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一、概述

   許多如石油重渣油、化學藥品、藥物及天然食品、保健品、脂肪酸等,常常是熱敏性的、粘滯的及/或具有高沸點的物料。要把這些物料從它們的其它組分分離出來,而保持產物的質量,只能在低的沸騰溫度甚至是不到沸騰溫度下精餾,且只能在很短的時間裡,把熱分⌘解作用或聚合作用減到小,以消除對產品的破壞。

   當操作⌘真空度約為500Pa時,可以在薄膜蒸發器和降膜蒸發器中進行。但是,如果蒸⌘餾必須在中高真空下操作(如壓力在0.001~100Pa之間)就存在問題了。必須選用在產品蒸汽壓不超過通過加熱表面和冷凝表面之間壓降的蒸發器,因而帶有外置冷凝器的蒸發器被排除在中高真空範圍的蒸餾過程之外。

   相比之下,SPE型短程蒸發器非常適合於這種應用場合,冷凝器被製造在蒸發器內,直接位於加熱蒸發發生的對面。所以,短程蒸發器是項較新的尚未廣泛應用於工業化生產,能解決大量常規蒸餾技術所不能解決的新形分離技術。

二、操作過程

   SPE型短程蒸發器由一個帶夾套加熱的圓筒體、內冷凝器及轉子等部件組成。內冷凝⌘器位於蒸發器的中心,帶刮膜⌘系統的轉子在蒸發器和冷凝器之間旋轉。

   蒸餾過程是:物料從蒸發器的頂部加入,經轉子上的料液分布器被連續均勻地分布在加熱面,刮膜器⌘將產品刮成一層極薄、呈湍流狀的液膜。在此過程中,從加熱面上逸出的輕分子,幾乎未經碰撞就到冷凝器上冷凝成液,並沿冷凝器管流下,通過位⌘於蒸發器底部的出料管排出;殘液即⌘重分子在加熱區下的圓形通道中收集,再通過側面的出料管中流出。

三、基本原理

   蒸餾是化工單元操作中分離混合液體的一種方法,分為常壓蒸餾和減壓蒸餾,主要是利用混合液體中各組份的揮發度不同以實現分離的目的.也就是說,被分離的輕組份

液體其飽和蒸汽壓大於系統的壓力時,物料就⌘能被分離,因此系統中的壓力越低(真空度越高)越容易被分離.分子蒸⌘餾是在普通蒸餾的基礎上引進飽和蒸汽壓和分子平均自由程的概念,將脫離液相主體的輕組份分子以快的速度捕捉積聚,也就是加熱面到冷凝面的距離等於或小於輕組份分子的逸出自由程,但必須大於重組份的分子平均自由程,為了得到好的捕捉效果,冷凝面⌘積要大於蒸發麵積,以達到分子蒸餾的目的,但由於受設備結構的影響,實際的設備不可能達到理想分子蒸餾的條件,只能接近或模擬分子蒸餾,因此我們稱之為短程蒸餾器,決定短程蒸餾器分離能力的因素有以下幾個方面: 

   1.混合液體中輕組份從液相主體向加熱面的擴散速度.

   2.輕組份的飽和蒸汽壓及系統的真空度.

   3.輕組份分子逸出到捕捉及冷凝積聚的速度(即加熱面到冷凝面的距離). 

   鑑於以上的工作原理,為了提高輕組份從液相主體中向蒸發麵擴散的速度,採用刮膜型式,把物料均勻地在加熱面上刮成很薄的膜,使混合⌘液體中輕組份從液相主體向蒸發麵的擴散速度達到,擴散時間很短.在設備⌘內部放置內置冷凝器,使加熱面與冷凝面之間的距離小於或等於輕組份的分子平均自由程,由蒸發麵逸出的分子毫無阻礙地飛射及凝集到冷凝面上,使輕組⌘份的收集積聚達到快的極限速度.輕組份⌘的瞬間凝聚,幾乎不會有阻力降,因此能確保設備內部保持高真空. 

   分子平均自由程λ=8.589  n/p  (T/M)1/2

   n        物料粘度

   p        壓力 

   T        溫度

   M        分子量

   因此決定分子平均自由程的因素是真空度,加熱溫度,粘度及分子量.真空度越高(壓力越低),分子平均自由程越大,溫度越高,分子平均自由程越大,分子平均自由程越小.因此,調節真空度是改變分子平均自由程有效的參數,可根據具體情況即操作成本而定.提高溫度也可以增加分子平均自由程,同時也能提高輕組份的飽和蒸汽壓,對提高⌘分離能力有較大幫助,但對產品品質會產生負面影響.

四、特點:

短程蒸餾器(分子蒸餾)與普通蒸餾相比有以下特點:

   1:其分離操作可在物料沸點溫度下的溫度實現,只要系統的壓力低於物料輕組份的飽和蒸汽壓及加熱面和冷凝面間的距離小於或等於輕組份的分子平均自由程,就能達到分離目的。

   2:普通蒸餾是在物料沸點溫度以上操作的,因此蒸發與冷凝是一個可逆過程,短程蒸餾器(分子蒸餾)其分離操作可在沸點溫度以下實現的,因此短⌘程蒸餾器(分子蒸餾)的蒸發與冷凝是一個不可逆過程。

   3:普通蒸餾有鼓泡,沸騰現象,短程蒸餾器(分子蒸餾)其分離操作是在沸點溫度以下實現的,因此沒有鼓泡,沸騰現象,有利於整個系統保持較高的真空度。