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        分子蒸餾技術(shù)在生產(chǎn)真空泵潤滑油中的應(yīng)用

        2018-11-01 07:31:04諸國建
        真空與低溫 2018年5期
        關(guān)鍵詞:設(shè)備

        諸國建

        (上海愛建特種油品研究所有限公司,上海 201106)

        0 引言

        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目前有很多種形式,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,就是蒸氣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,用途也越來越廣泛。如在石油行業(yè)中,對廢潤滑油的提純;在醫(yī)藥行業(yè)中,藥物和植物的提純;在化工行業(yè)中,高聚物的提純等,都可通過分子蒸餾得到合格產(chǎn)品,所以分子蒸餾技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用。

        真空泵是利用機械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法,對被抽容器進行抽氣而獲得真空的設(shè)備。真空泵潤滑油主要為真空泵設(shè)備獲得真空所專用的潤滑油,真空泵潤滑油在真空泵設(shè)備上主要起到潤滑、密封及冷卻。這種油品是真空泵設(shè)備的重要材料之一,其質(zhì)量直接影響設(shè)備能否達到極限壓力。

        真空泵潤滑油主要廣泛應(yīng)用于冶金、石化、電力、玻璃、鍍膜、陶瓷、塑料、紡織、印刷等傳統(tǒng)行業(yè);電子、半導(dǎo)體、LED、鋰電池、太陽能、核能、制藥、環(huán)境工程、現(xiàn)代醫(yī)療、研發(fā)分析儀器等新型行業(yè)以及食品工業(yè)、照明行業(yè)、制藥行業(yè)、化妝品行業(yè)等。

        1 分子蒸餾技術(shù)的原理和特點

        1.1 分子蒸餾技術(shù)的原理

        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。這樣就達到物質(zhì)分離的目的[3],如圖1所示。

        圖1 分子蒸餾原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of the principle of molecular distillation

        1.2 分子蒸餾的特點

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

        (2)可有選擇的蒸出目的產(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);

        (3)分子蒸餾的分離過程是物理過程,因此,依靠物料混合物中各組分的平均自由程的差別而達到分離的目的;

        (4)蒸餾過程可連續(xù)進行,生產(chǎn)能力較大,應(yīng)用范圍廣,分離效率高,環(huán)境友好性等[4]。

        2 傳統(tǒng)減壓蒸餾法與分子蒸餾法的區(qū)別

        2.1 傳統(tǒng)減壓蒸餾過程與分子蒸餾過程的區(qū)別

        2.1.1 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,當形成的蒸氣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。

        從設(shè)備工藝來說,在蒸餾釡內(nèi)進行的減壓蒸餾有很多缺陷,其一是物料停留時間長;其二是由于壓力降的緣故,以及真空泵很難克服蒸餾釜內(nèi)液面的靜壓高度,所以在蒸發(fā)處的真空是非常有限的;其三是最終的真空度并不由真空泵的大小而決定,而是受管路的傳導(dǎo)性和蒸發(fā)器內(nèi)靜液面高度的限制。2.1.2 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,蒸氣分子離開液面后,在其分子自由程內(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)不斷的得到了分離。

        從設(shè)備工藝來說,在分子蒸餾器內(nèi)進行蒸餾有幾點好處,一是物料停留時間短,防止了物料熱氧化;二是在高真空度條件下,不產(chǎn)生壓力降;三是可連續(xù)進料并連續(xù)出料,傳質(zhì)傳熱效率高,分離效果好。

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

        2.2.1 傳統(tǒng)減壓蒸餾設(shè)備的組成

        傳統(tǒng)減壓蒸餾設(shè)備由蒸餾釜、填料塔、冷凝器、餾分接收罐、加熱單元、制冷單元、真空泵機組、控制系統(tǒng)、餾分罐等組成。

        2.2.2 分子蒸餾設(shè)備的組成

        分子蒸餾設(shè)備由分子蒸餾器(單級或多級)、進料系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、制冷單元、真空泵機組、餾分接收罐、控制系統(tǒng)等組成。

        3 分子蒸餾技術(shù)在真空泵潤滑油中的應(yīng)用

        3.1 真空泵潤滑油在減壓蒸餾與分子蒸餾的生產(chǎn)工藝區(qū)別

        3.1.1 傳統(tǒng)減壓蒸餾工藝中生產(chǎn)真空泵潤滑油的過程

        (1)傳統(tǒng)減壓蒸餾工藝參數(shù):蒸餾溫度200~300℃、冷凝器溫度<35℃、蒸餾塔真空壓力<10 Pa。

        (2)傳統(tǒng)減壓蒸餾生產(chǎn)工藝過程。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,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泵潤滑油打入到成品罐中,再適量添加抗氧劑進行混合,得到淺黃色真空泵潤滑油。傳統(tǒng)減壓蒸餾設(shè)備流程如圖2所示。

        圖2 傳統(tǒng)減壓蒸餾設(shè)備流程圖Fig.2 Flow chart of traditional vacuum distillation equipment

        3.1.2 在分子蒸餾工藝中生產(chǎn)真空泵潤滑油的過程

        (1)分子蒸餾工藝參數(shù):蒸餾溫度100~300℃、冷凝器溫度<35℃、蒸餾塔真空壓力10-1~10-4Pa。

        (2)分子蒸餾生產(chǎn)工藝過程

        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(yù)加熱,進料順序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。其分子蒸餾操作如下:

        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,最終得到四種餾分,即餾分罐1、2、3、4。其中得到不同規(guī)格的真空泵潤滑油為無色透明,再添加適量抗氧劑進行調(diào)配混合,可得到無色透明真空泵潤滑油。分子蒸餾設(shè)備流程圖,如圖3所示。

        從圖3中得到的餾分1是輕組分;餾分2是黏度等級為68(ISO VG 68)的真空泵潤滑油;餾分3是黏度等級為100(ISO VG 100)的真空泵潤滑油;餾分4為重組分。輕組分和重組分另外作為調(diào)和油之用。

        圖3 分子蒸餾設(shè)備流程圖Fig.3 Molecular distillation equipment flow chart

        (1)黏度等級為68測試真空度參數(shù):1 h為2.4×10-4Pa/h、2 h為6.9×10-5Pa/h、3 h為4.1×10-5Pa/h、4 h為3.1×10-5Pa/h。

        (2)黏度等級為100測試真空度參數(shù):1 h為2.8×10-4Pa/h、2 h為7.8×10-5Pa/h、3 h為4.7×10-5Pa/h、4 h為3.9×10-5Pa/h。

        綜上所述,因傳統(tǒng)減壓蒸餾工藝參數(shù)與分子蒸餾工藝參數(shù)不一樣,利用分子蒸餾技術(shù)的好處為:一是,分子蒸餾溫度范圍寬,可以選擇性的生產(chǎn)各種規(guī)格的真空泵潤滑油;二是,分子蒸餾要求真空度在高真空條件下生產(chǎn)真空泵潤滑油,可以得到高質(zhì)量的真空泵潤滑油。所以利用分子蒸餾的目的是提高真空泵潤滑油的產(chǎn)品質(zhì)量,由于分離程度高,除去輕重組分,使真空泵潤滑油得到很好的窄餾分、閃點高、餾程分布均勻,較低的揮發(fā)性和極高的極限真空度。

        3.2 傳統(tǒng)減壓蒸餾設(shè)備工藝與分子蒸餾設(shè)備工藝的不同點

        傳統(tǒng)減壓蒸餾設(shè)備工藝與分子蒸餾設(shè)備工藝的不同點,如表1所列。不管從工藝過程和設(shè)備工藝上來說,分子蒸餾技術(shù)要比傳統(tǒng)減壓蒸餾更先進,是傳統(tǒng)減壓蒸餾所不能比擬的。

        (1)分子蒸餾設(shè)備對物料的分離要求具有較大的可選擇性,而減壓蒸餾設(shè)備是沒有的;

        (2)分子蒸餾可選擇單級或多級分子蒸餾設(shè)備,而傳統(tǒng)減壓蒸餾是不可能的;

        (3)分子蒸餾中的物料在設(shè)備中的停留時間較短,分離效率高,并且在高真空條件下可以生產(chǎn)出各種規(guī)格的真空泵潤滑油;而傳統(tǒng)減壓蒸餾設(shè)備中的物料停留時間較長,并在低真空條件下一次性生產(chǎn)出一種規(guī)格的真空泵潤滑油;

        (4)分子蒸餾設(shè)備生產(chǎn)出真空泵潤滑油具有窄餾分、閃點高、分離效果好,還具有極低的揮發(fā)性和極高的真空度;而傳統(tǒng)減壓蒸餾的餾分較寬,分離效果及真空度是有所缺乏的。

        表1 傳統(tǒng)減壓蒸餾設(shè)備工藝與分子蒸餾設(shè)備工藝的不同點Table1 Differences between conventional vacuum distillation and molecular distillation

        4 結(jié)論

        (1)利用分子蒸餾技術(shù),對生產(chǎn)真空泵潤滑油是一種比較先進的液-液分離技術(shù),能切割各種規(guī)格的真空泵潤滑油,并對于生產(chǎn)出真空泵潤滑油在各種工業(yè)真空泵的應(yīng)用比較廣泛;

        (2)根據(jù)物料的分離要求,分子蒸餾可以選擇單級或多級分子蒸餾設(shè)備,這種分離技術(shù)可以連續(xù)化生產(chǎn)、產(chǎn)量較大、能耗小、傳質(zhì)傳熱效率高,物料停留時間短,可防止油品熱氧化,分離純度高,具有極低的揮發(fā)性和極高的真空度。

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