Молекулярная дистилляция

Все химические вещества обладают определённым давлением насыщенного пара (ДНП): в результате постоянного движения молекул более активные молекулы вырываются с поверхности (испаряются). Чем выше температура и ниже давление, тем активнее происходит испарение. В сложной смеси испаряются молекулы всех составляющих: чем больше относительная разница ДНП компонентов смеси, тем легче выделить отдельные составляющие смеси. Для оптимизации процесса испарения его проводят в тонких пленках, получаемых с помощью роторных испарителей или плёночных (тонкоплёночных) испарителей .

Плёночные (тонкоплёночные) испарители Toddi (Россия), EYELA (Япония) представляют собой корпус с термостатируемой рубашкой, в центре которого установлены специальные лопасти для размазывания стекающей жидкости в тонкую плёнку. Лопасти имеют особую форму, благодаря которой жидкость равномерно распределяется по стенкам (особенно важно при работе с вязкими жидкостями). Испарившиеся молекулы (лёгкая фаза) выводится в виде пара из системы, либо конденсируется на "холодном пальце", остаток (тяжёлая фаза) опускается по нагретой стенке в приёмник. Для разделения многокомпонентной смеси можно установить несколько плёночных испарителей подряд.

Преимущества плёночных (тонкоплёночных) испарителей

• Вихревые потоки, создаваемые при движении лопасти, способствуют теплопередаче. При этом снижается температура внутренней стенки плёночного испарителя и поддерживается необходимое давление в системе.
• Минимально время контакта жидкости с горячей стенкой, что особенно важно для материалов, чувствительных к нагреву.
• Равномерная тепловая обработка смеси за счет перемешивание материала по мере его продвижения вниз.
• Большая площадь поверхности на единицу объёма интенсифицирует испарение.
• Возможность работы с высоковязкими материалами за счёт использования лопастей.

Плёночные (тонкоплёночные) испарители выполняют в стекле или металле, бывают смешанные модели. Как правило, лопасти изготавливают из тефлона, при работе выше 200°С рекомендуется использовать углерод. Одним из основных преимуществ стеклянных установок является их прозрачность, а следовательно, возможность визуального контроля процесса. В промышленных установках для улучшения теплопередачи (нагрева и конденсации) некоторых узлов (в частности, "холодный палец") стекло заменяют нержавеющей сталью. Для работы с коррозионно-активными веществами испарители делают из спецсплавов Hastelloy, Titanium, C-20 и т.п.

В зависимости от решаемой задачи возможна различная сборка (принципиальная схема) установки. Ниже приведены базовые схемы плёночных (тонкоплёночных) испарителей.

	Концентрирование. Выпаривание. Данная схема плёночного испарителя используется, если целевым продуктом является осадок, а не дистиллят, например испарение воды из продукта. В этой схеме канавки на лопасти могут быть более широкими, чтобы дистиллят быстрее стекал. Пропускная способность по данной схеме одна из самых высоких. Эффективность работы можно повысить за счёт увеличения объёма питательной и приемной ёмкостей, а также за счёт выполнения установки из металла, а не из стекла. Данная схема может быть использована, в частности, для отгонки растворителя, причём чистота полученного дистиллята (выделенный растворитель) достаточна для его повторного применения.
	Молекулярная вакуумная дистилляция Данная схема применяется, когда целевым продуктом является дистиллят. Конденсатор в этом случае располагается внутри корпуса, расстояние между поверхностью испарения и конденсации небольшое, и испарившиеся молекулы не успевают столкнуться друг с другом. Эффективность работы может быть улучшена при работе под низким вакуумом, а также за счёт точного контроля температуры.
	Отпаривание Конструкция плёночного испарителя также позволяет проводить отпаривание продукта: пар подается снизу. Благодаря формированию тонкой плёнки с помощью лопастей, пар более тесно контактирует с молекулами жидкости. Пар собирается во внешнем конденсаторе, растворитель удаляется. В основе своей отгонка паром напоминает схему выпаривания, но не требует внутреннего конденсатора и внешнего нагрева продукта, хотя и может быть установлена для повышения эффективности. Данную схему рекомендуется выполнять в металле.

Тонкоплёночные дистилляторы могут использоваться в качестве проточных реакторов для химического синтеза; реакция в тонких плёнках обеспечивает максимальный выход при высокой пропускной способности.

Применение

• Отгонка растворителей
• Выделение мономеров из полимеров
• Выделение свободных жирных кислот из жиров и масел
• Разделение жиров и масел
• Концентрирование/дистилляция фармацевтических продуктов, чувствительных к нагреву
• Разделение полимеров
• Выделение нефтяных дистиллятов
• Концентрирование фруктовых соков
• Получение отдельных ароматических соединений
• Дезодорация масел
• Разделение восков, силиконов
• Очистка пищевых продуктов и ароматизаторов