De impact van de voedingssnelheid op de scheidingsefficiëntie bij moleculaire destillatie

De kerngegevens voor het evalueren van de scheidingsefficiëntie zijn de destillatieopbrengst en het beoogde terugwinningspercentage van de componenten. De voedingssnelheid beïnvloedt deze parameters rechtstreeks door de verblijftijd van het materiaal te veranderen.

Overmatig langzame voedingssnelheid: Als we bijvoorbeeld het warmte-gevoelige materiaal 3-hydroxypropionitril (HPN) nemen, bedraagt ​​de verblijftijd van het materiaal in de verdamper bij voedingssnelheden lager dan 1,0 ml/min meer dan 15 minuten. De thermische ontledingssnelheid van HPN neemt toe van 0,8% naar 3,2%, en de opbrengst uit lichte fasedestillatie neemt af met meer dan 12%. Voor biogebaseerde materialen zoals polymelkzuur (PLA) leidt een verblijftijd van meer dan 8 minuten tot een vermindering van het molecuulgewicht met 15%, waardoor het scheidingsrendement direct wordt verlaagd.

Overmatig hoge voedingssnelheid: Bij experimenten waarbij gemengde vetzuren werden gescheiden, verminderde het verhogen van de voedingssnelheid van 50 g/u naar 100 g/u de terugwinningssnelheid van de lichte componenten van 90% naar 75%, terwijl het gehalte aan resterende lichte componenten in de zware fase met een factor acht toenam. Bij de verwerking van HPN met behulp van moleculaire destillatie met afgeveegde-films resulteerden voedingssnelheden van meer dan 3,0 ml/min in onvoldoende verdamping van lichte componenten, wat een afname van 7,5% veroorzaakte in het aandeel van de doelcomponenten in het destillaat.

Validatie van optimaal bereik: Bij het extraheren van octacosanol uit bijenwas leverde het regelen van de voedingssnelheid op 75 ml/u een beoogde componentterugwinning op van 11%, aanzienlijk hoger dan de snelheden die werden bereikt bij 40 ml/u (5,3%) en 110 ml/u (3,8%).

De zuiverheid van het product houdt rechtstreeks verband met de dikte van de vloeistoffilm en de efficiëntie van het moleculaire transport, waarbij de voedingssnelheid de beslissende factor is die de staat van de vloeistoffilm bepaalt.

Ideale voedingssnelheid: De vloeistoffilmdikte moet op een uniform niveau van 0,1-0,3 mm worden gehouden, waarbij de moleculaire transportweerstand wordt geminimaliseerd. Tijdens HPN-zuivering resulteert het gebruik van voedingssnelheden van 1,5 ml/min voor verwijdering van de lichte{5}} en 2,5 ml/min voor verwijdering van de zware fase in een uniforme verdeling van de vloeistoffilm en een zuiverheid van het eindproduct van meer dan 99,5%.

Negatieve gevolgen van afwijkingen in de voedingssnelheid: Een te hoge voedingssnelheid leidt tot een vloeistoffilmdikte van meer dan 0,5 mm, waardoor het meeslepen van zware componenten toeneemt. Bij de scheiding van een mengsel met een hoog-kookpunt- zorgde een verdubbeling van de voedingssnelheid ervoor dat de productzuiverheid in de lichte-fase daalde van 92% naar 78%. Een onvoldoende voedingssnelheid resulteert in gelokaliseerde dunne films, die hotspots veroorzaken en leiden tot zuiverheidsschommelingen van meer dan ±3% voor tussencomponenten zoals HPN.

Industrietoepassingsvoorbeeld: Bij de zuivering van TDI, een grondstof voor polyurethaancoatings, wordt door het regelen van de voedingssnelheid op 2,0 ml/min het monomeergehalte teruggebracht tot minder dan 0,5%, een resultaat dat veel beter is dan de zuivering die wordt bereikt met extreem snelle (1,2%) of langzame (0,9%) voedingssnelheden.

De stabiliteit van de voedingssnelheid heeft rechtstreeks invloed op belangrijke systeemparameters zoals druk en temperatuur, waardoor de continue werking van de apparatuur wordt bepaald.

Voordelen van een stabiele toevoersnelheid: Wanneer schommelingen in de toevoersnelheid onder controle worden gehouden binnen ±5%, kan de systeemvacuümfluctuatie bij moleculaire destillatie binnen ±0,1 Pa worden gehandhaafd, de fluctuatie in de verwarmingstemperatuur niet groter is dan ±0,5 graden, de verdamperbelasting blijft in evenwicht en de continue werkingscyclus kan langer duren dan 72 uur.

Harmful Effects of Feed Rate Fluctuations: Sudden increases or decreases in feed rate can cause system pressure fluctuations exceeding ±5 Pa, disrupting the molecular mean free path. During HPN separation, this can reduce the mean free path from 0.105 mm to 0.078 mm. Feed rates exceeding the equipment's critical capacity (e.g., >2,5 ml/min voor een afgeveegde-filmverdamper van 1,0 m²) kan gemakkelijk leiden tot overstromingen en lekkage, waardoor het aantal productieonderbrekingen met 40% toeneemt.

Vereisten voor aanpassing aan apparatuur: De optimale voedingssnelheid varieert afhankelijk van het verdamperoppervlak. Voor een laboratoriumunit van 0,1 m² is het optimale bereik 1-3 ml/min, terwijl dit voor een industriële unit van 20 m² 50-80 ml/min is, waardoor afstemming op basis van apparatuurspecificaties noodzakelijk is.

De optimale voedingssnelheid is geen vaste waarde en moet worden bepaald door middel van experimentele kalibratie en realtime controle.

Kleinschalige kalibratieprocedure-: Stel eerst het vacuümniveau (doorgaans 0,1-1,5 Pa) en de temperatuur vast (bijvoorbeeld 20 graden voor het verwijderen van lichte componenten en 35 graden voor het verwijderen van zware componenten in HPN). Pas vervolgens geleidelijk de voedingssnelheid aan (bijvoorbeeld 1,0, 1,5, 2,0, 2,5 ml/min). Analyseer de destillaatzuiverheid en opbrengst onder elke omstandigheid en teken de responscurve uit om het optimale te bepalen.

Online regelstrategie: Implementeer een regelsysteem gekoppeld aan een flowsensor. Wanneer de gedetecteerde zuiverheid onder de ingestelde drempel daalt, verlaagt het systeem de voedingssnelheid automatisch met 10-15%. Wanneer de fluctuatie in de systeemdruk groter is dan ±1 Pa, wordt de voedingssnelheid in realtime aangepast om de stabiliteit te behouden.

Materiaalcompatibiliteitsprincipe: Voor materialen met een hoge- viscositeit (6000-8000 mPa·s) moet de voedingssnelheid met ongeveer 30% worden verlaagd. Voor warmtegevoelige materialen moet de verblijftijd tussen 2 en 8 minuten worden gehouden. De overeenkomstige voedingssnelheid moet nauwkeurig worden berekend op basis van het verdampingsoppervlak van de apparatuur.

https://www.landerlee.com/molecular-destillatie-apparaat/. Als u geïnteresseerd bent in onze destillatieapparatuur, neem dan gerust contact met ons op viae-mail of WhatsAppop elk moment.