) 有效利用分子蒸餾的蒸發(fā)面積，在最優(yōu)的操作條件下進(jìn)行分子蒸餾，達(dá)到最好的分離效果。殘留惰性氣體的影響

7、： 惰性氣體分壓低于被蒸餾液體飽和蒸汽壓時(shí)，惰性氣體影響??；惰性氣體分壓高于被蒸餾液體飽和蒸汽壓時(shí)，其影響顯著，會(huì)降低物質(zhì)傳遞效率至擴(kuò)散控制水平。 惰性氣體存在不影響分離效率。進(jìn)料溫度影響： 物料應(yīng)預(yù)熱到蒸發(fā)溫度進(jìn)料。低于蒸發(fā)溫度進(jìn)料一部分蒸發(fā)面積用來(lái)加熱物料，蒸發(fā)效率降低。 為防止閃蒸，進(jìn)料溫度一般不超過(guò)蒸發(fā)溫度。,9,蒸發(fā)溫度和冷凝溫度的影響：

8、 冷凝溫度升高，冷凝器表面分子再蒸發(fā)程度加強(qiáng)，分離效率降低，殘留物中易揮發(fā)組分的含量升高。 蒸發(fā)溫度升高，質(zhì)量傳遞效率升高，蒸餾效率提高。 當(dāng)冷凝溫度下餾出物的飽和蒸汽壓相對(duì)于其在蒸發(fā)溫度下的飽和蒸汽壓可忽略不計(jì)時(shí)，可忽略餾出物在冷凝面的再蒸發(fā)。 一般蒸發(fā)溫度和冷凝溫度相差70~100℃,10,2，短程蒸餾過(guò)程的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn),2.1 特點(diǎn)：

9、 普通真空蒸餾 短程蒸餾 操作溫度： 沸點(diǎn)溫度 任何溫度 蒸餾壓強(qiáng)： 塔中真空度有限 可達(dá)0.5-1Pa 受熱時(shí)間 1小時(shí)左右 幾秒 蒸發(fā)過(guò)程性質(zhì)：

10、 可逆 不可逆 蒸發(fā)現(xiàn)象： 鼓泡、沸騰 ——— 分離能力： 與 α有關(guān) 與ατ有關(guān),11,2.2 優(yōu)點(diǎn)：適用于高分子量、高粘度、高沸點(diǎn)及易氧化物系的分離。不僅能有效除去液體中低分子物質(zhì)（有機(jī)溶劑、臭味等），而且能有選擇性地蒸出

11、目的產(chǎn)物。能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)分離方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的分離過(guò)程。,12,分子蒸餾與真空蒸餾結(jié)果比較,,13,3，短程蒸餾器,短程蒸餾過(guò)程研究與短程蒸餾器結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展密不可分，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和操作特點(diǎn)短程蒸餾器有以下幾類(lèi)：3.1間歇式短程蒸餾器 出現(xiàn)最早，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有一個(gè)靜止不動(dòng)的水平蒸發(fā)表面。分離能力低、效果差，物料停留時(shí)間長(zhǎng)，熱分解危險(xiǎn)性大。,,14,3.2 降膜式短程蒸餾器 流體靠重力在加熱壁面流 動(dòng)形成一層 薄膜，

12、液膜厚 度不均勻，容易形成熱點(diǎn) 使組分分解；液膜流動(dòng)一 般呈層流，傳熱傳質(zhì)阻力 大。,,15,3.3 刮膜式短程蒸餾器 內(nèi)部設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)的刮膜器，使物料均勻覆蓋在加熱表面，液層得到充分?jǐn)噭?dòng)，強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)，停留時(shí)間短，熱分解可能小，生產(chǎn)能力大。,16,,17,刮膜器形式分三種形式：滾膜、滑動(dòng)刮膜、鉸鏈刮膜，根據(jù)物料的粘度、處理性質(zhì)選用不同的刮膜器。特性：短的停留時(shí)間：刮膜器的作用，使得液膜在加熱面

13、停留 時(shí)間極短。低的蒸餾溫度：冷凝器直接位于加熱面的對(duì)面，減少了 壓差，又具有極高的真空度，物料可 在極低的溫度下蒸發(fā)。,18,粘性物和產(chǎn)品中含有固體物： 刮片的深深浸入，引起料膜一個(gè)強(qiáng)烈的剪切及混合效 應(yīng)，減輕了待處理液的粘性，適合處理粘度到50Pas，并 防止加熱面結(jié)垢，特別適合于含固體料液。極薄的

14、蒸餾液面： 刮膜器的作用將料液刮成極薄的液膜。熱敏感物料： 分離更徹底。 高分離比： 精密刮板使得極薄的液膜被均勻地分布在加熱面上， 導(dǎo)致整個(gè)加熱面濕潤(rùn)。這樣操作單元有高分離比。,19,3.4 離心式短程蒸餾器 具有旋轉(zhuǎn)的圓錐加熱表面，在離心力作用下，液膜分布均勻且薄，分離效果好；物料停留時(shí)間短，可分離熱穩(wěn)定性很差的混合物；料液處理量大，適合工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。,,20,

15、3.5 短程蒸餾器實(shí)例,21,國(guó)外工業(yè)規(guī)模短程蒸餾設(shè)備,22,國(guó)產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室小試蒸餾裝置,1 原料罐2 計(jì)量泵3 EA蒸發(fā)器4,6 冷井5 短程蒸餾器7 可視接受罐8 真空系統(tǒng),23,國(guó)產(chǎn)工業(yè)規(guī)模短程蒸餾設(shè)備,24,a) 短程蒸餾器單級(jí)蒸餾單元： 經(jīng)預(yù)熱、脫氣后的物料進(jìn)入短程蒸餾器，輕組份被蒸發(fā)并在內(nèi)置冷凝器上冷凝，它和重組份從不同的通道分別排出（流程圖1）。,3.6 短程蒸餾系統(tǒng),25,b) 刮膜蒸發(fā)器和

16、短程蒸餾器組合蒸餾單元： 大量的低沸物在刮膜蒸發(fā)器里被除去，產(chǎn)品的蒸餾在后級(jí)的短程蒸餾器里產(chǎn)生（流程圖2）。,26,4，短程蒸餾的應(yīng)用,在20世紀(jì)60年代以前，短程蒸餾技術(shù)只在少數(shù)國(guó)家，如日本、美國(guó)、德國(guó)有些研究和應(yīng)用，且應(yīng)用面窄、發(fā)展慢。進(jìn)入80年代后，隨著生活水平提高和人們對(duì)天然產(chǎn)品的青睞，短程蒸餾作為提取天然物質(zhì)的有效手段引起重視，目前已在食品、化妝品、制藥、航天、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。,27,■主要應(yīng)用領(lǐng)域： 蒸餾濃

17、縮:脂肪酸、脂肪酸酰胺、脂肪醇、維生素E、維 生素A、EHA、DHA、單甘酯、羊毛醇、棕櫚油、米糠 油、魚(yú)油及魚(yú)肝油、香料香精、天然植物葉頸根的提取 物（如辣椒紅、番茄紅素、除蟲(chóng)菊酯、卵磷脂、b-胡蘿 卜素、中藥有效成分等） 脫除溶劑：辣椒紅色素、番茄紅色素、醫(yī)藥中間體和中醫(yī)藥提取物脫溶等 脫除游離單體：二聚酸、聚酰胺樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚胺酯、氧樹(shù)脂、環(huán)氧油、聚胺酯、異氰酸鹽、樹(shù)脂塑料、可塑劑、穩(wěn)定劑、丙烯酸鹽

18、二甘酯等 脫色脫味：香料香精脫臭、油脂脫臭、植物蠟、硅油、剎車(chē)液、真空泵油、潤(rùn)滑油、石蠟油等,28,4.1 天然植物芳香油的精制 天然精油來(lái)自芳香植物，我國(guó)芳香植物資源豐富，有利用價(jià)值的約400種。4.1.1傳統(tǒng)提取方法 水蒸氣蒸餾法、浸提法、壓榨法和吸附法。 精油的主要成分是醛、酮、醇類(lèi)及含量較大的萜類(lèi)。這 些化合物沸點(diǎn)高，受熱不穩(wěn)定。 傳統(tǒng)方法加工的不足：因長(zhǎng)時(shí)間受熱而引起

19、分子重排、氧化、水解，失去原有的芳香氣味；非芳香成分與芳香成分一起被提取，使香氣不純；含有色雜質(zhì)，使加香產(chǎn)品使用受限制。,29,4.1.2短程蒸餾作用 在一定溫度、壓力下，將芳香油中某一主要成分提濃；除去異臭和帶色雜質(zhì)；提高純度。 廣東省化工研究所的陸韓濤、程玉鏡使用LAB-3型離心式短程蒸餾器作芳香油提純研究，結(jié)果見(jiàn)下表。,30,毛葉木姜子果揮發(fā)油,溫度30℃，壓力150-200Pa，刮膜蒸餾轉(zhuǎn)速200

20、-230r/min，物料流量1滴/s，冷卻水溫度-5℃,殘餾物,餾出物,溫度50℃，壓力200Pa，刮膜蒸餾轉(zhuǎn)速270-300r/min，物料流量1滴/s，冷卻水溫度2℃,殘餾物,檸檬醛（95％以上）,,,,,,,,,31,32,4.2 高濃度單甘酯的制備,4.2.1單甘酯的品種 按主要組成脂肪酸的名稱(chēng)分類(lèi)：?jiǎn)斡仓岣视王?、單棕櫚酸甘油酯、單月桂酸甘油酯、單油酸甘油酯等?按生產(chǎn)原料名稱(chēng)分類(lèi)：牛油單甘酯、羊油單甘酯、大豆

21、油單甘酯、棕櫚油單甘酯、葵花籽油單甘酯等。4.2.2單甘酯的主要指標(biāo),33,4.2.3單甘酯生產(chǎn)工藝單甘酯合成：酯化或醇解分離：將單甘酯與未反應(yīng)甘油分離產(chǎn)品冷凝干燥：普通工藝單甘酯 35-65% 短程蒸餾單甘酯 90-96%,短程蒸餾單甘酯工藝流程,34,4.2.4單甘酯用途食品乳化劑：無(wú)毒、無(wú)味，起到乳化、膨松、起酥、保

22、鮮等作用。藥品賦形劑：藥膏、藥片等?；瘖y品W/O乳化劑：膏霜、粉底、香粉、胭脂等。其他：切割油乳化劑、紡織品軟化劑、熱固性塑料助劑、 油墨助劑等。,35,4.3 高純度乳酸的制備,乳酸化學(xué)名稱(chēng)2-羥基丙酸，分子中有一手性中心，存在三種乳酸：L-乳酸，D-乳酸和 LD-乳酸。乳酸是熱敏性有機(jī)物，加熱到140 ℃以上時(shí)，發(fā)生分解和聚合反應(yīng)。乳酸的自聚物及其與其他化合物的共聚物具有生物降解性。乳酸是廣泛用于化

23、工、輕工、食品和醫(yī)藥領(lǐng)域的重要有機(jī)酸。只有L-乳酸具有生理活性，因此用于食品、醫(yī)藥的乳酸只能是純度高、雜質(zhì)少、熱穩(wěn)定性好的L-乳酸。乳酸工業(yè)生產(chǎn)方法：合成法和發(fā)酵法。 合成法以乙醛或丙烯腈為原料，經(jīng)一系列反應(yīng)得到LD-乳酸。,36,發(fā)酵法是用能水解生成葡萄糖的有機(jī)物（淀粉、蔗糖等）經(jīng)生物發(fā)酵制得稀乳酸。使用不同菌種可得L-乳酸或 LD-乳酸。乳酸質(zhì)量及生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益主要由后處理工藝決定。4.3.1 乳酸精制技術(shù) 活性炭脫色法

24、——脫色、濃縮，得低等級(jí)乳酸 乳酸鈣結(jié)晶法——轉(zhuǎn)化、結(jié)晶，收率低 酯化法——甲醇酯化，再水解，不適合食品、醫(yī)藥級(jí) 萃取法——有機(jī)溶劑萃取、反萃，不適合食品、醫(yī)藥級(jí) 離子交換法——工業(yè)化生產(chǎn)很少用 吸附法——用聚4-吡啶乙烯吸附分離，還未工業(yè)化 蒸餾法——最基本方法，純度不高，收率也不高 電滲析、膜分離法——處于研究開(kāi)發(fā)階段,37,4.3.2 刮膜蒸發(fā)和短程蒸餾聯(lián)用法,刮膜蒸發(fā)工藝流程

25、 短程蒸餾工藝流程,38,產(chǎn)品為無(wú)色透明粘稠液體，總酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥ 99%，乳酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥ 97%，190℃下，不變色，總收率85%。,39,4.4 特色煙草提取物制備,4.4.1.特色煙草提取物1.津巴布韋煙草提取物 TEZB-C Zimbabwe Tobacco Extract2.云南煙草提取物 TEHH-01 YunNan Tobacco Ext

26、ract3.煙草關(guān)鍵致香成分分離物 TETX-01 Tobacco’s Key Flavor-note Extract,40,4.4.2 制備工藝流程,41,4.4.3 煙草關(guān)鍵致香成分分離物 香氣特點(diǎn)：煙草醇香；有層次感，香韻豐富；細(xì)膩；甜潤(rùn)總離子流圖：,42,主要致香成分：賴(lài)百當(dāng)類(lèi)化合物巨豆三烯酮ABCD/茄酮 /大馬酮/ 2,6-庚二酮/環(huán)戊酮類(lèi)香葉基丙酮/紫羅蘭酮β—胡蘿卜素 /3—氧代—α—紫羅蘭醇苯

27、甲醇/苯乙醇十四酸及其酯類(lèi)/十六酸及其酯類(lèi)/二氫獼猴桃內(nèi)酯/丁內(nèi)酯/戊內(nèi)酯糠醛/苯甲醛/苯乙醛/檸檬醛苯乙酸及其酯類(lèi)/壬酸吡嗪類(lèi)/吡啶類(lèi)/呋喃類(lèi),43,4.4 短程蒸餾的其他應(yīng)用實(shí)例 檸檬醛的純化 天然色素的提取和精制 天然維生素的提純 不飽和脂肪酸的分離 中藥有效成分提取,44,應(yīng)用行業(yè) 可精制物品名稱(chēng)食品工業(yè) 單甘酯、棕櫚

28、油、生育酚、魚(yú)肝油、角鯊烯、米糠油、脂肪酸及其衍生物、二烯酸、植物油、雙甘酯、乳酸、亞麻油、共軛亞油酸醫(yī)藥工業(yè) ?；?、氨基酸酯、維生素E、葡萄糖衍生物、萜烯酯、天然或合成維生素、β-胡蘿卜素、姜辣素、辣椒色素化學(xué)工業(yè) 芥酸酰胺、醇、油酸酰胺、甘油酯、除草劑、鹵代烷烴、殺蟲(chóng)劑、硅油、蠟、二元脂肪酸、二聚酸塑料工業(yè) 環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧化油、異氰酸酯、增塑劑、穩(wěn)定劑石油工業(yè) 基礎(chǔ)油、光亮油、潤(rùn)滑油、凡士林、冷杉油、殘余焦油、廢

29、潤(rùn)滑油化妝品 羊毛脂肪酸、羊毛脂、羊毛醇、烷基多苷、玫瑰油、姜油、辣椒紅色素等包括藻類(lèi)、植物的根、花辣椒屬植物的提取物,,,,,,,,,,工業(yè),45,5，短程蒸餾過(guò)程研究,應(yīng)用取得長(zhǎng)足發(fā)展，但理論上尚存許多問(wèn)題有待解決：短程蒸餾機(jī)理；傳質(zhì)傳熱過(guò)程描述；設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作條件對(duì)分離程度的影響。 短程蒸餾過(guò)程研究主要內(nèi)容是探討液相主體傳遞阻力、汽液界面?zhèn)鬟f阻力、蒸餾區(qū)惰性氣體和冷凝液膜表面分子返蒸發(fā)造成的阻力等對(duì)分子蒸

30、發(fā)速度和短程蒸餾分離因數(shù)的影響。由于各種阻力影響，液膜表面溫度和組成與液相 主體發(fā)生很大變化。,46,[1]陳 芳，廖小軍，汪政富，蔡同一，胡小松,分子蒸餾工藝參數(shù)對(duì)高碳脂肪醇提取物精制效果的研究,農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21（11）：189-191 華向東,[2]應(yīng)安國(guó)，許松林，王淑華,分子蒸餾技術(shù)提純帕羅西汀堿,化學(xué)工程，2005，33（6）：59-62 樓宗熠,[3]王寶剛,分子蒸餾技術(shù)用于提取共軛亞油酸工藝探討,糧食與食品工