分子蒸馏技术

1、分子蒸馏技术分子蒸馏技术分子蒸馏技术分子蒸馏技术分子蒸馏技术概述分子蒸馏技术概述 分子蒸馏技术不同于常规蒸馏依靠沸点差分离物质的原理，依靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现物质的分离。因此，它具有蒸馏压力低、受热时间短、操作温度低和分离程度高等优点。由于相关技术发展程度不够，且影响分子蒸馏过程的因素很多，尚缺乏可用于分子蒸馏技术计算的完善的参数模型，实际的工业应用多依赖于放大实验及工业实践经验。分子蒸馏的基本原理分子蒸馏的基本原理分子碰撞分子碰撞 分子与分子之间存在着相互作用力，当两分子离得较远时，分子之间的作用力表现为吸引力，但当两分子接近到一定程度后，分子之间的作用力会改变为排斥力，并随

2、其接近距离的减小，排斥力迅速增加。当两分子接近到一定程度时，排斥力的作用使两分子分开。这种由接近而至排斥分离的过程，就是分子的碰撞过程。分子运动自由程分子运动自由程分子有效直径分子有效直径 分子在碰撞过程中，两分子质心的最短距离（即发生斥离的质心距离）称为分子有效直径。分子运动自由程分子运动自由程 一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程称为分子运动自由程。分子运动平均自由程分子运动平均自由程 任一分子在运动过程中都在不断变化自由程，而在一定的外界条件下，不同物质的分子其自由程各不相同。在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自由程。分子运动平均自由程分子运动平均自由程由热力学原理可知：影响分子

3、运动平均自由程的因素影响分子运动平均自由程的因素 根据公式：温度、压力及分子有效直径是影响分子运动平均自由程的主要因素。 当压力一定时，一定物质的分子运动平均自由程随温度增加而增加。 当温度一定时，压力越小（真空度越高），分子间碰撞机会越少。 不同物质因其有效直径不同，因而分子平均自由程不同。分子蒸馏基本原理分子蒸馏基本原理 根据分子运动理论，液体混合物受热后分子运动会加剧，当接受到足够能量时，就会从液面逸出成为气相分子。随着液面上方气相分子的增加，有一部分气相分子就会返回液相。在外界条件保持恒定的情况下，最终会达到分子运动的动态平衡，从宏观上看即达到了平衡。 根据分子运动平均自由程公式，不同

4、种类的分子，由于其分子有效直径不同，故其平均自由程也不同。 分子蒸馏的分离作用就是依据液体分子受热会从液面逸出，而不同种类分子逸出后，在气相中其运动平均自由程不同这一性质来实现的。分子蒸馏基本原理分子蒸馏基本原理装置装置 一套完整的分子蒸馏设备主要包括：物料输入系统、分子蒸发器、物料输出系统、加热系统、冷凝系统、真空系统和控制系统等部分组成。 分子蒸馏装置的核心部分是分子蒸发器。 其种类主要有四种：l静止式l降膜式l刮膜式l离心式l静止式静止式 静止式分子静止式分子蒸馏器出现最早蒸馏器出现最早,结构最简单结构最简单, 静静止式可分为釜式、止式可分为釜式、盘式等静止式分盘式等静止式分子蒸馏设备一

5、般子蒸馏设备一般适用于实验室及适用于实验室及小量生产小量生产,在工业在工业上已不采用。上已不采用。釜式l降膜式降膜式 降膜式装置为早期降膜式装置为早期形式，其形式，其优点优点：结构：结构简单，液膜厚度小简单，液膜厚度小,沿沿蒸发表面流动蒸发表面流动;物料停物料停留时间短留时间短,热分解的可热分解的可能性较小能性较小,蒸馏过程可蒸馏过程可以连续进行。以连续进行。缺点缺点：其液膜厚度不均其液膜厚度不均,液体液体在下降过程中易产生在下降过程中易产生沟流沟流,容易形成热点使容易形成热点使组分分解组分分解，效率差，效率差，生产规模有限生产规模有限。l刮膜式刮膜式 优点优点: 同降膜式同降膜式分子蒸馏器相

6、比分子蒸馏器相比，物物料停留时间更短料停留时间更短,液液膜厚度更薄且均匀膜厚度更薄且均匀,热分解可能性更小。热分解可能性更小。缺点缺点: 难以保证所有难以保证所有的蒸发表面都被液膜的蒸发表面都被液膜均匀覆盖均匀覆盖,产生的雾产生的雾沫也常溅到冷凝面上。沫也常溅到冷凝面上。 l离心式离心式 优点优点：得到极薄的：得到极薄的液膜且液膜分布更均匀液膜且液膜分布更均匀,蒸发速率和分离效率更蒸发速率和分离效率更好好;物料在蒸发面上的受物料在蒸发面上的受热时间更短热时间更短,避免物料分避免物料分解与聚合解与聚合;物料的处理量物料的处理量更大更大,更适合工业上的连更适合工业上的连续生产。续生产。缺点缺点：结

7、构复：结构复杂杂，要求有高速旋转的要求有高速旋转的转盘转盘,又需要较高的真空又需要较高的真空密封技术，制造及操作密封技术，制造及操作难度大。难度大。 特点特点1.1.蒸馏温度低蒸馏温度低。 分子蒸馏依靠分子运动平均自由程的差别实现分离,并不需要达到物料的沸点，只要存在温度差就可以达到分离目的。2.2.蒸馏压强低。蒸馏压强低。 分子蒸馏装置内部结构比较简单,整个体系可以获得很高的真空度(一般只有0.1331 Pa),物料不易氧化受损且有利于沸点温度降低。3.3.受热时间短受热时间短。 分子蒸馏是基于不同物质分子运动自由程的差别而实行分离的，加热面与冷凝面的间距要小于轻分子的运动自由程，这样由液面

8、逸出的轻分子几乎未碰撞就到达冷凝面,所以受热时间很短。优势优势l不可逆性。不可逆性。 分子蒸馏过程中,轻分子从蒸发表面逸出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,为不可逆过程。l没有沸腾鼓泡现象。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，因此不能使整个液体沸腾，没有鼓泡现象。l清洁环保，无毒无害。清洁环保，无毒无害。 分子蒸馏技术是一种温和的绿色技术,无毒、无害、无污染、无残留,能极好地保证物料的天然品质,收率高且操作工艺简单、设备少。局限局限l分子蒸馏设备价格昂贵分子蒸馏设备价格昂贵。 分子蒸馏装置必须保证体系

9、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。l应用范围有限。应用范围有限。 分子蒸馏技术只适用于液体或适当加温即具流动性的半固体物质的分离纯化，并且物料内各组分的分子平均自由程相差应较大。分子蒸馏应用分子蒸馏应用应用范围：应用范围：食品产业医药产业化工产业应用实例：应用实例：辣椒红色素脱溶剂鱼油甘三酯的精制 分离和提纯混合油脂，可获纯度达90%以上的单甘油脂，如硬脂酸单甘酯、月桂酸单甘酯、丙二醇脂。 提取脂肪酸及其衍生物、生产二聚脂肪酸等。 从动植物中提取自然产物如精制鱼油、米糠油、小麦胚芽油。 应用范围应用范围食品产业食品产业 分子蒸馏技

10、术对天然活性物质所具有的高效分离和纯化的特点，为一类新药创制过程中单体成分的分离纯化提供了简捷的手段。 例如，目前已经知道银杏叶中含有5种银杏内酯A、B、C、J和M；其中银杏内酯B在银杏叶中的含量仅为0.2%。5种内酯的结构极其相似， 若采用传统的分离方法很难将其分离，而采用分子蒸馏技术后，分离难度就大大降低。应用范围应用范围医药产业医药产业 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，如高碳醇及烷基多酣、乙烯基吡咯烷酮等的纯化、羊毛酸酯、羊毛醇酯等的制取等。 利用分子蒸馏可以制取高纯烷基多苷。经三级分子蒸馏可达到残留脂肪5%的高纯产品。应用范围应用范围化工产业化工产业应用实例应用实例 传统的辣椒红色素提取法一般为溶剂萃取法，其最终产品中往往存在l2的溶剂。经分子蒸馏脱溶剂后，产品