第五章分子蒸餾技術(shù)5.1分子蒸餾技術(shù)原理5.2分子蒸餾裝置5.3分子蒸餾技術(shù)的應(yīng)用Moleculardistillationtechnology1/27/20241概述：分子蒸餾是一種特殊的液液分離技術(shù)，它產(chǎn)生于20世紀20年代，是伴隨著人們對真空狀態(tài)下氣體分子運動論的深入研究以及真空蒸餾技術(shù)的不斷發(fā)展而興起的一種新的分離技術(shù)。目前，分子蒸餾技術(shù)已成為分離技術(shù)的一個重要分支，廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物，食品，石油化工，農(nóng)藥，塑料工業(yè)等領(lǐng)域有機物的分離。1/27/20242分子蒸餾及其特點分子蒸餾是基于不同物質(zhì)分子運動自由程的差異，在高真空下實現(xiàn)混合物分離的一種新型分離技術(shù)。與真空蒸餾差異：蒸發(fā)面和冷凝面的間距小于或等于被分離物蒸汽分子的平均自由程，蒸發(fā)面逸出的分子可無碰撞、無阻攔地傳遞擴散到冷凝面上冷凝，其蒸發(fā)傳質(zhì)速率可高達20～40g/m2s。由于分子蒸餾過程中的蒸發(fā)和冷凝面的間距小于其分子平均自由程，因此，有時也稱為短程蒸餾。1/27/20243分子蒸餾的特點在極高的真空條件下，對含有多組份的物料，使其在遠低于其沸點的溫度下進行連續(xù)液-液分離，尤其適合于高沸點、熱敏性物質(zhì)及易氧化物的高效分離提純。

1/27/20244操作溫度低常規(guī)蒸餾是靠不同物質(zhì)的沸點差進行分離的,分子蒸餾基于不同物質(zhì)分子運動自由程的差異,在遠遠低于沸點下進行操作的。常規(guī)的真空蒸餾通常在沸騰狀態(tài)下操作，由于塔板或填料的阻力較大，使操作溫度比分子蒸餾要高得多，如某一混合物的分離，采用真空蒸餾時其操作溫度為260℃，換用分子蒸餾的操作溫度可能降到160℃左右。1/27/20245蒸餾壓強低由于分子蒸餾裝置獨特的結(jié)構(gòu)形式,其內(nèi)部壓強極小,可以獲得很高的真空度。同時,由分子運動自由程公式可知,要想獲得足夠大的平均自由程,可以通過降低蒸餾壓強來獲得,一般為1×10-4Pa數(shù)量級。

1/27/20246受熱時間短受加熱面與冷凝面的間距小于輕分子的運動自由程,由液面逸出的輕分子可未經(jīng)碰撞到達冷凝面

；在薄膜狀態(tài)下，真空蒸餾受熱時間為1h，而分子蒸餾僅用十幾秒，受熱時間很短。分離程度高相對于真空蒸餾，分子蒸餾的分離程度更高，因此，分子蒸餾常用來分離常規(guī)蒸餾不易分開的物質(zhì)。1/27/20247幾種產(chǎn)物的分子蒸餾與真空蒸餾比較操作條件/原料名稱亞油酸魚油乙酯天然育酚(VE)蒸發(fā)溫度(℃)分子蒸餾真空蒸餾140200130～140220160260真空度（Pa）分子蒸餾真空蒸餾1～320～301～320～30＜120～30產(chǎn)物收率(%)分子蒸餾真空蒸餾958090758055產(chǎn)物外觀(純度)分子蒸餾真空蒸餾微黃色液體棕紅色液體淡黃色液體棕紅色液體棕紅色液體棕褐色液體1/27/20248分子間存在相互作用力。當分子相距較遠時，分子間以吸引力為主。當分子相互接近到一定距離之后，分子間排斥力迅速增加。當接近到一定程度時，由于斥力的作用，兩分子發(fā)生斥離（排斥而分離）。分子碰撞：分子由吸引而接近至排斥而分離的過程。分子碰撞：5.1分子蒸餾技術(shù)原理1/27/20249分子運動平均自由程

分子運動自由程：一個分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經(jīng)歷的路程。任何一個分子的自由程都在不斷變化，在一定條件下，不同物質(zhì)的分子運動自由程不同。分子平均自由程：在一定時間間隔內(nèi)，大量同種物質(zhì)的分子自由程的平均值。它受溫度、壓力及分子有效直徑影響。分子有效直徑：分子在碰撞過程中，兩分子質(zhì)心的最短距離，即發(fā)生斥離的質(zhì)心距離。1/27/202410分子運動平均自由程的數(shù)學公式：不同種類物質(zhì)的分子，由于其有效直徑不同，所以平均自由程不同。即不同種類物質(zhì)分子逸出液面后不與其它分子碰撞的飛行距離不同。lm－平均自由程；Ｐ－運動分子所處空間的壓強；Ｔ－運動分子的環(huán)境溫度；Ｋ－波爾茲曼常數(shù)；

d－分子有效直徑。1/27/202411常規(guī)蒸餾分離基于不同物質(zhì)沸點差異；分子蒸餾基于不同物質(zhì)分子運動的平均自由程的差異。1/27/202412分子蒸餾過程熱量通過加熱面快速傳遞到流動的薄層液膜內(nèi)，分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴散；在高真空、遠低于沸點的溫度下，分子從液膜表面自由蒸發(fā)；基于真空抽力，蒸發(fā)分子向冷凝面飛射；分子自由程大于蒸發(fā)面－冷凝面距離的分子在冷凝面上冷凝，小于蒸發(fā)面－冷凝面距離的分子不能到達冷凝面；沒有蒸發(fā)的重組分和返回加熱面上的極少量輕組分由于重力或離心力作用落到加熱器底部。1/27/202413不同分子量組分的分子蒸餾原理ll1/27/2024145.2分子蒸餾裝置加熱系統(tǒng)冷凝系統(tǒng)控制系統(tǒng)物料輸入系統(tǒng)真空系統(tǒng)物料輸出系統(tǒng)蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)冷凝系統(tǒng)分子蒸餾裝置構(gòu)造框圖

1/27/202415真空間歇蒸餾物料在蒸餾釜內(nèi)停留時間較長，且處于沸點狀態(tài)，所以殘留物甚至餾出物經(jīng)常發(fā)生熱破壞。1/27/202416降膜式蒸發(fā)器成膜質(zhì)量主要取決于:重力、物料的粘度和給料流率;降膜成層流狀態(tài)，導致膜上出現(xiàn)“死點”，使物料過熱而熱分解;膜層中存在較大的溫度梯度，妨礙了最佳蒸餾效果1/27/202417刮膜式蒸發(fā)器機械“刮膜”，溫度梯度和死點被大大減小極限真空有限，有較高的流阻1/27/202418分子蒸餾裝置內(nèi)部冷凝器，流阻小，極限真空高1/27/202419分子蒸餾器的模式離心薄膜式轉(zhuǎn)子刮膜式主要區(qū)別在于物料形成薄膜的方法不同現(xiàn)在國內(nèi)、外的工業(yè)化裝置以轉(zhuǎn)子刮膜式為主1/27/202420離心薄膜式分子蒸餾器

1/27/202421轉(zhuǎn)子刮膜式分子蒸餾器1/27/2024225.3分子蒸餾技術(shù)的應(yīng)用

適合分離分子量差別大的液體混合物（如同系物）。不適合異構(gòu)體分離。異構(gòu)體不僅分子量相同，而且多數(shù)情況下物理和化學性質(zhì)差異也不很大。適合分離高沸點、熱敏性、易氧化（或易聚合）物質(zhì)。如中藥有效成分、天然產(chǎn)物的分離等。對于分子量相同或相近的物質(zhì)，如果它們的沸點或分子結(jié)構(gòu)等其它性質(zhì)差異較大，同樣也可分離。設(shè)備昂貴、運行成本也高，只適合高附加值物質(zhì)的分離。

1/27/202423分子蒸餾技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域脫除熱敏性物質(zhì)中的輕分子（氣味不純物、殘留溶劑或小分子雜質(zhì)）。如：香精香料、大蒜油、姜油的脫臭，天然產(chǎn)物脫溶劑。產(chǎn)品脫色和除雜質(zhì)。色澤多為重分子所致，也共存重分子雜質(zhì)。避免和減少熱敏物質(zhì)的損傷與破壞。需要避免環(huán)境污染的分離問題。如：傳統(tǒng)脫除甘油三酸酯中游離脂肪酸的方法是先用NaOH使游離酸皂化，然后水洗得到純的甘油三酸酯。該方法不僅使甘油三酸酯也大量被皂化，而且所用試劑污染產(chǎn)品和環(huán)境。分子蒸餾技術(shù)可在不污染環(huán)境的前提下，既得到高品質(zhì)甘油三酸酯，同時還可得到游離脂肪酸副產(chǎn)品。產(chǎn)品與催化劑的分離。傳統(tǒng)分離方法會使催化劑破壞或失活。1/27/202424應(yīng)用情況簡介石油化工方面塑料工業(yè)方面食品工業(yè)方面醫(yī)藥方面香料工業(yè)方面1/27/202425事例1

1/27/202426事例2

1/27/202427事例3

1/27/202428事例4

1/27/202429事例5

1/27/2024301.酸性氯化物2.氨基酸酯3.葡萄糖衍生物4.吲哚5.萜酯6.天然和合成維生素7.互葉白千層油8.辣椒堿9.大蒜素的精制10.川芎11.當歸姜油中草藥有效成分的提純制藥應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品1/27/202431化工1．醇類2.

—酯3.乙二醇醚4.除草劑5.全能碳氫化合物6．殺蟲劑7.硅油8.妥爾革柔油1/27/2024321．環(huán)氧樹脂2.環(huán)氧化油3.異氰酸鹽

4.增塑劑5.穩(wěn)定劑

塑料1/27/2024331．脂肪酸及衍生物2.二聚酯肪酸3.魚油4.小麥胚芽油5．種子油6.單甘油酯7.雙甘油酯8.生育酚9.黃油塑料1/27/2024341．鹽基油2.亮庫存油3.潤滑油4.石蠟油5.瀝青殘留物6.焦油石油化工1/27/2024351．羊毛酯酸2.羊毛酯醇

3.烷基多酣

4.海藻、金雀花、褐苔、鮮花、根菜作物、辣椒的提取物日化1/27/2024361．廣藿香油2.玫瑰油3.山倉子油4.桉葉油（茶樹油）5.香茅油6.橙油7.紫羅蘭酮香料香精1/27/202437典型