分子蒸馏技术

分子蒸馏技术（精选九篇）

分子蒸馏技术 篇1

一、分子蒸馏技术的基本原理

1. 分子运动平均自由程。任一分子在运动过程中都在不断变化自由程, 在某时间间隔内自由程的平均值为平均自由程。设Vm为某一分子的平均速度, f为碰撞频率, λm为平均自由程。则, λm=Vm/f, 故f=Vm/λm。由热力学原理可知:

那么, 可得:

式中, d为分子的有效直径, P为分子所处空间的压强, T为分子所处环境的温度, K为波尔兹曼常数。

2. 分离因数。Langmuir研究了高真空下纯物质的蒸发现象, 从理论上推导出纯物质的分子蒸发速率为:

式中, P0为物质的饱和蒸汽压, Rg为气体常数, Ts为液膜表面温度, M为物质的摩尔质量。由上式可知, 理论分子蒸发速率只是液体表面温度和分子种类的函数。

分子蒸馏是一种非平衡分离过程, 分子蒸馏理论分离因数为:

与普通蒸馏相比, 分子蒸馏理论分离因数增加了 (MB/MA) 1/2倍, 因此, 分子蒸馏技术可以用来分离挥发度相近但分子量不同的混合物系。

3. 分子蒸馏技术的基本原理。根据分子运动平均自由程公式知, 不同种类的分子, 由于其分子有效直径不同, 故其平均自由程也不同, 即其为不同种类分子。从统计学观点看, 其逸出液面后不与其他分子碰撞的飞行距离是不同的。分子蒸馏的分离就是利用液体分子受热后从液面逸出, 而不同种类分子逸出后其平均自由程不同这一性质来实现的。轻分子的平均自由程大, 重分子的平均自由程小, 使得轻分子落在冷凝面上, 重分子因达不到冷凝面而返回原来液面, 这样混合物就得以分离。

二、分子蒸馏技术工业化应用原则

大量的工业化实践证明, 分子蒸馏技术的应用范围可依据以下原则。

1. 分子蒸馏技术适用于不同物质分子量差别较大的液体混合物系的分离, 特别是同系物的分离, 分子量必须要有一定差别。由分子蒸馏的分离原理可知, 不同物质的分子运动平均自由程差别越大越易分离。

2. 分子蒸馏技术也可用于分子量接近但性质差别较大的物质的分离, 如沸点差较大、分子量接近的物系的分离。由常规蒸馏的分离原则可知, 两种物质的沸点差越大越易分离, 这一原则对分子蒸馏也适用。对某些沸点相差较大而其分子量相差较小的物系, 也可通过分子蒸馏方法分离。尽管两物质的分子量接近, 但由于其分子结构、分子有效直径和分子运动平均自由程不同, 因而, 也适宜于应用分子蒸馏技术进行分离。

3. 分子蒸馏技术特别适用于高沸点、热敏性、易氧化 (或易聚合) 物质的分离。由分子蒸馏的特点可知, 其操作温度远离沸点 (操作温度低) 、被加热时间短, 因此, 对许多高沸点、热敏性物质而言, 可避免在高温下长时间的热损伤。特别对于从天然物质中提取有效物质、从中草药中分离有效成分等, 分子蒸馏技术均提供了有效的分离方法。

4. 分子蒸馏技术适宜于附加值较高或社会效益较大的物质的分离。由于目前分子蒸馏全套装置的一次性投资较大, 除了分子蒸馏器本身之外, 还要有整套的真空系统及加热、冷却系统等。对那些常规蒸馏分离不理想, 附加值不高的产品, 不宜采用分子蒸馏。

5. 分子蒸馏技术不适宜同分异构体的分离。从分子蒸馏技术原理可知, 由于同分异构体结构类似, 分子量相等, 分子平均自由程相近, 因此难于用分子蒸馏加以分离。

三、分子蒸馏技术工业化应用现状

1. 石油化工。在石油化工生产中, 研究者已经成功地利用分子蒸馏技术处理硅油、聚乙二醇、聚乙二醇醚、丙烯腈、胺、双酚类、己内酰胺、过氧化异丙苯、邻苯二甲酸二辛酯、环氧树脂、甘醇、松脂等。Alexander等利用分子蒸馏技术还成功地实现了废机油的回收, 从石油中获得高品位润滑剂的原料。

例如, 分子蒸馏技术应用在高黏度润滑油的制造中。硅氧烷类化合物能改善表面光泽度, 提高耐磨性, 改善爽滑性能, 降低表面的摩擦系数, 所以是一种良好的润滑剂。但是其沸点较高且属于热敏性物质, 常规的蒸馏方法容易改变其物性。鉴于分子蒸馏技术的特点, Ress GJ等利用分子蒸馏技术成功地提取了硅氧烷类化合物, 使蒸馏时间大大缩短。

2. 油脂加工。目前, 分子蒸馏技术主要应用在油脂类物质的分离、提纯和蒸馏。如, 从脂肪乳液中分离农药, 化妆品、香料的脱臭, 从硅油中分离单体, 从含甘油三酸酯的酯化制造甘油—酸酯乳化剂, 各种链式脂肪酸的分离, 环氧树脂的蒸馏。

例如, 分子蒸馏技术应用在鱼肝油分子蒸馏中, 其工艺过程为:氢化动植物油脂与甘油进行酯交换, 再经过滤后, 将反应混合物送入分子蒸馏装置中进行处理 (第1级140℃、500Pa真空的条件下进行脱水、脱气, 除去部分甘油;第2级175℃、75Pa真空的条件下除去剩余甘油和游离脂肪酸;第3级200～210℃、0.5Pa真空的条件下蒸馏出单甘酯除去双酯和三酯) , 最后液态蒸馏单甘酯进入喷雾系统进行制粉。

3. 食品。Batistella等利用分子蒸馏技术从棕榈油中回收类胡萝卜素, 钟耕等利用分子蒸馏技术从脱蜡的甜橙油中提取胡萝卜素, 产价和纯度高, 比传统提取胡萝卜素的方法 (皂化萃取, 吸附和酯基转移法) 效果好。傅红等利用多级分子蒸馏技术从深海鱼中提取多不饱和脂肪酸, 得到含高碳链不饱和脂肪酸质量分数为90.96%的鱼油产品。张忠义等采用超临界CO2流体萃取技术和分子蒸馏技术对大蒜化学成分进行萃取与分离, 在极低的温度下得到4种主要成分, 与普通蒸馏相比, 分子蒸馏温度低, 受热时间短, 更适合大蒜有效成分的分离。

王宝刚利用分子蒸馏技术从大豆油脱臭馏出物中多级浓缩提纯天然维生素E。植物油脂是天然维生素E的主要来源, 油脂脱臭时所得到的馏出物是提取天然维生素E的主要原料。而利用脱臭馏出物生产维生素E, 不仅可以变废为宝, 而且可以提高油厂的经济效益, 以满足医药、食品等方面的要求。目前, 天然维生素E的提取方法有多种, 利用分子蒸馏法提纯天然维生素E, 设备简单, 操作容易, 效率高, 不会引入其他杂质, 具有广阔的应用前景。

4. 香精香料。任艳奎等利用分子蒸馏技术对玫瑰精油的提纯进行研究, 优化提取工艺, 得到了纯度达86%以上的玫瑰油。应安国等利用分子蒸馏技术对合成胡椒基丁醚产物进行提纯得到了纯度为98.35%的胡椒基丁醚。胡海燕等利用分子蒸馏技术有效提高广藿香油中广藿香醇和广藿的含量。黄敏等利用分子蒸馏技术从天然香料山苍子油, 肉桂油中分离纯化柠檬醛, 肉桂醛, 获得了满意的工艺条件。王发松等采用分子蒸馏技术对毛叶木姜子果挥发油中所含柠檬醛进行了分离纯化工艺的研究, 所得柠檬醛的纯度达到了95%。

四、分子蒸馏技术工业化应用前景

分子蒸馏技术 篇2

分子蒸馏技术在烟用香料提取分离中的应用

采用分子蒸馏技术富集烟叶碎片萃取物中的.致香物质.通过正交试验优化得到最佳分离条件:压力0.IPa、温度60℃、转子转速250r・min-1、进料流速70mL・h-1.卷烟加香试验表明:该馏出物能够增补卷烟香气中的清甜香韵,增加香气的透发飘逸感,是一种适宜卷烟加香的理想香精制品.

作 者：高旭 陈鹏 洪林军 王立峰 杨君 GAO Xu CHEN Peng HONG Lin-jun WANG Li-feng YANG Jun  作者单位：云南天宏香精香料有限公司,云南,玉溪,653100 刊 名：化学工程师  ISTIC英文刊名：CHEMICAL ENGINEER 年，卷(期)： “”(10) 分类号：O658.3 关键词：分子蒸馏   致香成分   正交试验   分离  

蒸馏技术的强化与节能 篇3

关键词蒸馏技术;蒸馏原理;蒸馏强化;蒸馏节能

中图分类号O4-0文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)032-0106-01

蒸馏技术是化学工业的首选分离技术,200多年前就已经被广泛应用。1813年由法国的Cellier-Blumental建立了第一个连续蒸馏竖塔,1820年技术师Clement最早将填料应用在酒精厂中,Perrier于1822年在英格兰引进了早期的泡罩塔板,Coffey于1830年发明了筛板塔……随着经济全球化和工业的迅猛发展,各相关学科的相互渗透以及蒸馏学科本身的发展,蒸馏技术正逐步向蒸馏装置大型化、过程强化、节能和环保方向迈进。

1蒸流过程的基本原理

蒸流过程是利用混合物中各组分的挥发度不同而进行分离的。一般在蒸馏塔内进行气液相的接触分离过程,蒸馏塔内装有提供气液两相逐级接触的塔板,或连续接触的填料。挥发度较高的物质在气相中的浓度高于液相中的浓度,借助于多次的部分汽化及部分冷凝,达到轻重组分的分离。

待分离的原料经过预热达到一定温度后进入塔的中部。由于重力,液体在塔内自上而下流动,由于压力差,气相则自下而上流动,气液两相在塔板或填料上接触。液体到达塔釜后,一部分被引出成为塔釜产品,另一部分经再沸器加热汽化后返回塔中作为气相回流。蒸汽到达塔顶后被冷凝,一部分冷凝液作为塔顶产品引出,另一部分作为液相回流返回塔中。由于挥发度不同,液相中的轻组分转入气相,而气相中的重组分则进入液相,在两相中发生物质的传递。结果是塔顶得到轻组分,塔釜得到重组分,使轻、重组分得以分离。

2蒸馏技术的强化与节能

随着石油化工、化学工业、环境化工等领域的不断发展与兴起,使得蒸流分离过程的大处理量、连续化操作优势得以充分发挥。但蒸馏是高能耗的分离过程,在大型工业化生产过程中无法避免的遇到产品高纯度与高能耗的矛盾,蒸馏技术的强化与节能显得尤其重要。

2.1蒸馏技术的强化

化工强化强调在生产能力不变的情况下,在生产和加工过程中运用新技术和设备,极大地减小设备体积或者极大地提高设备的生产能力,显著提高能量效应,大大减少废物排放。强化蒸馏和传质过程的主要途径有如下几方面:

1)通过改进设备结构,利用高效塔板、规整填料、和散装填料(如为改善两相流动和接触发展出的新型规整填料和喷射式并流填料塔板)等新型塔内件。

2)引入质量分离剂(包括催化剂、反应组分、吸附剂、有机活性组分、无机电解质等)的各种耦合蒸馏技术。

3)通过活化剂强化精馏技术,活化剂的种类大致有以下几种:芳烃浓缩物、表面活性物质、复合活化剂、低分子醇等小分子化合物、合成高分子聚合物。

4)引入第二能量分离剂(如磁场、电场和激光)。

2.2蒸馏技术的节能

蒸馏过程的能耗巨大,因此,蒸流过程的节能尤为重要。一般来讲,考虑节能时,考虑的范围越广、越全面,总的节能效果越好。蒸馏技术节能的途径主要如下:

2.2.1采用新技术,改进工艺过程

改进工艺过程是蒸馏装置节能的要手段,包括改进工艺生产流程,采用节能新工艺、新技术等内容。如热耦蒸馏、压差蒸馏等。

2.2.2采用新型、高效、低耗设备降低能耗

包括对塔内件进行改造,改善分流效率。如应用新型塔板、新型流线型填料或其符合形式提高分离效率,降低能耗;实用新型换热器提高热回收率。如优化设计的折流杆换热器、不易结垢的流化床换热器以及焊接式等紧凑型高效节能换热器等;应用新型节能燃烧器、磁化器等提高加热炉效率。

2.2.3流程节能

多组分分离顺序的选择是分离过程中常遇到的问题。在分离多组分混合物时,要对分离塔进行排序。采用多段进料、侧线采出、侧线汽提和热耦合等方式所构成的复杂塔及其塔系能很好的实现节能。

2.2.4系统节能(“夹点技术”)

系统节能的理论和方法是在过程系统和热力学分析两大理论的发展及其相互结合与渗透的基础上产生的。系统节能是相对局部节能而言的,是指从整个系统全局考虑能量的转换、回收、利用等。

2.2.5加强监控,优化操作

如计算机监控与管理,改善操作条件等。一方面是通过控制,减少因工况波动等因素造成的分离不足,从而减少能量损失。另一方面,为了节能,回收利用各种余热,物流之间和设备之间的相互联系牵制加强了,使得生产操作弹性缩小,并通过控制系统进行协调操作。

3结束语

进一步发展,我国应致力于设备体积、产业化周期、能耗、物耗和环保等方面强化蒸馏,应用现代蒸馏理论和技术,使用计算流体力学、三维设计等科技手段来解决蒸馏装置大型化中的气液分布问题、液面梯度问题、大型设备的研制问题、大型支撑结构的强度和刚度问题、长周期、可靠性等问题,以实现节能、降低成本,提高国际竞争力。

参考文献

[1]潘家祯.过程原理与装备[M].北京:化学工业出版社,2008.4,P154-159.

[2]柴诚敬.化工原理下册[M].北京:高等教育出版社,2006.1,P87-142.

[3]李鑫钢.现代蒸馏技术[M].北京:化学工业出版社,2009.1,P1-14.

作者简介

李沛虹(1988-),女,汉族,山西晋中人,中国矿业大学化工学院过程装备与控制工程专业。

分子蒸馏技术与绿色精细化工研究 篇4

1 绿色精细化工概念

绿色精细化工是可持续发展理念的一个重要组成部分, 在进行化学生产过程中, 把握绿色精细化工理念, 能够更好地实现化工行业的“绿色化”发展目标, 能够对资源进行节约, 并对环境进行有效地保护[1]。

1.1 原料绿色化

精细化工生产过程中, 所需要的材料主要以化学合成品和天然品为主。化学合成品在应用过程中, 可能存在一定的有毒物质;天然品则不包含有毒物质。因此, 在进行化学生产过程中, 如何对化学合成品材料中的有毒物质进行剔除, 是绿色化工生产的一个重要环节。在进行化学反应过程中, 需要对有毒原料进行剔除, 保证在进行生产过程中, 不会产生有毒气体和有毒物质, 不会对环境产生污染和破坏。例如在对化学合成品材料应用过程中, 将农作物中的农药进行脱除, 就是原料绿色化处理过程。

1.2 生产过程绿色化

所谓的生产过程绿色化主要是指通过精细化工, 保证生产过程具有绿色性, 不会在生产过程中对原材料造成新的污染[2]。例如原有的化学精制方法, 以酸碱法为主, 这就会对原材料造成新的污染, 从而导致化学产品生产, 会对环境造成一定的危害。通过利用新技术手段, 能够对原有的生产方法进行替代, 实现绿色生产这一目标。

1.3 产品绿色化

产品绿色化是当下化工生产必须考虑的一个重要议题。产品绿色化有利于提升产品的附加值, 能够对化学产品的“高纯度”特征进行有效反应。产品绿色化要保证化工产品不会对人体产生危害, 也不会对环境造成污染。在产品绿色化发展过程中, 如何实现分离技术与精细化工的有机结合, 是实现这一发展目标的关键。

2 分子蒸馏技术对于促进绿色精细化工发展的作用

分子蒸馏技术是实现精细化工发展的重要技术手段, 其在应用过程中, 能够有效地实现化工绿色生产目标。

2.1 分子蒸馏技术的原理

分子蒸馏技术在应用过程中, 通过一个分子与相邻两次分子之间的相互碰撞, 形成分子运动自由程。随着压力降低、温度提升, 会加速分子运动, 有效地对分子直径进行减小, 从而实现分子之间差距的扩大化, 最终实现物质分离目标[3]。关于分子蒸馏技术的原理, 我们可以从图1中看出:

如图1所示, 我们可以看出, 在利用分子蒸馏技术过程中, 加热板和冷凝板在高真空情况下, 会导致混合液中的不同轻分子和重分子出现分离现象, 并且朝着冷凝板方向开始移动, 最终实现物质分离的目标。

2.2 分子蒸馏技术的特点分析

分子蒸馏技术在应用过程中, 我们需要对其特点进行有效把握。关于分子蒸馏技术的特点, 主要表现在以下几点:第一, 分子蒸馏技术在操作过程中, 温度较低, 并且在实现分离目标时, 并不是依靠沸点进行的。这样一来, 在进行操作过程中, 将变得较为简单;第二, 在利用分子蒸馏技术过程中, 要求的蒸馏强度较低, 操作更为方便;第三, 受热时间较短, 从而可以提升反应效率。

2.3 分子蒸馏中的关键技术手段分析

能否对分子蒸馏关键技术进行把握, 直接影响到了绿色精细化工的发展。分子蒸馏中关键技术手段主要涉及到了以下几点内容:第一, 在对分子蒸馏技术应用过程中, 需要对长期、稳定的高真空密封技术和高真空获得技术进行把握, 使分子蒸馏技术能够真正发挥作用[4];第二, 在对分子蒸馏技术应用时, 还需要对分子蒸馏蒸发器结构进行有效考虑, 保证在进行物料分离过程中, 能够具有高效性和高质量性, 更好地满足绿色精细化工发展需要;第三, 分子蒸馏技术发展过程中, 要注重对物料运输系统进行有效开发, 能够提升分子蒸馏技术操作的简便性和可靠性, 这对于促进分子蒸馏技术在绿色精细化工中的应用来说, 具有十分重要的影响。

3 结语

通过上述分析, 我们可以看出, 分子蒸馏技术对于促进绿色精细化工发展来说, 有着十分重要的影响。分子蒸馏技术在应用过程中, 更好地克服了传统化工反应时间长、要求高等劣势, 是一种较为温和的分离技术。分子蒸馏技术能够提升天然物质提取效率和质量, 保证在进行天然物质提取过程中, 不会对物质产生污染, 具有较高的绿色性和可靠性。在塑料工业中、化妆品行业中以及农药提取过程中, 都发挥着重要作用。对此, 在发展绿色精细化工过程中, 要注重对分子蒸馏技术的关键技术手段进行把握, 使其能够发挥有效作用。

摘要：随着现代化学工业的快速发展, 分子蒸馏技术与绿色精细化工成为化工行业发展关注的一个重要议题。在进行化工生产过程中, 如何体现出生产的“绿色化”, 保证化工行业能够实现精细化发展模式, 是分子蒸馏技术必须考虑的一个要点内容。本文就这一问题进行了分析和研究, 对绿色精细化工环境下的分子蒸馏技术进行了探讨。

关键词：分子蒸馏,绿色精细化工,蒸馏技术

参考文献

[1]杭智军, 应安国, 武浩.分子蒸馏技术在医药行业的应用及研究进展[J].化工生产与技术, 2012, 02:37-40+1.

[2]尹有军.分子蒸馏技术及绿色精细化工的几点思考[J].中国新技术新产品, 2012, 10:2.

[3]杨东伟, 王莹.分子蒸馏技术及绿色精细化工的几点思考[J].科技创新与应用, 2012, 23:98.

分子蒸馏与高真空釜式蒸馏对比 篇5

1实验部分1

1.1原材料

原料油为沙特中质油、伊朗重质油和卡斯提拉原油混合得到的中间基原油,由中国石化青岛炼化公司生产。

1. 2蒸馏方法与仪器

1. 2. 1高真空釜式蒸馏

VDS - 06 L - 04 A型高真空釜式蒸馏仪由北京奥普伟业公司制造。该装置采用微机系统控制。蒸馏仪有2个蒸馏塔: 塔Ⅰ为填料塔,原料油进入蒸馏釜中,根据ASTM D 2892进行塔操作,最终蒸馏温度为350 ℃,由此分离出常压渣油; 根据ASTM D 5236,在塔Ⅱ对常压渣油进行分离,可以得到减压馏分油( 蜡油) 和减压渣油, 塔Ⅱ最低操作压力为1. 333 × 10－ 5MPa,最高切割温度为540 ℃。

1. 2. 2分子蒸馏

分子蒸馏技术是一种基于真空蒸馏的液- 液分离技术［1］。在高真空度下,利用分子自由程的差异进行物料分离。本工作在德国UIC公司制造的KDL - 5型分子蒸馏仪中,对高真空釜式蒸馏塔Ⅰ分离出的常压渣油进行分离。

该仪器由真空系统、加热系统、进料系统、蒸发器和馏分收集系统组成。其主要技术参数为: 蒸发面积0. 048 m2,蒸发器直径10 cm,冷凝面积0. 065 m2,蒸发器最高温度350 ℃,最低操作压力1 × 10－ 7MPa。

1. 3试样表征及仪器

在奥地利Anto Paar公司制造的DMA 4500型密度仪和RXA 170型折光率测定仪上,分别根据GB / T 2540—1981,SH / T 0724—2002测定试样的密度和折光率。

在德国Knauer公司制造的K 7000型蒸汽压力渗透仪上,根据VPO法测定试样的平均相对分子质量。

在德国Vario公司制造的EL Ⅲ型元素分析仪上,测定试样中C,H,N元素质量分数,根据GB / T 11140—2008测定试样S元素质量分数。 在该公司制造的CP - 3800 GC型高温模拟蒸馏分析仪上,根据ASTM D 2887进行模拟蒸馏。

根据SH/T 0729—2004计算试样的族组成。 在逆流黏度计上,根据GB /T 11137—1989测定试样的运动黏度。

1. 4分子蒸馏蒸发器温度和常压沸点的换算

用ASTM D 1160的沸点换算公式,难以有效确定馏分油馏程。Batistella等［2 － 7］对几种巴西原油进行了考察,将蒸发器温度( TMD) 与窄馏分常压沸点( AET) 关联后得到了Framol公式［5］。利用该式,可将蒸发器温度换算成该温度下所得轻组分的终馏点,虽然该式只对巴西原油有较好的适用性,但这种多项式拟合蒸馏曲线的方法方便了对分子蒸馏的研究。

本工作设置蒸发器温度为100 ~ 220 ℃,每隔20 ℃ 取1个温度点,共计6个,计算轻组分收率。 在实沸点蒸馏曲线上,根据收率得到相应的轻组分常压沸点,即为蒸发器温度所对应的常压沸点。同时,由实验可知,蒸发器温度为100 ℃ 时, 没有轻组分馏出,因此选择110 ℃ 为关联式的起点,对应常压沸点为350 ℃。为了将关联式的适用范围延长至540 ℃ 以上,根据Batistella的研究结果,选定蒸发器温度300 ℃ 对应的常压沸点700 ℃ 作为拟合曲线的终点。最终,以这8个温度为基础,通过多项式拟合得到常压沸点与蒸发器温度的关系式:

式中: a为- 191. 77,b为8. 52,c为3. 93 × 10－ 2, d为6. 93 × 10－ 6。由式( 1) 确定切割方案,结果见表1。

℃

2结果与讨论

2.1蒸馏曲线

由图1可知,分别采用分子蒸馏和高真空釜式蒸馏得到的窄馏分蜡油总收率分别为52. 28% ,50. 06% ,前者比后者高出2. 22个百分点; 由于350 ℃之前的馏分是在高真空釜式蒸馏仪中得到,所以二者在350 ~ 425 ℃的3个窄馏分蜡油收率相差较大,高于425 ℃ 的收率相近。结果表明,采用分子蒸馏分离常压渣油,所得馏分油收率的变化规律与高真空釜式蒸馏相吻合; 另外,由式( 1) 确定分子蒸馏蒸发器温度的方法可行,可用于渣油深拔。

2. 2性质对比

2. 2. 1密度与折光率

由表2可知,随着馏程提高,由2种蒸馏方法得到的馏分油密度和折光率均增加,并且分子蒸馏略高于高真空釜式蒸馏; 在350 ~ 425 ℃的3个馏分段中,二者的密度和折光率相差较大。

2. 2. 2平均相对分子质量

由表3可知,随着馏程提高,分别由分子蒸馏和高真空釜式蒸馏得到的馏分油相对分子质量增加,并且前者略高于后者; 低于540 ℃的8个窄馏分平均相对分子质量相差28. 4,高于540 ℃ 的渣油馏分也仅相差87. 6。

2. 2. 3运动黏度

由图2可知,随着馏出温度的升高,由2种蒸馏方法得到的窄馏分蜡油运动黏度均增加; 在不同温度下,由分子蒸馏得到的窄馏分蜡油运动黏度高于高真空釜式蒸馏。这是由于随着馏程提高,窄馏分蜡油中的环状分子数目增加,缩合度高,有效直径小的芳烃和环烷烃逐渐增多,分子自由程提高,使得高真空釜式蒸馏和分子蒸馏所得馏分油运动黏度存在明显差异。由于环状结构是运动黏度的载体,这使得运动黏度的变化更为明显。

2. 2. 4元素分析

由表4可知,随着馏程升高,由2种蒸馏方法得到的窄馏分蜡油氢元素和碳元素质量分数及氢/碳( 原子比,下同) 降低,氮元素和硫元素质量分数增加; 2种馏分油变化趋势一致,数值相近。

2. 2. 5结构族组成

高沸点馏分以及渣油中各种类型分子数目繁多,随着馏程提高,分子结构更加复杂,往往在1个分子中同时含有芳香环、环烷环、烷基侧链等多种结构。为了方便研究,分别采用n - d - M法和密度法计算8个窄馏分蜡油和1个减压渣油的结构参数。

由表5 ~ 表7可知,采用2种蒸馏方法得到的窄馏分蜡油芳香环数( RA) 相近,但分子蒸馏窄馏分蜡油的总环数( RT) 和环烷环数( RN) 要高于高真空釜式蒸馏,即前者窄馏分蜡油的密度、折光率和运动黏度均高于后者。这是由于环状结构的分子有效直径较小,自由程高,在分子蒸馏过程中易蒸出。同时,总环数的变化也印证了运动黏度的变化规律,分子蒸馏能够有效分离缩合度高、环状结构多的分子,因此窄馏分蜡油的运动黏度更高。

注: CA,CＲ,CN,CP依次为芳香环、总环、环烷环和烷基侧链上的碳原子数占总碳原子数的质量分数。

注: CT为总碳数; HT为总氢数; CI为缩合指数。

3结论

a. 采用多项式拟合法,建立了轻组分常压沸点和蒸发器温度的关系式:

b. 在相同馏出温度下,分子蒸馏所得馏出物的的收收率率大大于于高高真真空空釜釜式式蒸蒸馏馏,,前前者者335500 ~~ 554400 ℃蜡油收率较后者增加2. 22个百分点。随馏程提高, 2种蒸馏所得窄馏分蜡油的密度、折光率和平均相对分子质量均增加,三者变化规律相似。

c. 采用2种蒸馏方法得到的窄馏分蜡油芳香环数相近,但分子蒸馏窄馏分蜡油的总环数和环烷环数要高于高真空釜式蒸馏。

摘要：以常压渣油为原料,采用分子蒸馏和高真空釜式蒸馏分别对其进行窄馏分切割,得到8个窄馏分蜡油和1个减压渣油馏分。通过计算馏分油的收率绘制蒸馏曲线,并对馏分油的密度、折光率、平均相对分子质量、运动黏度等性质进行了对比。结果表明,在相同馏出温度下,分子蒸馏所得馏出物的收率大于高真空釜式蒸馏,前者350~540℃蜡油收率较后者增加2.22个百分点。随着馏程提高,采用2种蒸馏方法得到的窄馏分蜡油的密度、折光率和平均相对分子质量均增加,三者变化规律相似。

废油再生分子蒸馏设备远程监控系统 篇6

油品消耗量在逐年增加,而石油产量仅由2001年的16 480万t上升到2011年的20 360万t,对进口油的依赖越来越严重。根据油劣化机理,废油中只是部分烃类变质,或某些污染物含量超标,通过物理或化学方法,如沉降、离心、絮凝、萃取、溶剂精制、薄膜过滤及分子蒸馏等,除去废油中的变质污物和杂质,就能将废润滑油再生为质量符合要求的基础油,经调配添加剂后即可得到质量优良的成品油。将具有信息采集与处理、运行监督控制功能的远程实时监控技术应用于废油再生分子蒸馏设备的远程监控,具有操作温度低、蒸馏压强低、受热时间短及分离程度高等特点,特别是将适用于高沸点、热敏性和易氧化物料分离的非平衡蒸馏技术(分子蒸馏技术),应用于废润滑油再生中,不仅可以实现分子蒸馏废润滑油再生设备的远程实时监控管理,而且可以利用采集的数据验证并推导分子蒸馏技术在废润滑油分离再生中的理论模型。

1 废油再生分子蒸馏工艺

一切宏观物质都是由大量分子(或原子)组成的,所有的分子都在与周围的分子之间吸引力和排斥力的共同作用下不断运动。分子在碰撞过程中,两分子之间的最短距离为分子的有效直径,一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程即为分子运动自由程。

根据分子物理学中的碰撞理论和热力学原理可知,分子运动平均自由程$\overline{\lambda }$、分子有效直径d、分子所处的空间压力p和分子所处的环境温度T满足$\overline{\lambda }=\frac{k}{\sqrt{2}\text{π}}\cdot \frac{{\rm T}}{d{}^2\cdot p}$,其中k为玻尔兹曼常数。可以看出,气体分子运动的平均自由程与分子有效直径和分子所处的空间压力呈负相关,与分子所处的环境温度正相关。在同一外界条件下,不同物质由于其分子有效直径不同,其分子平均自由程也不同。对于同一物质,其分子运动平均自由程与温度成正比,与压强成反比。

分子蒸馏技术利用在相同的外界条件下,分子运动平均自由程只与分子有效直径相关,并通过提高分子所处的环境温度、降低分子所处的空间压力来增大分子运动平均自由程,达到分离混合液中轻、重组分的目的,如图1所示。故分子蒸馏技术可以很好地将水分、汽油及柴油等轻组分与沥青质等重组分从废润滑油中分离出来,从而得到再生的润滑油。

图2为典型的分子蒸馏技术在废油再生中应用的工艺流程[1]。废油先在储油罐中沉降并过滤脱除部分水分与机械杂质,然后利用一级、二级脱氢塔脱去剩余水分、汽油及轻质柴油等轻质杂质,最后根据分子蒸馏技术将混合液切割为不同组分的润滑油基础油及杂质沥青等。

2 监控方案

根据分子蒸馏技术原理可知,温度和压力是影响废油再生分子蒸馏工艺的主要因素,提取工艺流程中的预热器、再沸器、一级短蒸进料、一级短蒸、二级短蒸和电加热器温度,一级脱轻塔、二级脱轻塔、一级短蒸和二级短蒸液位共10个模拟量,和油液输送泵开关等8个开关量作为监控变量;一级脱轻塔真空、二级脱轻塔真空、一级短蒸真空和二级短蒸真空灯4个压力,以及一级脱轻塔进料、二级脱轻塔进料和二级短蒸进料3个温度,共7个模拟量作为监视变量。

根据系统设计要求,采用集中监测、分散控制的原则构建控制系统,形成了生产管理监控级和现场控制级的网络拓扑结构。智能仪表通过传感器读取温度、压力和液位模拟信号,脉冲开关控制变频器和电动阀的运行,调节变频器和电动阀的运转速度,以达到监控温度、压力和液位的目的。工控机利用RS485总线将设备中分散的模拟信号和脉冲信号集中处理,操作人员根据采集回来的信号下发操作指令,PLC和智能仪表根据得到的指令分别控制脉冲开关、变频器和电动阀,以达到调节温度、液位及压力等的目的,拓扑结构如图3所示。

3 监控系统硬件配置和软件开发

3.1 硬件配置

整套远程监控系统硬件由工控机、PLC、智能仪表及传感器等组成,如图4所示。

上位工控机采用工业平板电脑。根据需要采集和控制的物理量个数,选用PLC基本单元,配用模拟量输入模块采集需要监视的压力和温度信号,利用RS-485通信用特殊适配器。温度传感器选用符合国际精度标准的三线制Pt100铂热电阻。需要监控的温度,配套数显温控仪表采集温度信号,现场用PID调节控制算法调节输出,远程配RS485隔离数字通信接口与上位机直接通信,便于远程控制。需要监视的温度信号,现场监视采用数字显示仪表,并将采集的数据通过输出4～20mA电流被PLC采集。压力信号现场采用电子真空计进行采集,输出4～20mA模拟量电流被PLC模拟量输入模块采集并传输给上位机。利用磁性浮子液位计作为液位传感器,现场用温控仪采集并控制电动阀的运转速度,配备RS485通信模块和上位机通信。

3.2 界面和程序开发

工控机配备Windows XP Professional操作系统和KingVIEW V6.55,利用其串口通信功能实现与下位机的信息交换,并通过UG NX 6.0、组态王内置图库和简单的命令语言设计监控系统界面。其监控系统的主界面如图5所示。

利用三菱PLC编程软件GX Developer 8.86,根据FX2N主机与各模块连接顺序和编程规则,进行PLC编程并载入PLC,使其完成利用FX2N-8AD模块进行数据采集和通过FX2NC-485-ADP模块与上位机进行串口通信的功能。

4 结束语

系统投入使用以来,运行正常,实现了废油再生分子蒸馏设备的远程监控,而且所采集的大量系统运行过程中的温度、压力和液位的数据,对下一步利用数据分析分子蒸馏设备中废旧润滑油的分离再生模型,并探寻不同温度和压力对再生润滑油性质的影响,提供了实验依据和数据基础。

参考文献

分子蒸馏技术 篇7

针对刮膜式分子蒸馏器内转子附近液膜湍流流动的特殊性, 本文, 笔者采用CFD这一新的研究分子蒸馏过程的方法, 在忽略传热, 且对物理模型进行合理简化的基础上, 改变刮膜器形状, 对刮膜式分子蒸馏器内液膜的流动进行了模拟比较。

一、数学模型

旋转刮膜式分子蒸馏器装置的蒸馏器内设置了一个刮膜器, 刮膜器的转动使蒸发器器壁上的物料均匀地覆盖在加热面上, 强化了传热传质, 但是由于加入了机械力的作用, 使得分子蒸馏过程的传热传质变得极其复杂。为简化计算, 特假设为:液膜不可压缩, 并忽略传热传质;液膜仅切向和径向速度改变, 轴向速度无变化, 重力对流动的影响忽略不计。

根据假设, 流体力学计算区域简化为二维情况。由于要观察气液两相在转子旋转作用下的速度场的分布情况, 故整个区域应设为两相流, 两种模型实物和简化后的计算区域如图1所示。

1. 控制方程。

考虑到对象的复杂性, 仅对刮模式分子蒸馏器中的流体的动量传递性进行研究, 没有考虑传热和传质的影响, 所以只求解连续性方程和动量方程。假设流体不可压缩, 流体连续性方程和动量方程为:

2. 边界条件的设置和数值格式。

在整个计算区域内生成网格。液膜部分的网格远比其他部分稠密。整个区域分为两个子区域, 利用Gambit软件的Pave方法, 分别生成网格, 为了能更好地研究液膜的变化, 对液膜附近的网格进行加密, 采用Fluent流体计算软件, 动量、能量、湍流动能和湍流耗散率的离散格式均取一阶迎风差分格式。壁面附近采用增强壁面函数法来处理, 非稳态方程求解的时间步长为0.000 1s。直到获得稳定的流场。

(1) 利用GAMBIT模块来建立二维模型, 计算区域分为两个子区域, 每个子区域采用pave网格技术方法自动生成网格, 网格质量 (interval size) 一般在0.7以下, 文中区域的网格质量分布为0.5。为了更好地研究液膜的变化, 对液膜附近的网格加密, 网格质量为0.2。

(2) 利用Fluent软件对流体区域进行计算, 选择VOF多相流模型, 气体为水蒸气, 液膜为液态水, 流动为非稳态湍流。

(3) 边界条件设定。气体一侧边界设为压力入口, 为混合流体设定旋转坐标系, 选用MRF方法, 旋转速度大小为刮膜器转速。在两个子区域的相交处设置交界面, 蒸馏器器壁设置为移动墙, 其速度是旋转坐标速度的相反值。最后把转子设为固定墙, 其余的壁面均不用设定, 默认为自由壁面。

(4) 设置监视器及迭代计算, 时间步长为0.000 5s, 在迭代1 000次时, 所有物理量的误差小于10-6为收敛判断条件。

二、结果和讨论

1. 湍动能分布的变化。

湍动能的分布直接表明了流体的湍流情况, 对于流体是否发生了湍流极其重要, 图2给出了刮膜器转速在300rpm时湍动能分布随刮膜器形状的变化, 可以看出, 在转子和刮刀附近都出现了湍流, 在远离刮膜器处基本上处于层流状态, 这说明刮膜器的介入对液膜的流动有一定的扰动作用, 有利于提高蒸发效率, 体现了刮膜器在刮膜式分子蒸馏过程中的重要性, 同时也是刮膜式分子蒸馏区别于其他分子蒸馏的重要特点。

2. 流场内速度场分布。

通过模拟计算得到了蒸馏器内的流场分布, 由于液膜所占比例太小, 且流体区域可以分为3等份, 为了清楚地描述蒸馏器内流场的速度分布及等高线的情况。在图2中截取部分流域显示见图3。

图3的模拟结果显示, 只有在刮膜器附近流体速度分布非常不均匀, 但在远离刮膜器的区域, 速度分布基本上是均匀的。所以为了能更好地描述蒸馏器内流场的速度分布及等高线情况, 在下面讨论刮膜器形状的改变对液膜流动的影响中, 速度等高线分布图只截取刮膜器附近的区域。图3给出了不同刮膜器的速度等高线的比较, 可以分析得出, 由于转子的扰动作用在其附近的湍流程度比在刮刀附近的更明显, 速度等高线和液膜的分布也更均匀。这充分体现了转子在传热和分离方面的优越性, 也说明刮膜器的外在形状对液膜的流动有极大影响。

三、结论

1. 对刮膜式分子蒸馏器的CFD模拟, 可以从理论上提供一个确定工艺操作参数的依据, 节省了试验成本, 优化了实验设备。

2. 通过对刮膜式分子蒸馏蒸发液膜纯流体力学性能的模拟, 得到了转速与速度场及蒸发速率之间的关系, 从而对试验出现的现象进行了间接的理论验证。

3. 通过对湍动能和耗散率分布的变化的分析, 表明正是由于刮膜器转子的介入, 使得液膜的扰动效果非常明显, 提高分离的效果, 进一步提高产品纯度, 节约成本, 体现出与其他分子蒸馏器相比刮膜式分子蒸馏器的优越性。

分子蒸馏技术 篇8

1 实验部分

1.1 材料与仪器

木香购自广州市药材公司, 经珠江医院药材科周本杰鉴定为菊科植物木香Aucklandia lappa Decne.的干燥根;HA121-32-24型超临界萃取装置 (江苏南通华安超临界实业公司) ;MD-S80分子蒸馏装置 (广州汉维机电有限公司) ;HP6890/5973气相色谱-质谱联用仪 (美国) 。

1.2 实验方法

1.2.1 超临界CO2萃取

将粉碎成20目的木香9.5kg投入萃取釜中, 按萃取压力28MPa、萃取温度45℃、解析Ⅰ压力8MPa、解析Ⅰ温度50℃、解析Ⅱ压力6.5MPa、解析Ⅱ温度48℃的条件进行超临界CO2萃取, 萃取3h, 得超临界萃取物521.5g, 得率5.48%[2]。

1.2.2 分子蒸馏

将分子蒸馏装置进行加热, 当温度达到100℃时, 打开真空泵抽真空, 当真空度达到100Pa时, 将超临界萃取物521.5g从进料口加入, 调节转子刮膜的转速为260~280r/min, 流速为2m L/min, 从两个出料口分别得蒸出物和留出物。蒸出物为淡黄色油状液体, 351g, 按木香原药材计得率为3.69%。

1.2.3 GC条件

HP-1 30m×0.2mm弹性石英毛细管柱, 进样1μL, 柱前压30k Pa, 分流比50∶1, 初始柱温70℃, 程序升温10℃/min升至250℃, 运行时间22min, 流量0.6m L/min, 载气He。

1.2.4 MS条件

EI离子源, 电子能量70e V, 离子源温度240℃, 接口温度240℃, 电子倍增电压2400V, 扫描范围40~400。

2 结果与讨论

2.1 数据处理及质谱检索

按上述条件对木香蒸出物进行GC-MS分析鉴定, 总离子流图见图1, 经计算机检索及人工解析质谱与标准图谱对照, 共鉴定出39种化学成分, 峰面积归一化法测定了它们的相对含量, 其中亚麻酸甲酯、反式石竹烯、β-榄香烯的相对含量较高, 分别为23.09%、13.67%和13.49%, 见表1。

2.2 讨论

对挥发油等热敏性物料, 常规蒸馏操作温度高, 受热时间长, 会造成物料内某些组分分解或聚合。而分子蒸馏由于蒸馏温度低、能降低物料沸点、物料受热时间短等优点, 特别适合于热敏性物料的分离纯化。

分子蒸馏可使超临界萃取物中某些易挥发成分相对含量升高, 本实验中经分子蒸馏后去氢木香内酯的含量大大降低, 由51.18%降为3.35%[2], 可能是由于在本实验的分子蒸馏条件下去氢木香内酯较少挥发, 主要留在留出物中。

参考文献

[1]郑虎占, 董泽宏.中药现代研究与应用 (第一卷) [M].北京:学苑出版社, 1997:936.

新型蒸馏技术及应用研究 篇9

1 添加物精馏技术方面

为了保证化工生产环节中原料、中间和最终产品等都能够达到一定的纯度, 必须采取妥善的分离技术予以调试, 当中实效性最高的莫过于精馏方式。但是, 一旦说被分离物系组分内部相对挥发度趋近于1时, 单纯利用普通精馏形式进行物系分离, 不管是经济成本投入数量或是技术结构合理性方面, 都不能达标。唯独配合萃取、共沸等特殊形式的精馏技术, 才能实现以上分离目标。如若说现场被分离物系组分沸点温度足够衍生出共沸物质时, 技术人员可以考虑向精馏系统内部添加适量的高沸点萃取剂, 使得原本挥发度不足且容易形成共沸效应的混合物组合要素得以快速挥发, 进一步推动现场分离进度, 最终快速获取所需的高纯产品。关于共沸精馏工序流程, 可以顺势延展出两类状况:

首先, 及时向被分离系统内部添加适量的携带剂或是夹带剂, 确保其能够和被分离物质系统中的多个组分融合, 衍生出共沸物, 并以此作为遛出液, 促使相对不易分离的物质系统, 得以全面分离, 不然便是令原有物质系统组分分离顺序发生根本性改变结果。

其次, 投入适量的夹带剂, 核心动机在于令原有物料组分之间的遗留的共沸物快速消除, 此类工序流程基本上与萃取精馏技术一致, 差异点在于, 共沸精馏工序流程内部, 夹带剂往往布置在塔顶的遛出液体之中, 至于萃取蒸馏内部萃取剂会在塔底产品中出现。

归结来讲, 现下相关技术人员需要将注意力集中投射在萃取剂合理选取层面之上, 一般方式便是先利用试验、经验筛选和适度系数法, 进行混合物系所需分离溶剂的大体范围确认, 随后获取多个适用性溶剂, 之后便可配合计算机辅助分子设计和人工神经网络技术, 进行最佳应用溶剂锁定, 这是目前新型蒸馏技术拓展应用的主流方向之一。

2 耦合精馏技术方面

2.1 催化精馏

其主张将化学反应原理和精馏分离技术有机结合, 最后在特定设备之中进行耦合调试。依照催化剂使用结果认证, 此类催化反应精馏过程可以顺势扩展为催化和无催化反应, 同时催化精馏需要结合催化剂相态进行均相和非均相催化精馏形式划分。具体来讲, 此类精馏技术和传统反应精馏形式相比, 包含以下优势特征:

首先, 反应精馏整体工序流程都在相同设备内部运行, 整体成本投入数额较少且能够贯彻预设的节能指标。

其次, 反应和精馏同步运行结果, 不单单能够及时改善精馏工作环境质量, 同时当中分离功效也可大幅度提升反应转化效率和选择空间。

再次, 经过内部反应产物及时转移, 能够适当克制可逆反应的化学平衡转化效率限制问题, 同时维持串联和平行反应的选择性。

最后, 内部温度掌控起来较为便利快速, 热点问题就此规避, 并且整体反应时间也得到合理的缩减, 实际生产能力极为可观。

2.2 吸附精馏

结合以往实践经验整理论证, 吸附分离技术时刻保留因数、产品纯度高, 且能耗数量少等优势特征, 如今已经被大力转移应用到恒沸和同分异构, 且相对挥发度不足、普通蒸馏无法分离的物系分离事务之中。不过其同步遗留吸附剂量大、间歇操作频繁、最终产品收率低等劣势问题。唯独进行吸附和蒸馏复合类工序流程设计, 才能令上述一切不利条件相互抵消。在此类理论指导下, 我国开发出一类吸附蒸馏的新分离技术, 使得吸附和蒸馏操作在蒸馏塔内部同步运行, 脱附能效得以全面强化。截至至今, 部分学者已经针对吸附蒸馏在无水乙醇的制备、丙烷和丙烯的分离等工序中, 加以实验论证, 证明其实际能耗要远远比常规蒸馏低得多, 值得日后工业生产中加以大力推广沿用。

另一方面, 分子蒸馏技术适用于羊毛衍生物的脱臭、脱色, 增塑剂提纯, 石蜡油, 原油油渣及其类似物的分离。纯化化工中间体或聚合体、植物精油等精制提取等。如石油油渣及其类似物的分离, 主张利用分子蒸馏技术处理渣油可以切割出更多的馏分;馏分间的切割更清晰, 提高了产品质量;处理量提高好几倍。最终馏出物与残余物间的碳氢比显著增加, 分离出的润滑油不含金属元索, 无需加入添加剂即可直接应用, 其间利用离心式分子蒸馏蒸馏分离原油残油, 有效的提高了产品质量。

摘要：如今我国工业分离技术得以系统化发展, 可以说完全归功于创新型蒸馏技术应用成果, 目前该类工艺不管是理论结构或是实践经验内容, 都极为丰富, 不过经过我国生物、药学、环境化工等领域全面兴盛过后, 关于蒸馏技术低能耗、无污染改造目标, 开始引起社会各界人员广泛关注。在此基础上, 笔者决定针对萃取、共沸、催化反应、吸附等蒸馏形式和功能特性等加以客观论述, 同时联合动态化高效填料和分析蒸馏等新型操作手法加以细致验证解析, 希望能够为日后多元化蒸馏应用前景绽放, 奠定基础。

关键词：分离,规整填料,吸附蒸馏,创新型应用

参考文献

[1]齐彩霞.反应精馏隔壁塔合成碳酸二乙酯工艺的模拟与控制研究[D].中国石油大学, 2011.

[2]王禹.吸附与电化学氧化联合处理染料废水的实验研究[D].吉林大学, 2011.

[3]姚海华.常压蒸馏塔的稳态建模仿真和操作优化[D].北京化工大学, 2012.