蒸餾設(shè)備在精細(xì)化工中的應(yīng)用

江濤

【摘 要】蒸餾設(shè)備在化工生產(chǎn)過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用。在這里討論化工生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用的設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)室中，經(jīng)常用到的玻璃蒸餾、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、雙層玻璃反映釜、亞沸蒸餾設(shè)備等；生產(chǎn)中，蒸餾設(shè)備、薄膜分離設(shè)備、（降膜設(shè)備、升膜設(shè)備、分子蒸餾設(shè)備）精餾塔設(shè)備、離心式分子蒸餾設(shè)備等；在這里主要分析反應(yīng)釜和薄膜蒸發(fā)設(shè)備在精細(xì)化工中的應(yīng)用和特點(diǎn)。

【關(guān) 鍵 詞】：蒸餾設(shè)備：在兩種液體分離過(guò)程中，根據(jù)液體物料性質(zhì)通過(guò)不同的加熱方式使液體分離；亞沸蒸餾設(shè)備：是利用熱輻射原理，保持液相溫度低于沸點(diǎn)溫度蒸發(fā)冷凝而制取高純水和高純?cè)噭槐∧し蛛x設(shè)備：物料首先被預(yù)熱，進(jìn)入膜蒸發(fā)設(shè)備迅速蒸發(fā)，進(jìn)行分離處理。一些低沸點(diǎn)組分被蒸發(fā)，冷凝并被收集。分離后的物料進(jìn)入薄膜蒸發(fā)器進(jìn)行再次蒸餾，從而達(dá)到更純的溶劑或液液分離的目的。

【中圖分類號(hào)】Q2【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）02-0176-01

蒸餾是精細(xì)化工過(guò)程中的主要單元過(guò)程之一，蒸餾設(shè)備是一種在高真空條件下進(jìn)行的分離技術(shù)。具有蒸餾溫度低，體系真空度高，物料受熱時(shí)間短，分離程度高等特點(diǎn)；且分離過(guò)程不可逆，沒(méi)有沸騰鼓泡現(xiàn)象。非凡適用于分離高沸點(diǎn)、熱敏性和易被氧化的物質(zhì)。特別這幾年精細(xì)化工越來(lái)越接近人們的生活，與蒸餾相關(guān)的設(shè)備是車間建設(shè)投資的主體，所以受到普遍的重視，在精細(xì)化工的發(fā)展得到日益完善和精細(xì)成熟化。設(shè)備的蒸餾計(jì)算過(guò)程比較繁瑣、復(fù)雜，但是其生產(chǎn)原理仍然是利用汽液平衡數(shù)據(jù)計(jì)算，根據(jù)物料守恒、能量守恒等原理計(jì)算設(shè)備相關(guān)理化數(shù)據(jù)。蒸餾設(shè)備在精細(xì)化工中如何選擇是每個(gè)設(shè)計(jì)者的難題下面分別論述一下我在生產(chǎn)過(guò)程對(duì)蒸餾設(shè)備的總結(jié)各分析。

反應(yīng)釜蒸餾設(shè)備是依靠溶液沸點(diǎn)差分離原理，其主要組成包括攪拌式反應(yīng)容器、冷凝設(shè)備、填料住、接受設(shè)備等。在生產(chǎn)過(guò)程中為了提高生產(chǎn)效率和回收品質(zhì)，可以增加精餾柱，以及系統(tǒng)采用高真空系統(tǒng)，降低溶劑的蒸發(fā)度從而在相同的溫度和壓力下，提高溶劑的蒸發(fā)量和純度。近幾年由于設(shè)備簡(jiǎn)單、投資較少、操作方便被廣泛的應(yīng)用與制藥、精細(xì)化工、合成化工等生產(chǎn)領(lǐng)域；目前，反應(yīng)釜蒸發(fā)設(shè)備主要應(yīng)用化工間歇操作。通過(guò)加熱蒸發(fā)達(dá)到指定濃度。反應(yīng)釜蒸發(fā)設(shè)備用于高粘性、膏狀體和漿狀的物體。由于蒸發(fā)效率低，生產(chǎn)為了提高效率增加真空和設(shè)備結(jié)構(gòu)得到滿意的蒸發(fā)速率。

薄膜蒸餾設(shè)備由于其蒸發(fā)溫度低、蒸發(fā)強(qiáng)度大、受熱時(shí)間短、操作彈性大等等特點(diǎn)在精餾的溶劑提純領(lǐng)域的到更好的應(yīng)用。膜蒸發(fā)設(shè)備在精細(xì)化中由于其的多樣性，又分為：薄膜蒸發(fā)設(shè)備、分子蒸餾設(shè)備、短程蒸餾設(shè)備、降膜蒸餾設(shè)備、升膜蒸餾設(shè)備等等。

薄膜蒸發(fā)設(shè)備：其主要原理是主蒸發(fā)器內(nèi)部刮板在機(jī)械條件下，通過(guò)旋轉(zhuǎn)刮板，混合溶液從加熱區(qū)上方加入主蒸發(fā)器。在重力的作用下強(qiáng)制生成薄膜進(jìn)行熱交換，混合溶劑各組分的沸點(diǎn)差別在形成薄后，并快速通過(guò)加熱面，在真空條件下進(jìn)行熱分離的高校蒸發(fā)器。薄膜蒸發(fā)設(shè)備包括主蒸發(fā)器、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等等。其核心部分就是蒸發(fā)器，蒸發(fā)器刮板不同溶劑蒸發(fā)效果也有不同。目前最主要應(yīng)用有固定剛性刮板轉(zhuǎn)子、滾動(dòng)刮板轉(zhuǎn)子、離心滑塊刮轉(zhuǎn)子、螺旋刮板轉(zhuǎn)子、鉸鏈轉(zhuǎn)子等等多種模式有效的提高物料在蒸發(fā)器的液膜厚度、熱交換效率和停留時(shí)間。薄膜蒸設(shè)備的工藝與普通高真空蒸餾設(shè)備對(duì)比。蒸發(fā)溫度低蒸發(fā)量大，溶劑通過(guò)刮板和布液器的作用下，把物料以薄膜狀均勻的分布在設(shè)備的加熱面上，減少液體在蒸發(fā)形成的過(guò)程中溶劑的有效分子在主體表面的素服。再加上系統(tǒng)真空度提高大大降低汽化溫度。提高溶劑濃度或達(dá)到液液分離的目的；受熱時(shí)間短，混合液從上部加入輕質(zhì)的溶劑組分受熱迅速汽化通過(guò)真空系統(tǒng)推動(dòng)下轉(zhuǎn)移到冷卻系統(tǒng)冷卻。從而瞬時(shí)達(dá)到輕重組分的分離，減少溶液長(zhǎng)時(shí)間加熱氧化變質(zhì)產(chǎn)生的雜質(zhì)；操作彈性大，根據(jù)物料的不同，其主蒸發(fā)器的攪拌速度、刮板布液形式、受熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等的不同，通過(guò)各個(gè)系統(tǒng)得調(diào)節(jié)控制輕重組分在蒸發(fā)過(guò)程的比例，從而達(dá)到最佳的提純效果。

分子蒸餾設(shè)備和短程蒸餾設(shè)備：是精細(xì)化工中一種液-液分離技術(shù)，他不同反應(yīng)釜蒸溜設(shè)備，而是靠不同物質(zhì)分子平均自由程的差別實(shí)現(xiàn)分離。其原理是依靠液體混合物沿著加熱筒體流動(dòng)被加熱，輕重分子會(huì)逸出液面進(jìn)入氣相，由于輕重分子的自由程不同，因此，不同的溶劑分子從液面逸出后移動(dòng)不同，若恰當(dāng)?shù)谋焕淠煅杆俚牟蹲降?，則輕組分達(dá)到冷凝隨冷凝排出，而重組分達(dá)不到冷凝隨混合液排出，這樣達(dá)到液液分離目的。分子蒸餾設(shè)備是利用薄膜蒸發(fā)原理，在薄膜蒸發(fā)的技術(shù)更加一部的提升。設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)是，其分離技術(shù)高于薄膜蒸發(fā)器，在醫(yī)藥和精細(xì)化工中高分子分離技術(shù)得到更好的提升。設(shè)備特點(diǎn)：操作溫度低、（低于沸點(diǎn)）真空度高、（系統(tǒng)小于20pa）受熱時(shí)間短、分離效率高、特別適用于高沸點(diǎn)、熱敏性、易氧化物質(zhì)的分離；在分離的過(guò)程中不被雜質(zhì)干擾，特別是天然藥草的提純，分離效果比較高，優(yōu)于傳統(tǒng)的薄膜蒸發(fā)設(shè)備和反應(yīng)釜設(shè)備。

降膜蒸發(fā)設(shè)備：降膜設(shè)備是充分離用薄膜蒸發(fā)設(shè)備得以升華，混合物料從蒸發(fā)器頂部加入到布料器淋洗到蒸發(fā)器管壁上。由于表面張力和重力的作用下，物料在蒸發(fā)器上自然形成蒸發(fā)液膜并以液膜的形式逐層向下分布，在蒸發(fā)器的加熱介質(zhì)源源不斷的混合物料生成的膜傳熱，混合液中輕組分會(huì)變成汽相分子脫離混合溶液。在真空和汽體分子的推動(dòng)下，輕組分分子進(jìn)入冷卻系統(tǒng)中，在冷卻系統(tǒng)中冷卻并收集。而混合液在蒸發(fā)器底部收集。而如果增加進(jìn)料和初料的循環(huán)，在一定溫度、壓力下可以達(dá)到循環(huán)蒸餾、高精度提純、減少機(jī)械雜質(zhì)的產(chǎn)生。在大量和批量生成過(guò)程中經(jīng)常采用循環(huán)精餾和多套設(shè)備連續(xù)精餾。由于降膜設(shè)備的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)其工藝特點(diǎn)：溶液在受熱過(guò)程中時(shí)間比較短，整個(gè)體系密閉，系統(tǒng)在負(fù)壓得作用下，與氧氣接觸比較少，避免了精餾過(guò)程容易氧化的物料氧化變質(zhì)；沒(méi)有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，可以使系統(tǒng)達(dá)到絕對(duì)的真空，并減少機(jī)械雜志的引入；增大了受熱面積擴(kuò)大了蒸發(fā)的面積，大大提高效率；安全環(huán)保在生產(chǎn)過(guò)程中降低了溶劑在高溫下分離產(chǎn)生的不安全因素。

離心式分子蒸餾設(shè)備：離心力成膜，膜薄，蒸發(fā)效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，真空密封較難，設(shè)備的制造成本高。在這里就不詳細(xì)說(shuō)明；精餾塔設(shè)備：在大型化工設(shè)備應(yīng)用比較廣泛，在這里就不詳細(xì)論述。

由于反應(yīng)釜蒸餾設(shè)備、薄膜蒸發(fā)設(shè)備、分子蒸餾設(shè)備（短程蒸餾設(shè)備）和降膜蒸發(fā)設(shè)備各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此在精細(xì)化工生成的過(guò)程中以上設(shè)備得到很廣泛的應(yīng)用。由于各自的加工特點(diǎn)在不同的物性的特點(diǎn)選擇合適的加熱方式是比較經(jīng)濟(jì)的選擇。

從能效上分析：反應(yīng)釜蒸餾≤分子蒸餾設(shè)備≤薄膜蒸發(fā)設(shè)備≤降膜蒸發(fā)設(shè)備

從分離效果上分析：反應(yīng)釜蒸餾≤薄膜蒸發(fā)設(shè)備≤降膜蒸發(fā)設(shè)備≤分子蒸餾設(shè)備

從生產(chǎn)能力分析：反應(yīng)釜蒸餾≤分子蒸餾設(shè)備≤薄膜蒸發(fā)設(shè)備=降膜蒸發(fā)設(shè)備

從安全性分析：反應(yīng)釜蒸餾≤薄膜蒸發(fā)設(shè)備=分子蒸餾設(shè)備≤降膜蒸發(fā)設(shè)備

對(duì)于以上判別在精細(xì)化工廣泛應(yīng)用物料反應(yīng)、合成、提純等等經(jīng)常用反應(yīng)釜蒸餾設(shè)備；而薄膜蒸發(fā)設(shè)備和分子蒸餾設(shè)備一般在提純過(guò)程中一般配套使用，薄膜蒸發(fā)設(shè)備作為原料的預(yù)熱和初步的提純，而分子蒸餾設(shè)備進(jìn)一步得到提純；降膜蒸發(fā)設(shè)備是近幾年最新的蒸餾設(shè)備，由于其有分子蒸餾和薄膜蒸發(fā)設(shè)備優(yōu)越的特點(diǎn)所以得到廣泛的應(yīng)用。