化工短程蒸餾技術基本原理及應用研討教學課件

1、1二、短程蒸餾技術short path distillation1，短程蒸餾過程的基本原理2，短程蒸餾過程的特點和優(yōu)點3，短程蒸餾器4，短程蒸餾的應用5，短程蒸餾過程研究第1頁，共48頁。2（1）分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴散 物料通過機械方式在蒸餾器加熱面上產生快速移動、厚度均勻地液膜。 通常，液相中的擴散速度是控制分子蒸餾速度的主要因素，應盡量減薄液層厚度及強化液層的流動。 靜止、降膜、刮板、離心真空系統(tǒng)物料入口殘餾物餾出物熱介質入口熱介質出口內置冷凝器蒸汽流原理示意圖1.1 分子蒸餾過程1，短程蒸餾過程的基本原理第2頁，共48頁。3（2）分子在高真空遠低于沸點的溫度下在液膜表面上進行自由蒸

2、發(fā) 蒸發(fā)速度隨著溫度的升高而上升，但分離因素有時卻隨著溫度的升高而降低，所以，應以被加工物質的熱穩(wěn)定性為前提，選擇經濟合理的蒸餾溫度。第3頁，共48頁。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70 100），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章的熱運動狀態(tài)，影響飛射方向和蒸發(fā)速度的主要因素。第4頁，共48頁。51

3、.2 分子蒸餾的條件殘余氣體的分壓必須很低，使殘余氣體的平均自由程長度是蒸餾器和冷凝器表面之間距離的倍數。 在飽和壓力下，蒸汽分子的平均自由程長度必須與蒸發(fā)器和冷凝器表面之間距離具有相同的數量級。在這此理想的條件下：a,蒸發(fā)在沒有任何障礙的情況下發(fā)生；b,所有蒸汽分子在沒有遇到其它分子到達冷凝器表面；c,蒸發(fā)速度在所處的溫度下達到可能的最大值；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比較小。第5頁，共48頁。61.3 分離原理（1）分子平均自由程： 分子兩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

4、物質，絕對真空。 液體粘度； 蒸汽壓； 蒸發(fā)溫度； 相對分子質量； 分子直徑； 活度系數； 氣體常數；第6頁，共48頁。7（3）短程蒸餾器處理量Q： 常數 加熱面積（4）短程蒸餾分離因數：（相對揮發(fā)度） 普通蒸餾分離因數： 短程蒸餾的分離能力與相對分子質量有關，是普通蒸 餾的 倍。第7頁，共48頁。81.4 操作參數 有效利用分子蒸餾的蒸發(fā)面積，在最優(yōu)的操作條件下進行分子蒸餾，達到最好的分離效果。殘留惰性氣體的影響： 惰性氣體分壓低于被蒸餾液體飽和蒸汽壓時，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，其影響顯著，會降低物質傳遞效率至擴散控制水平。 惰性氣體存在不影響分離效率。進料溫

5、度影響： 物料應預熱到蒸發(fā)溫度進料。低于蒸發(fā)溫度進料一部分蒸發(fā)面積用來加熱物料，蒸發(fā)效率降低。 為防止閃蒸，進料溫度一般不超過蒸發(fā)溫度。第8頁，共48頁。9蒸發(fā)溫度和冷凝溫度的影響： 冷凝溫度升高，冷凝器表面分子再蒸發(fā)程度加強，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，質量傳遞效率升高，蒸餾效率提高。 當冷凝溫度下餾出物的飽和蒸汽壓相對于其在蒸發(fā)溫度下的飽和蒸汽壓可忽略不計時，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70100 第9頁，共48頁。102，短程蒸餾過程的特點和優(yōu)點2.1 特點： 普通真空蒸餾 短程蒸餾 操作溫度： 沸點溫度 任何溫度 蒸餾壓強：

6、 塔中真空度有限 可達0.5-1Pa 受熱時間 1小時左右 幾秒 蒸發(fā)過程性質： 可逆 不可逆 蒸發(fā)現象： 鼓泡、沸騰 分離能力： 與 有關 與有關第10頁，共48頁。112.2 優(yōu)點：適用于高分子量、高粘度、高沸點及易氧化物系的分離。不僅能有效除去液體中低分子物質（有機溶劑、臭味等），而且能有選擇性地蒸出目的產物。能實現傳統(tǒng)分離方法無法實現的分離過程。第11頁，共48頁。12分子蒸餾與真空蒸餾結果比較第12頁，共48頁。133，短程蒸餾器 短程蒸餾過程研究與短程蒸餾器結構形式的發(fā)展密不可分，根據結構形式和操作特點短程蒸餾器有以下幾類：3.1間歇式短程蒸餾器 出現最早，結構簡單，具有一個靜止不

7、動的水平蒸發(fā)表面。分離能力低、效果差，物料停留時間長，熱分解危險性大。第13頁，共48頁。143.2 降膜式短程蒸餾器 流體靠重力在加熱壁面流 動形成一層 薄膜，液膜厚 度不均勻，容易形成熱點 使組分分解；液膜流動一 般呈層流，傳熱傳質阻力 大。第14頁，共48頁。153.3 刮膜式短程蒸餾器 內部設置轉動的刮膜器，使物料均勻覆蓋在加熱表面，液層得到充分攪動，強化傳熱傳質，停留時間短，熱分解可能小，生產能力大。第15頁，共48頁。16第16頁，共48頁。17刮膜器形式分三種形式：滾膜、滑動刮膜、鉸鏈刮膜，根據物料的粘度、處理性質選用不同的刮膜器。特性：短的停留時間：刮膜器的作用，使得液膜在加熱

8、面停留 時間極短。低的蒸餾溫度：冷凝器直接位于加熱面的對面，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)。第17頁，共48頁。18 粘性物和產品中含有固體物： 刮片的深深浸入，引起料膜一個強烈的剪切及混合效 應，減輕了待處理液的粘性，適合處理粘度到50Pas，并 防止加熱面結垢，特別適合于含固體料液。極薄的蒸餾液面： 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， 導致整個加熱面濕潤。這樣操作單元有高分離比。第18頁，共48頁。193.4 離心式短程蒸餾器 具有旋轉的圓錐加熱表面，在離心力作用下，液膜分布

9、均勻且薄，分離效果好；物料停留時間短，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。第19頁，共48頁。20國外實驗室玻璃短程蒸餾設備國外短程蒸餾中試金屬設備3.5 短程蒸餾器實例第20頁，共48頁。21國外工業(yè)規(guī)模短程蒸餾設備 第21頁，共48頁。22國產實驗室小試蒸餾裝置 1 原料罐2 計量泵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)第22頁，共48頁。23國產工業(yè)規(guī)模短程蒸餾設備第23頁，共48頁。24a) 短程蒸餾器單級蒸餾單元： 經預熱、脫氣后的物料進入短程蒸餾器，輕組份被蒸發(fā)并在內置冷凝器上冷凝，它和重組份從不同的通道分別排出（流程圖1）。3

10、.6 短程蒸餾系統(tǒng)第24頁，共48頁。25b) 刮膜蒸發(fā)器和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，產品的蒸餾在后級的短程蒸餾器里產生（流程圖2）。第25頁，共48頁。264，短程蒸餾的應用 在20世紀60年代以前，短程蒸餾技術只在少數國家，如日本、美國、德國有些研究和應用，且應用面窄、發(fā)展慢。進入80年代后，隨著生活水平提高和人們對天然產品的青睞，短程蒸餾作為提取天然物質的有效手段引起重視，目前已在食品、化妝品、制藥、航天、化學工業(yè)等領域得到應用。第26頁，共48頁。27主要應用領域： 蒸餾濃縮: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

11、毛醇、棕櫚油、米糠 油、魚油及魚肝油、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、聚酰胺樹脂、酚醛樹脂、聚胺酯、氧樹脂、環(huán)氧油、聚胺酯、異氰酸鹽、樹脂塑料、可塑劑、穩(wěn)定劑、丙烯酸鹽二甘酯等 脫色脫味：香料香精脫臭、油脂脫臭、植物蠟、硅油、剎車液、真空泵油、潤滑油、石蠟油等第27頁，共48頁。284.1 天然植物芳香油的精制 天然精油來自芳香植物，我國芳香植物資源豐富，有利用價值的約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

12、吸附法。 精油的主要成分是醛、酮、醇類及含量較大的萜類。這 些化合物沸點高，受熱不穩(wěn)定。 傳統(tǒng)方法加工的不足：因長時間受熱而引起分子重排、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，使加香產品使用受限制。第28頁，共48頁。294.1.2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；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，結果見下表。 第29頁，共48頁。30毛葉木姜子果揮發(fā)油溫度30，壓力150-200Pa，刮膜蒸餾轉速200-230r/min，物料流量1滴/

13、s，冷卻水溫度-5殘餾物餾出物溫度50，壓力200Pa，刮膜蒸餾轉速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）第30頁，共48頁。31 原油性狀產物性狀蒸餾條件得率 %溫度， 壓力，Pa山蒼子油淺黃色液體，含檸檬醛63%淡黃色液體，含檬醛81.6%284070-72山蒼子油淺黃色液體，含檸檬醛80.5%淡黃色液體，含檸檬醛91.5%4533.380-82姜樟油黃色液體，含檸檬醛65.4%淺黃色液體，含檸檬醛83.0%3033.368-70廣藿香油棕褐色液體，有焦味淺黃色液體，無焦味，無異臭13026.685-90巖蘭草油黑色粘狀液，有焦味淺黃色透明液，無焦

14、味，無異臭13033.360-65粗香葉醇橙色渾濁液，有焦味無色透明液，無焦味，無異臭10033.382-85柏木油棕紅色透明液，有焦味淺黃色透明液，無焦味，無異臭8031.980-82柏木油蒸餾殘液黑色粘狀液，有強烈焦味淺黃色透明液，無焦味，無異臭8031.950-55第31頁，共48頁。324.2 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分類：單硬脂酸甘油酯、單棕櫚酸甘油酯、單月桂酸甘油酯、單油酸甘油酯等； 按生產原料名稱分類：牛油單甘酯、羊油單甘酯、大豆油單甘酯、棕櫚油單甘酯、葵花籽油單甘酯等。4.2.2單甘酯的主要指標項目單硬脂酸甘油酯單油酸甘油酯國際市場產品G

15、B15612-95國際市場產品單甘酯含量（%） 90 90 90碘值（g I2 /100g） 4 2凝固點（ ）60-7064-72 34游離酸（以硬脂酸計，%）2.5 1.51.5游離甘油（%） 1.01.0砷（As，%）0.0001重金屬（以Pb計，%）0.0005第32頁，共48頁。334.2.3單甘酯生產工藝單甘酯合成：酯化或醇解分離：將單甘酯與未反應甘油分離產品冷凝干燥：普通工藝單甘酯 35-65% 短程蒸餾單甘酯 90-96%酸氫化油催化劑甘油合成預處理噴霧蒸餾一級短程蒸餾二級短程蒸餾單甘酯廢渣回收甘油回收甘油廢渣短程蒸餾單甘酯工藝流程第33頁，共48頁。344.2.4單甘酯用途食

16、品乳化劑：無毒、無味，起到乳化、膨松、起酥、保 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。第34頁，共48頁。354.3 高純度乳酸的制備乳酸化學名稱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。乳酸是熱敏性有機物，加熱到140 以上時，發(fā)生分解和聚合反應。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。乳酸是廣泛用于化工、輕工、食品和醫(yī)藥領域的重要有機酸。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、雜質少、熱穩(wěn)定性好的L-乳酸。乳

17、酸工業(yè)生產方法：合成法和發(fā)酵法。 合成法以乙醛或丙烯腈為原料，經一系列反應得到LD-乳酸。第35頁，共48頁。36 發(fā)酵法是用能水解生成葡萄糖的有機物（淀粉、蔗糖等）經生物發(fā)酵制得稀乳酸。使用不同菌種可得L-乳酸或 LD-乳酸。乳酸質量及生產經濟效益主要由后處理工藝決定。4.3.1 乳酸精制技術 活性炭脫色法脫色、濃縮，得低等級乳酸 乳酸鈣結晶法轉化、結晶，收率低 酯化法甲醇酯化，再水解，不適合食品、醫(yī)藥級 萃取法有機溶劑萃取、反萃，不適合食品、醫(yī)藥級 離子交換法工業(yè)化生產很少用 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發(fā)階

18、段第36頁，共48頁。374.3.2 刮膜蒸發(fā)和短程蒸餾聯用法 刮膜蒸發(fā)工藝流程 短程蒸餾工藝流程第37頁，共48頁。38 產品為無色透明粘稠液體，總酸質量分數 99%，乳酸質量分數 97%，190下，不變色，總收率85%。第38頁，共48頁。394.4 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 Extract3.煙草關鍵致香成分分離物 TETX-01 Tobaccos Key Flavor-note Extract第39頁，共48頁。404

19、.4.2 制備工藝流程煙葉原料碎片除 雜生物發(fā)酵or生物酶催化預處理煙葉 煙草精油超萃技術熱法/冷法提取煙草提取液煙草提取物膜分離技術濃縮 回溶、冷凍煙草冷凍液煙草提取物煙草精油分子蒸餾技術濃 縮第40頁，共48頁。414.4.3 煙草關鍵致香成分分離物 香氣特點：煙草醇香；有層次感，香韻豐富；細膩；甜潤總離子流圖：第41頁，共48頁。42主要致香成分：賴百當類化合物巨豆三烯酮ABCD/茄酮 /大馬酮/ 2,6-庚二酮/環(huán)戊酮類香葉基丙酮/紫羅蘭酮胡蘿卜素 /3氧代紫羅蘭醇苯甲醇/苯乙醇十四酸及其酯類/十六酸及其酯類/二氫獼猴桃內酯/丁內酯/戊內酯糠醛/苯甲醛/苯乙醛/檸檬醛苯乙酸及其酯類/壬

20、酸吡嗪類/吡啶類/呋喃類第42頁，共48頁。434.4 短程蒸餾的其他應用實例 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 中藥有效成分提取第43頁，共48頁。44應用行業(yè) 可精制物品名稱食品工業(yè) 單甘酯、棕櫚油、生育酚、魚肝油、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) 酰基氯、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、-胡蘿卜素、姜辣素、辣椒色素化學工業(yè) 芥酸酰胺、醇、油酸酰胺、甘油酯、除草劑、鹵代烷烴、殺蟲劑、硅油、蠟、二元脂肪酸、二聚酸塑料工業(yè) 環(huán)氧樹脂、環(huán)氧化油、異氰酸酯、增塑劑、穩(wěn)定劑石

21、油工業(yè) 基礎油、光亮油、潤滑油、凡士林、冷杉油、殘余焦油、廢潤滑油化妝品 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、植物的根、花辣椒屬植物的提取物工業(yè)第44頁，共48頁。455，短程蒸餾過程研究應用取得長足發(fā)展，但理論上尚存許多問題有待解決：短程蒸餾機理；傳質傳熱過程描述；設備結構和操作條件對分離程度的影響。 短程蒸餾過程研究主要內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)造成的阻力等對分子蒸發(fā)速度和短程蒸餾分離因數的影響。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。第45頁，共48頁。461陳 芳，廖小

22、軍，汪政富，蔡同一，胡小松分子蒸餾工藝參數對高碳脂肪醇提取物精制效果的研究農業(yè)工程學報，2005，21（11）：189-191 華向東 2應安國，許松林，王淑華分子蒸餾技術提純帕羅西汀堿化學工程，2005，33（6）：59-62 樓宗熠3王寶剛分子蒸餾技術用于提取共軛亞油酸工藝探討糧食與食品工業(yè)，2005，12（5）：15-17 曾兵第46頁，共48頁。476卓震，巢建偉，許進文，張 晶旋轉刮膜式分子蒸餾器，輕工機械，2005(5):134-138 劉蘭豐4任艷奎，許松林，欒禮俠應用分子蒸餾技術分離提純玫瑰精油應用化工， 2005，34（8）：509-512 鄧晉5傅紅， 裘愛詠分子蒸餾法制備

23、魚油多不飽和脂肪酸無錫輕工大學學報, 2002, 21(6):617-621 于叢林第47頁，共48頁。1、不是井里沒有水，而是你挖的不夠深。不是成功來得慢，而是你努力的不夠多。2、孤單一人的時間使自己變得優(yōu)秀，給來的人一個驚喜，也給自己一個好的交代。3、命運給你一個比別人低的起點是想告訴你，讓你用你的一生去奮斗出一個絕地反擊的故事，所以有什么理由不努力!4、心中沒有過分的貪求，自然苦就少?？诶锊徽f多余的話，自然禍就少。腹內的食物能減少，自然病就少。思緒中沒有過分欲，自然憂就少。大悲是無淚的，同樣大悟無言。緣來盡量要惜，緣盡就放。人生本來就空，對人家笑笑，對自己笑笑，笑著看天下，看日出日落，花謝花開，豈不自在，哪里來的塵埃!5、心情就像衣服，臟了就拿去洗洗，曬曬，陽光自然就會蔓延開來。陽光那么好，何必自尋煩惱，過好每一個當下，一萬個美麗的未來抵不過一個溫暖的現在。6、無論你正遭遇著什么，你都要從落魄中站起來重振旗鼓，要繼續(xù)保持熱忱，要繼續(xù)保持微笑，就像從未受傷過一樣。7、生命的美麗，永遠展現在她的進取之中;就像大樹的美麗，是展現在它負勢向上高聳入云的蓬勃生機中;像雄鷹的美麗，是展現在它搏風擊雨如蒼天之魂的翱翔中;像江河的美麗，是展現在它波濤洶涌一瀉千里的奔流