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径流分子泵—分子蒸馏的最佳选择

2018-12-26

       一、背景

分子蒸馏具有物料分离温度低、受热时间短、分离程度高和生物活性保留多等显著优点,目前,在精细化工和生物制药等领域获得了越来广泛的应用。然而,分子蒸馏产业化的困难不少,许多生产设备存在产品质量差、产能低、能耗高等缺点,影响了分子蒸馏产业的发展。


二、分子蒸馏对真空的要求

分子蒸馏要求物料分子从蒸发液面出发,无碰撞飞抵冷凝面,即物料分子的平均无碰撞飞行距离,即平均自由程,须大于蒸发液面~冷凝面之间的距离。

平均自由程与气体压强成反比,因此,分子蒸馏要求较低的压强,较高的真空度。其中

1. 实验室分子蒸馏设备尺寸较小,通常d=几mm,相应分子蒸馏压强为1~10Pa;

2. 工业分子蒸馏设备尺寸较大,通常d=几十mm,相应分子蒸馏压强为0.1~几Pa量级,真空度高出实验室设备约10倍。

然而,很多工业分子蒸馏设备的工作压强在10 Pa以上的压强区段,高出分子蒸馏所需的压强几倍~几十倍,导致产品质量差、产能低和能耗高等一系列问题。


三、应对措施

1. 分子蒸馏设备基本要求

分子蒸馏设备应严格按照真空设备规范设计、制造,其空炉的压升率应在1Pa/小时以下。

2.      选择合适的真空泵

真空泵的抽速与压强密切相关,每一种真空泵只能在一个特定的压强区段工作,而且,在不同的压强区段,抽速相差会很大,相差5~10倍的现象,屡见不鲜!

工业分子蒸馏的工作压强(0.1~几Pa)正好处于中、高真空交界处。如图1所示,传统中真空泵(例如:罗茨泵),因真空度太高,抽气效率显著下降;传统高真空泵(例如:分子泵),因压强太高,抽气效率也显著下降,导致真空机组的选择成为分子蒸馏的一大难题。

抽速:l/s

image.png

压强 / Pa   图1 径流分子和传统真空泵的抽速比较


3. 径流分子泵:分子蒸馏的最佳选择。

“径流分子泵”(简称径流泵)是深圳大学专为分子蒸馏研发的新一代真空泵。如图1所示,该泵在分子蒸馏(0.1~几Pa)区段,具有最大抽速,而且,还具有如下显著优点:

● 获得清洁、无油真空(质量达到液氮冷阱+干式泵水平),显著提高蒸馏产品的质量;

● 结构简单,转子全部由平圆盘组成,攻克传统分子泵涡轮转子易打片损坏一大缺陷;

● 体积小,泵口朝向,360°任意选择,安装方便;

● 能耗低,不到罗茨泵的1/10,降低生产成本;

径流分子泵已通过广东省科技成果鉴定,由中科院沈学础院士和国内知名专家组成的鉴定委员会给予该泵“将引领真空产业升级换代”和“加快径流泵的产业化和推广应用的步伐,将为真空产业的升级换代做出积极贡献” 的高度评价。

2017年,  “径流分子泵”在苏州摩星公司实现量产。

4.强化分子蒸馏物料的前处理

分子蒸馏的气体负载主要来自分离物料,物料中存在大量高蒸汽压组分,以及永久气体,物料进入蒸馏室后,即成为气体负载。分子蒸馏生产设备的产能大,进料量大,带入蒸馏室的气体负载也大,是分子蒸馏最主要的气体负载。

显然,降低气体负载与提高真空抽气机组的抽速,具有同等重要的地位。

应对措施:进入分子蒸馏工序之前,采用真空蒸馏除气,并适当提高除气真空度和除气温度,并加大抽气机组的抽速,提升除气效果,切实降低分子蒸馏阶段的气体负载。

5.注意事项

分子蒸馏工序残留的高蒸汽压组分进入真空泵,将沉积在真空泵内,当沉积物超过一定量后,会影响真空泵的运行,故需加强冷凝器(位于蒸馏室和抽气系统之间)去除蒸汽的能力。

径流泵现已大量用于深海鱼油、维生素和胆固醇等行业,例如××生物高科,分子蒸馏真空度由20Pa提高至2Pa,产品胆固醇的纯度由65%提升到95%,产能翻一番,经济效益显著。

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   ZJ-150罗茨泵(150 l/s,200 kg)         LB-200立式径流泵(1,500 l/s,24 kg)

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