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2021/3/41第五章分子蒸馏技术5.1分子蒸馏技术原理5.2分子蒸馏装置5.3分子蒸馏技术的应用Moleculardistillationtechnology2021/3/42概述：分子蒸馏是一种特殊的液液分离技术，它产生于20世纪20年代，是伴随着人们对真空状态下气体分子运动论的深入研究以及真空蒸馏技术的不断发展而兴起的一种新的分离技术。目前，分子蒸馏技术已成为分离技术的一个重要分支，广泛应用于天然产物，食品，石油化工，农药，塑料工业等领域有机物的分离。2021/3/43分子蒸馏及其特点分子蒸馏是基于不同物质分子运动自由程的差异，在高真空下实现混合物分离的一种新型分离技术。与真空蒸馏差异：蒸发面和冷凝面的间距小于或等于被分离物蒸汽分子的平均自由程，蒸发面逸出的分子可无碰撞、无阻拦地传递扩散到冷凝面上冷凝，其蒸发传质速率可高达20～40g/m2s。由于分子蒸馏过程中的蒸发和冷凝面的间距小于其分子平均自由程，因此，有时也称为短程蒸馏。2021/3/44分子蒸馏的特点在极高的真空条件下，对含有多组份的物料，使其在远低于其沸点的温度下进行连续液-液分离，尤其适合于高沸点、热敏性物质及易氧化物的高效分离提纯。2021/3/451.操作温度低常规蒸馏是靠不同物质的沸点差进行分离的,分子蒸馏基于不同物质分子运动自由程的差异,在远远低于沸点下进行操作的。常规的真空蒸馏通常在沸腾状态下操作，由于塔板或填料的阻力较大，使操作温度比分子蒸馏要高得多，如某一混合物的分离，采用真空蒸馏时其操作温度为260℃，换用分子蒸馏的操作温度可能降到160℃左右。2021/3/462.蒸馏压强低由于分子蒸馏装置独特的结构形式,其内部压强极小,可以获得很高的真空度。同时,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,一般为1×10-4Pa数量级。2021/3/49分子间存在相互作用力。当分子相距较远时，分子间以吸引力为主。当分子相互接近到一定距离之后，分子间排斥力迅速增加。当接近到一定程度时，由于斥力的作用，两分子发生斥离（排斥而分离）。分子碰撞：分子由吸引而接近至排斥而分离的过程。分子碰撞：5.1分子蒸馏技术原理2021/3/410分子运动平均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历的路程。任何一个分子的自由程都在不断变化，在一定条件下，不同物质的分子运动自由程不同。分子平均自由程：在一定时间间隔内，大量同种物质的分子自由程的平均值。它受温度、压力及分子有效直径影响。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。2021/3/411分子运动平均自由程的数学公式：mlKdTp22不同种类物质的分子，由于其有效直径不同，所以平均自由程不同。即不同种类物质分子逸出液面后不与其它分子碰撞的飞行距离不同。lm－平均自由程；Ｐ－运动分子所处空间的压强；Ｔ－运动分子的环境温度；Ｋ－波尔兹曼常数；d－分子有效直径。2021/3/412常规蒸馏分离基于不同物质沸点差异；分子蒸馏基于不同物质分子运动的平均自由程的差异。2021/3/413分子蒸馏过程1.热量通过加热面快速传递到流动的薄层液膜内，分子从液相主体向蒸发表面扩散；2.在高真空、远低于沸点的温度下，分子从液膜表面自由蒸发；3.基于真空抽力，蒸发分子向冷凝面飞射；4.分子自由程大于蒸发面－冷凝面距离的分子在冷凝面上冷凝，小于蒸发面－冷凝面距离的分子不能到达冷凝面；5.没有蒸发的重组分和返回加热面上的极少量轻组分由于重力或离心力作用落到加热器底部。2021/3/414不同分子量组分的分子蒸馏原理ll2021/3/4155.2分子蒸馏装置加热系统冷凝系统控制系统物料输入系统真空系统物料输出系统蒸发系统内冷凝系统分子蒸馏装置构造框图2021/3/416真空间歇蒸馏物料在蒸馏釜内停留时间较长，且处于沸点状态，所以残留物甚至馏出物经常发生热破坏。2021/3/417降膜式蒸发器成膜质量主要取决于:重力、物料的粘度和给料流率;降膜成层流状态，导致膜上出现“死点”，使物料过热而热分解;膜层中存在较大的温度梯度，妨碍了最佳蒸馏效果2021/3/418刮膜式蒸发器机械“刮膜”，温度梯度和死点被大大减小极限真空有限，有较高的流阻2021/3/419分子蒸馏装置内部冷凝器，流阻小，极限真空高2021/3/420分子蒸馏器的模式离心薄膜式转子刮膜式主要区别在于物料形成薄膜的方法不同现在国内、外的工业化装置以转子刮膜式为主2021/3/421离心薄膜式分子蒸馏器2021/3/422转子刮膜式分子蒸馏器2021/3/4235.3分子蒸馏技术的应用适合分离分子量差别大的液体混合物（如同系物）。不适合异构体分离。异构体不仅分子量相同，而且多数情况下物理和化学性质差异也不很大。适合分离高沸点、热敏性、易氧化（或易聚合）物质。如中药有效成分、天然产物的分离等。对于分子量相同或相近的物质，如果它们的沸点或分子结构等其它性质差异较大，同样也可分离。设备昂贵、运行成本也高，只适合高附加值物质的分离。2021/3/424分子蒸馏技术的主要应用领域脱除热敏性物质中的轻分子（气味不纯物、残留溶剂或小分子杂质）。如：香精香料、大蒜油、姜油的脱臭，天然产物脱溶剂。产品脱色和除杂质。色泽多为重分子所致，也共存重分子杂质。避免和减少热敏物质的损伤与破坏。需要避免环境污染的分离问题。如：传统脱除甘油三酸酯中游离脂肪酸的方法是先用NaOH使游离酸皂化，然后水洗得到纯的甘油三酸酯。该方法不仅使甘油三酸酯也大量被皂化，而且所用试剂污染产品和环境。分子蒸馏技术可在不污染环境的前提下，既得到高品质甘油三酸酯，同时还可得到游离脂肪酸副产品。产品与催化剂的分离。传统分离方法会使催化剂破坏或失活。2021/3/425应用情况简介•石油化工方面•塑料工业方面•食品工业方面•医药方面•香料工业方面2021/3/426事例12021/3/427事例22021/3/428事例32021/3/429事例42021/3/430事例52021/3/4311.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12.姜油13.中草药有效成分的提纯制药应用领域和产品2021/3/432化工1．醇类2.—酯3.乙二醇醚4.除草剂5.全能碳氢化合物6．杀虫剂7.硅油8.妥尔革柔油2021/3/4331．环氧树脂2.环氧化油3.异氰酸盐4.增塑剂5.稳定剂塑料2021/3/4341．脂肪酸及衍生物2.二聚酯肪酸3.鱼油4.小麦胚芽油5．种子油6.单甘油酯7.双甘油酯8.生育酚9.黄油塑料2021/3/4351．盐基油2.亮库存油3.润滑油4.石蜡油5.沥青残留物6.焦油石油化工2021/3/4361．羊毛酯酸2.羊毛酯醇3.烷基多酣4.海藻、金雀花、褐苔、鲜花、根菜作物、辣椒的提取物日化2021/3/4371．广藿香油2.玫瑰油3.山仓子油4.桉叶油（茶树油）5.香茅油6.橙油7.紫罗兰酮香料香精2021/3/438典型的三级分子蒸馏流程图:2021/3/439广受科研人员欢迎的实验型设备：MD-S802021/3/440中试型设备：MD-S1502021/3/441MD-S3002021/3/442MD-S5002021/3/443MD-S9001000吨/年分子蒸馏单甘脂装置2021/3/444MDL-150（离心式）