分子蒸馏技术的发展及工业应用（PPT57页)

1分子蒸馏技术MolecularDistillationTechnology组员：李昊陶艳琪李娜蒋盼盼2019/8/2521.分子蒸馏技术发展简介2.分子蒸馏在医药工业中的应用3.分子蒸馏在石油化工中的应用4.分子蒸馏在食品工业中的应用5.分子蒸馏在香料工业中的应用6.分子蒸馏技术的发展展望1.分子蒸馏技术发展简介•早在20世纪初，人们就意识到要利用真空来改进蒸馏过程，并开始了降低蒸馏过程中气相阻力的研究，这便是分子蒸馏技术研究的开始。•Bronzed和Heresy在1922年设计了世界上第一套真正的实验用分子蒸馏装置，利用该装置进行水银同位素分离的研究。•1930年，分子蒸馏技术世界上有代表性的研究小组有三个，Burch，Waterman,和Hickman,正是Hickman领导的小组在分子蒸馏的工业规模技术中起到了非常重要的作用。•20世纪的30-60年代是分子蒸馏装备技术发展的黄金时代，至60年代，日、英、美、德、法及前苏联均有多套大型工业化装置投入工业应用。•我国分子蒸馏技术的研究起步较晚，上世纪60年代才有研究者开始研究；1986年蔡沂春申请了关于M型分子蒸馏器的专利；至上世纪80年代末期，国内引进了几套分子蒸馏生产线，用于硬脂酸单甘油酯的生产。2.分子蒸馏在医药工业中的应用2.1分子蒸馏技术应用于医药工业的优点天然维生素E主要存在于一些动植物组织中，由于其对热敏感，沸点较高，运用传统精馏法不仅易使其变性，而且能耗较高。药物活性高药物纯度高王秀华.分子蒸馏提取天然维生素E研究[J].中国油脂,2009,31(9):72-74.2.2工艺工程酯化处理冷冻脱除甾醇脱甲醇（一次蒸馏）二次蒸馏2.3具体的工艺条件实验采用两次蒸馏方式,第一次蒸馏温度100℃,操作压力0.5～1.5Pa;第二次蒸馏温度150℃,操作压力0.1～0.4Pa。进料温度100℃,进料速率1.0mL/min,刮膜器转子转速120r/min2.4各种影响因素2.4.1甾醇对维生素E纯度的影响表1含甲醇物料、滤液和滤饼中维生素E的含量2.4.2一次蒸馏温度对维生素E纯度的影响表2一次蒸馏温度对维生素E纯度的影响2.4.3二次蒸馏温度对维生素E纯度和收率的影响2.4.4进料速率的影响2.4.5刮膜器转子转速的影响2.5结论采用刮膜式分子蒸馏器提取维生素E,根据对蒸馏温度、进料速率、刮膜器转子转速3个因素的单因素试验研究,最终得出分子蒸馏最佳工艺条件为:两次蒸馏,第一次蒸馏温度100℃,第二次蒸馏温度150℃,进料速率1.0mL/min,刮膜器转子转速120r/min。在此条件下,维生素E含量由原来的8.46%提高到49.5%。3.分子蒸馏在石油化工中的应用重质油深度分析处理越来越受到人们的关注，在原油中含量高，成分多且复杂、为粘稠状黑色胶状物，其常压下平均沸点较高，一般高达500℃左右，常温常压下为固体、半固体状态，运动粘度较大。根据重渣油不同处理工艺，其加工产品可作为高附加值润滑油基础油、蜡油、溶剂油、催化裂化原料等工业。利用分子蒸馏分离重质油避免了高温受热分子断链分解、焦化、聚合等问题。3.1重质油分离2019/8/25孙瑞利用刮模式蒸馏装置对重质油进行分离，为了更好的分离重质渣油，本实验采用自制的10kg/h的降膜式分子蒸馏装置，其结构及组成单元如图1所示。图1分子蒸馏装置与结构图1-转子驱动马达；2-导热油出口；3-冷凝器；4-导热油入口；5-重组分出口；6-进料口；7-刮膜转子；8-接冷阱；9-轻组分出口；10-冷凝水出口；11-冷凝水进口；表1重油物性参数经预处理后的重质油为多组分、高粘度、黑色胶状混合物，其常压下平均沸点（AEBP）在500℃左右，对其各物性进行初步测定，其物性参数如表1。3.1.1单因素工艺条件研究•试验以重质油为原料，以润滑油基础油馏分为目标产品，以产品收率、粘度指数为指标，考察系统影响因素：预热温度（T0）、蒸馏温度（TDM）、系统残压（Pr）、进料速度（Q0）及刮膜转速（R）等。图2预热温度的影响图3压强的影响2019/8/25图4蒸馏温度的影响图5刮模转速的影响图6进料速率的影响3.1.2结果与讨论2019/8/25表2各馏分段收率及物性参数实验在恒定压力（15.0Pa）、进料速率8.0kg/h，刮膜转速为130rmp的条件下，TMD由在200升至280℃，每隔20℃做一次调整，分子蒸馏窄馏分的收率及物性参数见表2。由表2中数据可以看出，随着蒸馏温度的上升，重质油由轻到重不断蒸出，起初轻组分收率较低，油品较好，饱和分含量较高，粘度指数在120以上，240℃时馏分收率达45.2%，此时除硫含量外，蒸出馏分各项物性基本符合API润滑油基础油Ⅲ类指标；而继续升温，重馏分不断蒸出，芳香分等较重组分含量增加，饱和烃含量迅速降低，油品性能变差，故将重质渣油分子蒸馏200℃~240℃窄馏分作润滑油基础油。孙瑞.重质油高值化利用工艺技术研究[D].济南：山东理工大学，2014.3.2石化产品中间体的纯化许多石油化工产品存在气味不纯、溶剂大量残存、聚合单体清除不净等问题,这些杂质严重影响着产品的质量,传统清除这些杂质的方法往往是采用需温度较高、耗能较大的方法,如真空蒸馏。而采用分子蒸馏技术则可解决其他方法中因操作温度较高引起的产品歧化、缩合或分解的问题,从而保证了产品的质量。吕九琢等利用刮膜蒸发和分子蒸馏联用技术对粗乳酸进行了精制，在1～7kPa条件下蒸发5～25min，将质量分数为20%～30%的粗乳酸浓缩到80%～90%，再在10～100Pa条件下蒸馏0.5～5min，即可得到质量分数大于97%的乳酸产品。由于这种工艺仅仅是两次减压蒸馏，省去了传统的活性炭脱色、离子交换，微孔过滤等工序，不用脱色柱、离子交换柱、微孔过滤机、石墨蒸发器等大量设备，所以，在相同规模下，本工艺所需的总投资要少于传统工艺。吕九琢.乳酸精制新工艺-刮膜蒸发和短程蒸馏联用法[J].现代化工,2001,21(1):44～462019/8/251预热器;2刮膜蒸发器;3冷凝器;4冷肼图7刮膜蒸发工艺流程20%～30%粗乳酸经预热器，加热到60～100℃，进入刮膜蒸发器，在60～100℃，1～7kPa下蒸馏5～25min。馏出组分为含有少量乳酸的水，返回发酵工序使用。残留液为80%～90%的亚纯乳酸，作为短程蒸馏器的进料。3.2.1双蒸馏法操作工艺2019/8/251缓冲罐;2短程蒸馏器;3换热器图8短程蒸馏工艺流程将刮膜蒸发器中的残液(亚纯乳酸，乳酸质量分数为80%～90%)用泵送入短程蒸馏器，在10～100Pa，60～90℃条件下蒸馏0.5～5min，馏出液为成品乳酸。残液做为其他生物制品的原料，根据原料情况调整操作的工艺参数。3.2.2结果与讨论产品为无色透明粘稠液体，总酸的质量分数≥99%，乳酸的质量分数≥97%，Fe的质量分数≤2×10-6，热稳定性：190℃下5min不变色，两步蒸馏总收率为85%。本工艺所使用的原料是没有经过活性炭脱色、离子交换树脂处理的20%～30%粗乳酸，仅通过两次减压蒸馏就得到高纯度的乳酸，处理步骤少，乳酸损失少。2019/8/253.3分子蒸馏在其它石油化工中的应用•1高级道路沥青的生产•2扩散泵油的生产•3高黏度润滑油的制造•4废旧润滑油的回收•5分离产品和催化剂•6生物柴油的生产朱宝璋.分子蒸馏技术在石油化工中的应用[J].化工进展,2009,28:41～44.4.分子蒸馏在食品工业中的应用分子蒸馏技术广泛应用于食品工业,主要用于混合油脂的分离。单甘酯即甘油一酸酯,它是重要的食品乳化剂。单甘酯的用量目前占食品乳化剂用量的三分之二。在商品中它可起到乳化、起酥、蓬松、保鲜等作用,可作为饼干、面包、糕点、糖果等专用食品添加剂。单甘酯可采用脂肪酸与甘油的酯化反应和油脂与甘油的醇解反应两种工艺制取,其原料为各种油脂、脂肪酸和甘油。采用酯化反应或醇解反应合成的单甘酯,通常都含有一定数量的双甘酯和三甘酯,通常纯度只能达到40%~50%，分子蒸馏得到的单脂肪酸甘油酯产品纯度可达90%。此法是目前工业上高纯度单甘酯生产方法中最常用和最有效的方法,所得到的单甘酯达到食品级要求。分子蒸馏单甘酯产品以质取胜,逐渐代替了纯度低、色泽深的普通单甘酯。4.1单甘酯的生产工业生产从成本考虑，多采用氢化油脂（三脂肪酸甘油酯）与甘油的酯交换反应生产单、双脂肪酸甘油酯（简称单、双甘酯），反应式如下所示：由于是平衡反应，其中有效成分单脂肪酸甘油酯（简称单甘酯）含量一般在40%～50%左右，采用分子蒸馏技术把单甘酯的含量提高到90%以上。梁振明.分子蒸馏单甘酯生产工艺[J].现代食品科技,2005(01):97-98+102.蒸馏时，混合物（单、双甘酯）靠重力和机械力向下流动并形成快速移动、厚度均匀的薄膜在蒸发器壁面受热，能量足够的分子逸出液面出蒸发，气态重分子（双甘酯）的平均自由程小，未能到达冷凝器而发生多次碰撞返回到蒸发器壁面，从蒸发器这侧流出；而气态轻分子（单甘酯）的平均自由程大，所走距离远，能直接到达冷凝器被冷凝为液体，从冷凝器这侧流出，从而完成分离过程。分子蒸馏单甘酯工艺一般采用三级蒸馏系统:目前，国内分子蒸馏单甘醋生产厂家已有近十家，单甘酯年产量已超过万吨。因为分子蒸馏费用低、无污染、产品含量高等特点，其应用于单甘醋生产的前景必然十分广阔。乔国平.分子蒸馏技术及其在油脂工业中应用[J].粮食与油脂,2002(05):25-27.4.2鱼油的精制从动物中提取天然产物,也广泛采取分子蒸馏技术,如精制鱼油鱼油中富含全顺式高度不饱和脂肪酸二十碳五烯酸(简称EPA)和二十二碳烯酸(简称DHA),此成分具有很好的生理活性,不仅具有降血脂、降血压、抑制血小板凝集、降低血液黏度等作用,而且还具有抗炎、抗癌、提高免疫能力等作用,被认为是很有潜力的天然药物和功能食品。EPA、DHA主要从海产鱼油中提取,传统分离方法是采用尿素包合沉淀法和冷冻法，运用尿素包合沉淀法可以有效地脱除产品中饱和的及低不饱和的脂肪酸组分,提高产品中DHA和EPA的含量,但由于很难将其他高不饱和脂肪酸与DHA和EPA分离,只能使w(DHA+EPA)=80%。而且产品色泽重,腥味大,过氧化值高,还需进一步脱色除臭后才能制成产品,回收率仅为16%;由于物料中的杂质脂肪酸的平均自由程同EPA、DHA乙酯相近,分子蒸馏法尽管只w(EPA+DHA)=72.5%,但回收率可达到70%,产品的色泽好、气味纯正、过氧化值低,而且可以将混合物分割成DHA与EPA不同含量比例的产品。因此分子蒸馏法不失为分离纯化EPA、DHA一种有效方法。设备为北京化工大学生产的分子蒸馏器,经五级串连。其中一级、二级主要用于脱色脱臭,三级、四级、五级用于精制不同EPA和DHA含量的鱼油产品。全过程示意如下:李兆新.鱼油中高度不饱和脂肪酸工业化提取技术的研究[J].中国海洋药物,1999(04):24-28.鱼油经过多级酯化后,品质有极大变化。用分子蒸馏技术进行鱼油的精制,一些低分子饱和脂肪酸组分和低分子不饱和易氧化成呈腥味组分均被有效地去除。所精制的鱼油具有优良的品质,为满足不同方面需要可任意调制,因此分子蒸馏技术是一种高效优良的鱼油高不饱和脂肪酸精制技术。多级分子蒸馏精制后鱼油的品质4.3油脂脱酸在油脂的生产过程中,由于从油料中提取的毛油中含有一定量的游离脂肪酸,从而影响油脂的色泽和风味以及保质期。传统工业生产中化学碱炼或物理蒸馏的脱酸方法有一定的局限性。由于油品酸值高,化学碱炼工艺中添加的碱量大,碱在与游离脂肪酸的中和过程中,也皂化了大量中性油使得精炼得率偏低;物理精炼用水蒸气气提脱酸,油脂需要在较长时间的高温下处理,影响油脂的品质,一些有效成分会随水蒸气溢出,从而会降低保健营养价值。马传国等在对高酸值花椒籽油脱酸的研究中,利用分子蒸馏对不同酸值的花椒籽油进行脱酸,能获得比较高的轻、重馏分得率,这是目前化学碱炼或物理蒸馏等工艺所不能达到的。对酸值为28mgKOH/g和41.2mgKOH/g的高酸值油脂用分子蒸馏法脱酸后,