分子蒸餾技術(shù)在真空潤滑油生產(chǎn)中的應(yīng)用

諸國建

上海愛建特種潤滑科技有限公司

隨著工業(yè)科技進步的發(fā)展,分離技術(shù)的改進與創(chuàng)新也不斷涌現(xiàn)。對于物料的分離方式到目前為止有很多種形式,如常壓蒸餾、減壓蒸餾、刮板式薄膜蒸餾及分子蒸餾等,其中與國際同步的最較先進的分離方式是分子蒸餾。分子蒸餾技術(shù)可應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)、精細化工工業(yè)、食品工業(yè)、材料等領(lǐng)域［1］。

分子蒸餾是目前較為先進的一種新型的液-液分離技術(shù),是一種在高真空下操作的蒸餾方法,就是蒸汽分子的平均自由程大于蒸發(fā)表面與冷凝表面之間的距離,從而可利用料液中各組分蒸發(fā)速率的差異,對液體混合物進行分離。并且它是在極高真空度及較低溫度下分離單體或雜質(zhì),能極好地保護高分子聚合物產(chǎn)品的品質(zhì)［2］。

分離技術(shù)在各個行業(yè)中的用途也越來越廣泛。在石油行業(yè)中廢潤滑油的提純,醫(yī)藥行業(yè)中藥物和植物的提純,化工行業(yè)中高聚物的提純等,都可通過分子蒸餾得到合格產(chǎn)品。

本文對分子蒸餾技術(shù)的原理、特點及其在真空潤滑油生產(chǎn)中的應(yīng)用進行介紹。

分子蒸餾技術(shù)的原理和特點

分子蒸餾技術(shù)的原理[3]

分子蒸餾是利用不同物質(zhì)分子運動平均自由程的差別來實現(xiàn)分離。小分子的平均自由程大,大分子的平均自由程小,在高真空條件下,液體混合物沿加熱板流動并被加熱,輕、重分子會逸出液面而進入氣相,由于輕、重分子的自由程不同,因此,不同物質(zhì)的分子從液面逸出后移動距離不同,若能恰當?shù)卦O(shè)置一塊冷凝板,則輕分子達到冷凝板被冷凝排出,而重分子達不到冷凝板沿混合液排出,形成一個不斷逸出和冷凝的平衡過程,當此動態(tài)平衡不斷的得到保持時,液體混合物就持續(xù)不斷地得到分離。分子蒸餾原理如圖1所示。

圖1 分子蒸餾原理示意

分子蒸餾的特點[4]

◇分子蒸餾的分離過程是物理過程,依靠物料混合物中各組分的平均自由程的差別達到分離目的。

◇能在很低溫度下操作(低于物料沸點),且受熱時間短;可極有效地脫除液體中的低分子物質(zhì)。

◇可有選擇地蒸出目的產(chǎn)物,去除其他物質(zhì);還可通過多級分離同時分離兩種以上的物質(zhì)。

◇蒸餾過程可連續(xù)進行,生產(chǎn)能力大,應(yīng)用范圍廣,分離效率高,環(huán)境友好。

傳統(tǒng)減壓蒸餾與分子蒸餾的區(qū)別

傳統(tǒng)減壓蒸餾與分子蒸餾物料過程的區(qū)別

傳統(tǒng)減壓蒸餾的物料過程現(xiàn)象

液體混合物的分子受熱后運動會加劇,當形成的蒸汽分子離開溶液液面后,隨著液面上方氣相分子的增加,有一部分氣體返回液體,在真空條件下,大小分子都在往上運動,一直進入填料塔進行回流的過程,分子在運動中相互碰撞,一部分輕組分進入外置冷凝器中,還有一部分重組分通過填料塔交換往下流,再返回溶液內(nèi),就得到持續(xù)不斷的分離。

分子蒸餾的物料過程現(xiàn)象

液體混合物在加熱面受熱后,由于溶液的加熱面與冷凝器的冷凝面間距十分靠近,蒸汽分子離開液面后,在它們的分子自由程內(nèi)未經(jīng)過相互碰撞就可達到冷凝面,而輕組分在冷凝面上被冷凝,重組分則因達不到冷凝面回到原溶液,形成一個不斷逸出和冷凝的平衡過程,當此動態(tài)平衡不斷的得到保持時液-液混合物持續(xù)不斷地得到了分離。

傳統(tǒng)減壓蒸餾設(shè)備與分子蒸餾設(shè)備的區(qū)別

傳統(tǒng)減壓蒸餾設(shè)備包括:蒸餾釜、填料塔、冷凝器、餾分接受罐、加熱單元、制冷單元、真空泵機組、控制系統(tǒng)等。

分子蒸餾設(shè)備包括:分子蒸餾器(單級或多級)、進料系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、真空泵機組、餾分接受罐、控制系統(tǒng)等。

傳統(tǒng)減壓蒸餾與分子蒸餾的不同點

總結(jié)了傳統(tǒng)減壓蒸餾與分子蒸餾的不同點,見表1。

傳統(tǒng)減壓蒸餾/分子蒸餾工藝生產(chǎn)真空潤滑油對比

工藝過程對比

傳統(tǒng)減壓蒸餾工藝生產(chǎn)真空潤滑油的過程,是將外來基礎(chǔ)油根據(jù)產(chǎn)品要求進行調(diào)配,然后打入蒸餾釜中,再開啟真空泵系統(tǒng),對蒸餾釜進行加熱,當加熱到一定溫度時,先進行回流一段時間后,再開始逐漸出餾分,同時設(shè)置在一定的溫度下,邊加熱邊出餾分,當餾分出到一定數(shù)量時,蒸餾釜保持一段時間后,停止加熱,冷卻至一定溫度時,取出蒸餾釜中的真空潤滑油打入到成品罐中,再適量添加抗氧劑進行混合,得到透明真空潤滑油。傳統(tǒng)減壓蒸餾設(shè)備流程見圖2。

表1 傳統(tǒng)減壓蒸餾與分子蒸餾的不同點

圖2 傳統(tǒng)減壓蒸餾設(shè)備流程示意

分子蒸餾工藝生產(chǎn)真空潤滑油的過程,是將外來基礎(chǔ)油根據(jù)產(chǎn)品要求進行調(diào)配,然后把基礎(chǔ)油進行預加熱,進料過程是先進入一級分子蒸餾塔,再進入二級分子蒸餾塔,最后進入三級分子蒸餾塔。分子蒸餾設(shè)備流程見圖3。

由圖3可見,分子蒸餾制備真空潤滑油是先把基礎(chǔ)油、一級分子蒸餾塔、二級分子蒸餾塔、三級分子蒸餾塔進行加熱,并分別設(shè)置好溫度,再開啟真空機組1、2、3,當升溫至一定溫度后,開始慢慢進料,調(diào)節(jié)流速,當流速穩(wěn)定后開始連續(xù)進料和連續(xù)出料。物料走向是先進入一級分子蒸餾塔(1)的上端,輕組分和重組分都從一級分子蒸餾塔(1)下端分別出來,輕組分進入餾分罐(1);重組分再進入二級分子蒸餾塔(2)上端,輕組分和重組分都從二級分子蒸餾塔(2)下端分別出來,輕組分進入餾分罐(2);重組分再進入三級分子蒸餾塔(3)上端,輕組分和重組分都從三級分子蒸餾塔(3)下端分別出來,最終得到4種餾分,即餾分罐1、2、3及重組分。其中餾分罐2和3為得到的成品油,成品油再添加適量抗氧劑進行調(diào)配混合,即得到透明的真空潤滑油。

產(chǎn)品對比

采用傳統(tǒng)減壓蒸餾、分子蒸餾2種生產(chǎn)方法得到2種不同的真空潤滑油A、B, 40 ℃運動黏度分別為102、103.5 mm2/s,2者的蒸餾曲線分別見圖4、圖5。

圖3 分子蒸餾設(shè)備流程示意

圖4 真空潤滑油A的蒸餾曲線

圖5 真空潤滑油B的蒸餾曲線

由圖4、5 可以看出,與真空潤滑油A相比,真空潤滑油B的蒸餾曲線在中段較為平緩,沸程較窄。較窄的沸程意味著真空潤滑油B所含的輕組分和重組分都比較少,混合組分比較均勻,純度也較高。因此采用分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)真空潤滑油是比較先進的方法。

結(jié)束語

對于真空潤滑油生產(chǎn)而言,分子蒸餾技術(shù)是一種比較先進的液-液分離技術(shù),對于生產(chǎn)各種真空潤滑油的應(yīng)用都比較適用(如生產(chǎn)擴散泵油、直聯(lián)泵油、酯類泵油及增壓泵潤滑油)。根據(jù)物料的分離要求,可以選擇單級或多級分子蒸餾塔,這種分離技術(shù)可以連續(xù)化生產(chǎn),產(chǎn)量大,能耗小,傳質(zhì)傳熱效率高,物料停留時間短,可防止熱氧化,分離純度高,具有極低的揮發(fā)性和極高的極限真空度。