分子蒸馏技术课件

分子蒸馏技术制作者：郭佳，贺少莹，李宏颖1分子蒸馏技术制作者：郭佳，贺少莹，李宏颖1目录一、简介二、原理三、短程蒸发器四、分子蒸馏过程五、应用及举例2目录一、简介2简介在一定温度下，压力越低，气体分子的平均自由程越大。当蒸发空间的压力很低（10-2～10-4mmHg），且使冷凝表面靠近蒸发表面，其间的垂直距离小于气体分子的平均自由程时，从蒸发表面汽化的蒸气分子，可以不与其他分子碰撞，直接到达冷凝表面而冷凝。3简介在一定温度下，压力越低，气体分子的平均自由程越大。当蒸发工作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。4工作原理分子蒸馏是一种特殊的液--液分离技术，它不同于传统蒸由于轻分子只走很短的距离即被冷凝，所以分子蒸馏亦叫短程蒸馏。

短程蒸馏器由外加热的垂直圆筒体、位于它的中心冷凝器及在蒸馏器和冷凝器之间旋转的刮膜器组成。

5由于轻分子只走很短的距离即被冷凝，所以分子蒸馏亦叫短程蒸馏。分子连续两次碰撞之间所自由走过的路程自由程的平均值一秒钟内一个分子与其它分子碰撞的平均次数自由程：一、几个概念：平均自由程6分子连续两次碰撞之间所自由走过的路程自由程的平均值一秒钟内一2dA二、平均自由程公式DCBdA

以A分子运动路径（折线）为轴线，作一半径为d，总长度为的圆管

设分子的有效直径为d，A分子以平均相对速率运动，其它分子都不动凡是其中心位于管内的分子(如B、C分子)都将与A分子碰撞72dA二、平均自由程公式DCBdA以A分子运动路径ABCD2ddA单位时间内A分子将与分子中心位于管内的所有分子进行碰撞，所以平均碰撞频率为：

考虑到其它分子都在运动，经过精确计算，得：分子平均碰撞频率为：分子平均自由程为：8ABCD2ddA单位时间内A分子将与分子中心位于管内的所有由分子运动自由程公式可知,要想获得足够大的平均自由程,可以通过降低蒸馏压强来获得,一般×10-1Pa数量级。9由分子运动自由程公式可知,要想获得足够大的平均自由程,可蒸馏操作过程加料刮膜蒸发冷凝收集10蒸馏操作过程加料刮膜蒸发冷凝收集10分子蒸馏过程1.分子从液相主体向蒸发表面扩散

液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的主要因素。2.分子在液层表面上的自由蒸发蒸发速度随着温度的升高而上升，但分离因素有时却随着温度的升高而降低3.分子从蒸发表面向冷凝面飞射

蒸气分子从蒸发面向冷凝面飞射的过程中，可能彼此相互碰撞，也可能和残存于两面之间的空气分子发生碰撞。由于蒸发分子远重于空气分子，且大都具有相同的运动方向。4、分子在冷凝面上冷凝只要保证冷热两面间有足够的温度差（一般为70~100℃），冷凝表面的形式合理且光滑则认为冷凝步骤可以在瞬间完成。11分子蒸馏过程1.分子从液相主体向蒸发表面扩散11条件1、残余气体的分压必须很低2、在饱和压力下，蒸汽分子的平均自由程长度必须与蒸发器和冷凝器表面之间距离具有相同的数量级。所有蒸汽分子在没有遇到其它分子和返回到液体过程中到达冷凝器表面。蒸发速度在所处的温度下达到可能的最大值。蒸发速度与压力成反比，因而，分子蒸馏的馏出液量相对比较小。12条件1、残余气体的分压必须很低12优点1、温度“随意”选择

只要冷热两面间存在着温度差，就能达到分离目点。2、过程不可逆

分子蒸馏中，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3、自由蒸发

分子蒸馏过程是液层表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。13优点1、温度“随意”选择134

、蒸馏液膜薄,传热效率高。5、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，蒸馏物料

受热时间短，在蒸馏温度下停留时间一般为几秒

至几十秒之间，减少了物料热分解的机会。6.分离程度更高，分子蒸馏能分离常规不易分开的物质。7.无毒、无害、无污染、无残留，可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。144、蒸馏液膜薄,传热效率高。14缺点

1.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。2.在产品高纯度获取中需多级操作15缺点15（1）曲线①（2）曲线②设某温度下氢与氧的自由程分布函数如图②①f（x）mo例16多级操作原因16（1）曲线①（2）曲线②设某温度下氢与氧的自由程分布函数由上图可以看出，氢与氧自由程的不同，使得二者得到分离。但为提高分离效率，实际中往往需要采用多级串联使用而实现不同物质的多级分离。17由上图可以看出，氢与氧自由程的不同，使得二者得到分离。与常规蒸馏技术具有以下明显的优势：(1)对于高沸点、热敏及易氧化物料的分离,分子蒸馏提供了最佳分离方法。因为分子蒸馏在远低于

物料沸点的温度下操作,而且物料停留时间短;(2)分子蒸馏可极有效地脱除液体中的物质如有机溶剂、臭味等,这对于采用溶剂萃取后液体的脱溶是非常有效的方法;(3)分子蒸馏可有选择地蒸出目的产物,去除其它杂质,通过多

级分离可同时分离2种以上的物质;(4)分子蒸馏的分馏过程是物理过程,因而可很好地保护被分

离物质不受污染和侵害。18与常规蒸馏技术具有以下明显的优势：(1)对于高沸点、热敏及不同过程中热损伤比系统类型停留时间（秒）工作压力（毫托）分解几率Z=p.t稳定性指数Z1=lgz间歇蒸馏柱4,000760×103

3×109

9.48间歇蒸馏3,00020×103

6×107

7.78旋转蒸发器3,0002×103

6×106

6.78真空循环蒸发器10020×103

2×106

6.30刮膜蒸发器柱252×103

5×104

4.70降膜蒸发器201201.30分子蒸发器101101.0019不同过程中热损伤比系统类型停留时间（秒）工作压力分解几率Z=从上表中，得到分子蒸发器的停留时间和工作压力都比较低，而且分离的到的产物比较稳定。在实际操作中，具有对设备的要求不是很高，操作周期短等优点。20从上表中，得到分子蒸发器的停留时间和工作压力都比较低，而且分蒸发器种类(1)降膜式：为早期形式，结构简单，但由于液膜厚，效率差，当今世界各国很少采用；(2)刮膜式:形成的液膜薄，分离效率高，但较降膜式结构复杂；(3)离心式：离心力成膜，膜薄，蒸发效率高，但结构复杂，真空密封较难，设备的制造成本高。21蒸发器种类(1)降膜式：为早期形式，结构简单，但由于液膜厚，刮板式技术（Wiped-FilmStyle）实验室常用技术手段采用45°对角斜槽刮板，这些斜槽会促使物料围绕蒸馏器壁向下运动，通过可控的刮板转动就能够提供一个程度很高的薄膜混合，使物料产生有效的微小的活跃运动刮板式分子蒸馏设备通过一个平缓的过程，进料液体流经一个被加热的圆柱形真空室，利用进料液体薄膜的刮擦作用，将易挥发的成分从不易挥发的成分中分离出来。22刮板式技术（Wiped-FilmStyle）实验室常对机械式刮膜来说，文献中所见到的所有膜厚都是由经验公式确定的，它们介于0.05～0.5mm之间。主要参数是：*

表面载荷（取决于蒸发器的长度）*

物料粘度*

刮片元件施加于膜上的力23对机械式刮膜来说，文献中所见到的所有膜厚主要设备发展状况德国NGW公司分子蒸馏设备，又称短程蒸馏，英文名称为：short-pathevaporator，其操作压力范围为：0.001-1000mbar。采用两级回收瓶,真空的密封性能更好。在蒸馏的同时，重相和轻相组份均能连续取样进行检测。在0.001mbar的真空条件下进行的薄膜蒸发过程称为短程蒸发过程,蒸发器中部保证集成冷凝器,在小于或等于

0.001mbar的真空条件下进行的薄膜蒸发过程统称为分子蒸馏.24设备发展状况德国NGW公司分子蒸馏设备，又称短程蒸馏，英文高度真空使物质的沸点降低，蒸馏的持续时间缩短，避免对蒸馏产品的破坏。25高度真空使物质的沸点降低，蒸馏的持续时间缩短，避免对蒸馏产品应用食品工业在精细化工中的应用医药工业26应用食品工业261.酸性氯化物2.氨基酸酯3.葡萄糖衍生物4.吲哚5.萜酯6.天然和合成维生素7.互叶白千层油8.辣椒碱9.大蒜素的精制10.川芎11.当归姜油中草药有效成分的提纯制药应用领域和产品示例271.酸性氯化物制应用领域和产品示例27精制鱼油鱼油中富含全顺式高度不饱和脂肪酸二十碳五烯酸(简称ＥＰＡ)和二十二碳六烯酸(简称ＤＨＡ),此成分具有很好的生理活性,传统分离方法是采用尿素包合沉淀法和冷冻法[10]。运用尿素包合沉淀法可以有效地脱除产品中饱和的及低不饱和的脂肪酸组分,提高产品中ＤＨＡ和ＥＰＡ的含量,但由于很难将其他高不饱和脂肪酸与ＤＨＡ和ＥＰＡ分离,只能使ｗ(ＤＨＡ+ＥＰＡ)<80%。而且产品色泽重,腥味大,过氧化值高,还需进一步脱色除臭后才能制成产品,回收率仅为16%;由于物料中的杂质脂肪酸的平均自由程同ＥＰＡ、ＤＨＡ乙酯相近,分子蒸馏法尽管只能使ｗ(ＥＰＡ+ＤＨＡ)=725%,但回收率可达到70%,因此分子蒸馏法不失为分离纯化ＥＰＡ、ＤＨＡ一种有效方法。28精制鱼油鱼油中富含全顺式高度不饱和脂肪酸二十碳五烯酸(简称参考文献1、冯武文，杨村，于宏奇《分子蒸馏技术于日用化工》日用化学工业，2002，5

分子蒸馏过程的计算流体力学模拟

王燕飞，许松林

天津大学化工学2、3、百度百科分子蒸馏技术29参考文献1、冯武文，杨村，于宏奇《分子蒸馏技术于日用化工谢谢！30谢谢！30分子蒸馏技术制作者：郭佳，贺少莹，李宏颖31分子蒸馏技术制作者：郭佳，贺少莹，李宏颖1目录一、简介二、原理三、短程蒸发器四、分子蒸馏过程五、应用及举例32目录一、简介2简介在一定温度下，压力越低，气体分子的平均自由程越大。当蒸发空间的压力很低（10-2～10-4mmHg），且使冷凝表面靠近蒸发表面，其间的垂直距离小于气体分子的平均自由程时，从蒸发表面汽化的蒸气分子，可以不与其他分子碰撞，直接到达冷凝表面而冷凝。33简介在一定温度下，压力越低，气体分子的平均自由程越大。当蒸发工作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。34工作原理分子蒸馏是一种特殊的液--液分离技术，它不同于传统蒸由于轻分子只走很短的距离即被冷凝，所以分子蒸馏亦叫短程蒸馏。

短程蒸馏器由外加热的垂直圆筒体、位于它的中心冷凝器及在蒸馏器和冷凝器之间旋转的刮膜器组成。

35由于轻分子只走很短的距离即被冷凝，所以分子蒸馏亦叫短程蒸馏。分子连续两次碰撞之间所自由走过的路程自由程的平均值一秒钟内一个分子与其它分子碰撞的平均次数自由程：一、几个概念：平均自由程36分子连续两次碰撞之间所自由走过的路程自由程的平均值一秒钟内一2dA二、平均自由程公式DCBdA

以A分子运动路径（折线）为轴线，作一半径为d，总长度为的圆管

设分子的有效直径为d，A分子以平均相对速率运动，其它分子都不动凡是其中心位于管内的分子(如B、C分子)都将与A分子碰撞372dA二、平均自由程公式DCBdA以A分子运动路径ABCD2ddA单位时间内A分子将与分子中心位于管内的所有分子进行碰撞，所以平均碰撞频率为：

考虑到其它分子都在运动，经过精确计算，得：分子平均碰撞频率为：分子平均自由程为：38ABCD2ddA单位时间内A分子将与分子中心位于管内的所有由分子运动自由程公式可知,要想获得足够大的平均自由程,可以通过降低蒸馏压强来获得,一般×10-1Pa数量级。39由分子运动自由程公式可知,要想获得足够大的平均自由程,可蒸馏操作过程加料刮膜蒸发冷凝收集40蒸馏操作过程加料刮膜蒸发冷凝收集10分子蒸馏过程1.分子从液相主体向蒸发表面扩散

液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的主要因素。2.分子在液层表面上的自由蒸发蒸发速度随着温度的升高而上升，但分离因素有时却随着温度的升高而降低3.分子从蒸发表面向冷凝面飞射

蒸气分子从蒸发面向冷凝面飞射的过程中，可能彼此相互碰撞，也可能和残存于两面之间的空气分子发生碰撞。由于蒸发分子远重于空气分子，且大都具有相同的运动方向。4、分子在冷凝面上冷凝只要保证冷热两面间有足够的温度差（一般为70~100℃），冷凝表面的形式合理且光滑则认为冷凝步骤可以在瞬间完成。41分子蒸馏过程1.分子从液相主体向蒸发表面扩散11条件1、残余气体的分压必须很低2、在饱和压力下，蒸汽分子的平均自由程长度必须与蒸发器和冷凝器表面之间距离具有相同的数量级。所有蒸汽分子在没有遇到其它分子和返回到液体过程中到达冷凝器表面。蒸发速度在所处的温度下达到可能的最大值。蒸发速度与压力成反比，因而，分子蒸馏的馏出液量相对比较小。42条件1、残余气体的分压必须很低12优点1、温度“随意”选择

只要冷热两面间存在着温度差，就能达到分离目点。2、过程不可逆

分子蒸馏中，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3、自由蒸发

分子蒸馏过程是液层表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。43优点1、温度“随意”选择134

、蒸馏液膜薄,传热效率高。5、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，蒸馏物料

受热时间短，在蒸馏温度下停留时间一般为几秒

至几十秒之间，减少了物料热分解的机会。6.分离程度更高，分子蒸馏能分离常规不易分开的物质。7.无毒、无害、无污染、无残留，可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。444、蒸馏液膜薄,传热效率高。14缺点

1.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。2.在产品高纯度获取中需多级操作45缺点15（1）曲线①（2）曲线②设某温度下氢与氧的自由程分布函数如图②①f（x）mo例46多级操作原因46（1）曲线①（2）曲线②设某温度下氢与氧的自由程分布函数由上图可以看出，氢与氧自由程的不同，使得二者得到分离。但为提高分离效率，实际中往往需要采用多级串联使用而实现不同物质的多级分离。47由上图可以看出，氢与氧自由程的不同，使得二者得到分离。与常规蒸馏技术具有以下明显的优势：(1)对于高沸点、热敏及易氧化物料的分离,分子蒸馏提供了最佳分离方法。因为分子蒸馏在远低于

物料沸点的温度下操作,而且物料停留时间短;(2)分子蒸馏可极有效地脱除液体中的物质如有机溶剂、臭味等,这对于采用溶剂萃取后液体的脱溶是非常有效的方法;(3)分子蒸馏可有选择地蒸出目的产物,去除其它杂质,通过多

级分离可同时分离2种以上的物质;(4)分子蒸馏的分馏过程是物理过程,因而可很好地保护被分

离物质不受污染和侵害。48与常规蒸馏技术具有以下明显的优势：(1)对于高沸点、热敏及不同过程中热损伤比系统类型停留时间（秒）工作压力（毫托）分解几率Z=p.t稳定性指数Z1=lgz间歇蒸馏柱4,000760×103

3×109

9.48间歇蒸馏3,00020×103

6×107

7.78旋转蒸发器3,0002×103

6×106

6.78真空循环蒸发器10020×103

2×106

6.30刮膜蒸发器柱252×103

5×104

4.70降膜蒸发器201201.30分子蒸发器101101.0049不同过程中热损伤比系统类型停留时间（秒）工作压力分解几率Z=从上表中，得到分子蒸发器的停留时间和工作压力都比较低，而且分离的到的产物比较稳定。在实际操作中，具有对设备的要求不是很高，操作周期短等优点。50从上表中，得到分子蒸发器的停留时间和工作压力都比较低，而且分蒸发器种类(1)降膜式：为早期形式，结构简单，但由于液膜厚，效率差，当今世界各国很少采用；(2)刮膜式:形成的液膜薄，分离效率高，但较降膜式结构复杂；(3)离心式：离心力成膜，膜薄，蒸发效率高，但结构复杂，真空密封较难，设备的制造成本高。51蒸发器种类(1)降膜式：为早期形式，结构简单，但由于液膜厚，刮板式技术（Wiped-FilmStyle）实验室常用技术手段采用45°对角斜槽刮板，这些斜槽会促使物料围绕蒸馏器壁向下运动，通过可控的刮板转动就能够提供一个程度很高的薄膜混合，使物料产生有效的微小的活跃运动刮板式分子蒸馏设备通过一个平缓的过程，进料液体流经一个被加热的圆柱形真空室，利用进料液体薄膜的刮擦作用，将易挥发的成分从不易挥发的成分中分离出来。52刮板式技术（Wiped-FilmStyle）实验室常对机械式刮膜来说，文献中所见到的所有膜厚都是由经验公式确定的，它们介于0.05～0.5mm之间。主要参数是：*

表面载荷（取决于蒸发器的长度）*

物料粘度*

刮片元件施加于膜上的力53对机械式刮膜来说，文献中所见到的所有膜厚主要设备发展状况德国NGW公司分子蒸馏设备，又称短程蒸馏，英文名称为：short-pathevaporator，其操作压力范围为：0.001-1000mbar。采用两级回收瓶,真空的密封性能更好。在蒸馏的同时，重相和轻相组份均能连续取样进行检测。在0.001mbar的真空条件下进行的薄膜蒸发过程称为短程蒸发过程,蒸发器中部保证集成