分子蒸馏论文

1、分子蒸馏分离技术摘 要：随着各种分离技术的应用与发展，分子蒸馏技术越来越受青睐，尤其是对于高沸点和热敏性物质的分离。本文主要分析了分子蒸馏技术的发展现状、基本原理、分离过程与特点、优点与局限性及应用等。关键词: 分子蒸馏 传统蒸馏 应用1、分子蒸馏的历史及其发展现状作为一种对高沸点和热敏性物质进行有效分离的手段，自20世纪30年代出现以来，得到了世界各国的重视。至20世纪60年代，为适应浓缩鱼肝油中维生素A的需要，分子蒸馏技术得到了工业化应用，在日、英、美、德以及前苏联相继设计、制造了多套分子蒸馏装置，用于浓缩VA等的生产，但当时困于种种条件，应用面窄、发展速度慢。在过去的几十年中，世界各国都

2、在不断扩大和完善该项技术在工业化中的应用，特别是20世纪80年代以来，随着人们对天然物质的青睐，回归自然潮流的兴起，分子蒸馏技术得到了迅速的发展。分子蒸馏的设备目前应用较广的为离心薄膜式及转子刮膜式。这两种方式的分离装置，也是一直在不断地改进和完善，特别是针对不同产品，其装置结构与配套设备要有不同的特点。因此，就分子蒸馏装置本身来说，其开发研究的内容就十分丰富了。在应用领域方面，国外已在近百种产品中进行了工业化生产，广泛应用于石油、化工、轻工、食品、医药、农药及日用化工等。我国对分子蒸馏技术的研究起步较晚，20世纪80年代末期，国内曾引进了几套分子蒸馏生产线，用于硬脂酸单甘脂的生产。国内的研究

3、人员也曾进行过一些研究，但工业化应用的报道很少。2、分离蒸馏的原理分子蒸馏是一种特殊的液液分离技术，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。分子蒸馏是一种在高真空下操作的蒸馏方法，这时蒸气分子的平均自由程大于蒸发表面与冷凝表面之间的距离，从而可利用料液中各组分蒸发速率的差异，对液体混合物进行分离。当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。这样，达到物质分离的目的。3

4、、分子蒸馏分离过程与特点3.1分子蒸馏分离过程根据分子蒸馏器设计原则，低沸点组分首先获得足够的能量从液膜表面蒸发，径直飞向中间冷凝器并被冷凝成液相，并在重力作用下沿冷凝器壁面向下流动，进入流出组分接收瓶，未能达到冷凝面的重组分沿加热面留下，进入残留组分接收瓶，即分子蒸馏过程主要分为5个步骤：（1）分子从液相主体向蒸发面扩散。通常，液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的主要因素，在设备设计时，应尽量减薄液层厚度并强化液层的流动。（2）分子从蒸发面上自由蒸发。分子在高真空远低于沸点的温度下进行蒸发。蒸发速度随着温度的升高而升高，但分离效率优势却随着温度的升高而降低，所以应以被加工物质的热稳定性为前提

5、，选择经济合理的蒸馏温度。（3）分子从蒸发面向冷凝面飞射。在飞射过程中，可能与残存的空气分子碰撞，也肯能相互碰撞。但只要有合适的真空度，使蒸发分子的平均自由程大于或等于蒸发面与冷凝面之间的距离即可。（4）分子在冷凝面上冷凝。冷凝面形状合理且光滑，从而完成对该物质分子的分离提取。（5）流出物和残留物的收集。由于重力作用，流出物在冷凝器底部收集。没有蒸发的重组分和返回到加热面上的极少数轻组分残留物由于重力作用或离心力作用，滑落到加热器底部或转盘外缘。3.2分子蒸馏分离特点（1）普通蒸馏在沸点温度下进行分离，分子蒸馏可以在任何温度下进行，只要冷热两面间存在着温度差，就能达到分离目的。（2）普通蒸馏是

6、蒸发与冷凝的可逆过程，液相和气相间可以形成相平衡状态；而分子蒸馏过程中，从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中间不与其它分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的可能性，所以，分子蒸馏过程是不可逆的。（3）普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象；分子蒸馏过程是液层表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。（4）表示普通蒸馏分离能力的分离因素与组元的蒸汽压之比有关，表示分子蒸馏分离能力的分离因素则与组元的蒸汽压和分子量之比有关，并可由相对蒸发速度求出。4、分子蒸馏的优点与局限性4.1分子蒸馏的优点（1） 蒸馏温度低，分子蒸馏是在远低于沸点的温度下进行操作的，只要存在温度差就可以达到分离目的，这是分子蒸馏与常规蒸馏的本质区

7、别。（2）蒸馏真空度高，分子蒸馏装置其内部可以获得很高的真空度，通常分子蒸馏在很低的压强下进行操作，因此物料不易氧化受损。（3）蒸馏液膜薄,传热效率高。（4）物料受热时间短，受加热的液面与加冷凝面之间的距离小于轻分子的平均自由程，所以由液面逸出的轻分子几乎未经碰撞就达到冷凝面。因此，蒸馏物料受热时间短，在蒸馏温度下停留时间一般几秒至几十秒之间，减少了物料热分解的机会。（5）分离程度更高，分子蒸馏能分离常规不易分开的物质（6）没有沸腾鼓泡现象，分子蒸馏是液层表面上的自由蒸发，在低压力下进行，液体中无溶解的空气，因此在蒸馏过程中不能使整个液体沸腾，没有鼓泡现象。（7）无毒、无害、无污染、无残留，可

8、得到纯净安全的产物，且操作工艺简单，设备少。分子蒸馏技术能分离常规蒸馏不易分离的物质。(8)分子蒸馏设备价格昂贵，分子蒸馏装置必须保证体系压力达到的高真空度，对材料密封要求较高，且蒸发面和冷凝面之间的距离要适中，设备加工难度大，造价高。(9) 产品耗能小，由于分子蒸馏整个分离过热损失少，且由于分子蒸馏装置独特的结构形式，内部压强极低，内部阻力远比常规蒸馏小,因而可大大节省能耗。4.2分子蒸馏的局限性分子蒸馏技术作为一种新型的分离技术，理论研究和实践过程中仍然存在一些问题，主要体现在以下几个方面：（1）理论研究较少。国内在分子蒸馏技术和装备方面的研究起步比较晚，对其相关过程的基础理论研究非常少，

9、应用研究在20世纪90年代才得到较大发展，因此，很难准确的了解分子蒸馏器内的真实状况，在分子蒸馏器的最佳设计方面也存在相当的困难，今后加强基础理论方面的研究是分子蒸馏技术发展的一个重要方向。（2）生产能力小。物料在蒸发壁面上呈膜状流动，受热面积与蒸发壁面几乎相等，传热效率较高；但由于蒸发壁面积受设备结构的限制，远远小于常规精馏塔受热面积。而且，分子蒸馏是在远低于常压沸点条件下操作的，汽化量相对于常规蒸馏在沸腾状态时要少得多。在相同的生产能力下，分子蒸馏的设备体积要比常规蒸馏设备大得多。Langmuir和Knudsen从理论上得出了分子蒸馏的处理量与压力、温度及蒸发器的蒸发面积之间的关系如下：从

10、该式可以看出，高真空度下的分子蒸馏处理量比较小，难以满足工业上实际生产的需要。（3）设备投资高。分子蒸发器是分子蒸馏技术的核心，对设备的密封和真空系统要求都很高，设备投资相对较大，适合于高附加值物系的分离；但相对于产品的产值而言，仍然具有投资价值。5、分子蒸馏的应用分子蒸馏可广泛应用于国民经济的各个方面，特别适用于高沸点和热敏性及易氧化物料的分离。目前可应用分子蒸馏生产的产品在数百种以上。今后，随着现代人们崇尚天然、回归自然 潮流的兴起,分子蒸馏技术生产的产品必将有更广阔的市场前景。现就其应用领域介绍如下。石油化工碳氢化合物的分离，原油的渣油及其类似物质的分离，表面活性剂的提纯及化工中间体的精制等，如高碳醇及烷基多昔、乙烯基毗咯烷酮等的纯化，羊毛酸醋、羊毛醇醋等的制取等。塑料工业增塑剂的提纯，高分子物质的脱臭，树脂类物质的精制等。食 品工业 分离混合油脂，可获纯 度 达90以上的单甘油脂，如硬脂酸单甘油醋、月桂酸单甘油醋、丙二醇甘油醋等；提取脂肪酸及其衍生物，生产二聚脂肪酸等；从动植物中提取天然产物，如鱼油、米糠油、小麦胚芽油等。医药工业提取合成及天然维生素A、E，制取氨基酸及葡萄糖衍生物等。香料工业处理天然精油，脱臭、脱色、提高纯度，使天然香