分子蒸馏技术PPT课件
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《化工原理蒸馏》课件
蒸馏的原理与流程
蒸馏原理
基于不同组分在汽化、冷凝过程中的物理性质差异，通过控制温度和压力，使 不同组分得以分离。
蒸馏流程
包括加热、汽化、冷凝、收集等步骤，通过优化流程参数，提高分离效果和效 率。
蒸馏在化工中的应用
01
02
03
石油化工
蒸馏是石油化工中常用的 分离方法，用于生产汽油 、柴油、煤油等。
02
数学模型通过建立数学方程来描述蒸馏塔内各相之间的传递和
反应过程，以便对蒸馏过程进行模拟和优化。
常见的蒸馏过程数学模型包括质量传递、动量传递和热量传递
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模型，以及涉及化学反应的模型。
蒸馏过程的模拟软件介绍
01
蒸馏过程的模拟软件是用于模 拟和优化蒸馏过程的计算机程 序。
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这些软件基于数学模型，通过 数值方法求解描述蒸馏过程的 偏微分方程，以预测蒸馏塔的 操作性能和优化设计。
蒸馏压力也影响蒸馏效率和产品质量。在 高压下，液体沸点升高，可分离沸点更接 近的组分。
蒸馏速率
回流比
蒸馏速率决定了蒸馏过程的效率。过快的 蒸馏速率可能导致产品质量下降，而慢速 蒸馏则可以提高产品质量和分离效果。
回流比是影响蒸馏效率和产品纯度的关键 参数。增大回流比可以提高产品纯度，但 也会增加能耗和操作成本。
新型塔板和填料的应用
采用新型塔板和填料可以提高蒸馏效率和分离效果，降低能耗和 操作成本。
强化传热传质技术
采用强化传热传质技术可以提高蒸馏效率，减小设备体积和操作成 本。
过程集成与优化
通过过程集成与优化，实现蒸馏过程的节能减排和资源高效利用。
04
蒸馏过程的模拟与计算
蒸馏过程的数学模型
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分子蒸馏与水蒸气蒸馏解析PPT课件
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• 旋 转 刮 膜 式 （ wiped-film evaporator)分子蒸馏设备组成部分:
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6.4 离心式分子蒸馏装置
离心式(centrifugal evaporator)分子蒸馏装置是将物料送到高速旋转的 转盘中央，并在旋转面扩展形成薄膜，同时加热蒸发，使轻组分到对面的冷凝面冷 凝。该装置是目前较为理想的分子蒸馏装置，但与其它两种装置相比，要求有高速 旋转的转盘，又需要较高的真空密封技术。
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3 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。
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第19页/共68页
5 分子蒸馏技术的特点
第20页/共68页
5.1 操作温度低
常规蒸馏是靠不同物质的沸点差进行分离的，而分子蒸馏是靠不同物质的 分子运动平均自由程的差别进行分离的，也就是说后者在分离过程中，蒸气分子 一旦由液相中逸出（挥发）就可实现分离，而并非达到沸腾状态。因此，分子蒸 馏是在远离沸点下进行操作的。
1. 几个基本概念
第2页/共68页
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。
M1
r
• 旋 转 刮 膜 式 （ wiped-film evaporator)分子蒸馏设备组成部分:
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6.4 离心式分子蒸馏装置
离心式(centrifugal evaporator)分子蒸馏装置是将物料送到高速旋转的 转盘中央，并在旋转面扩展形成薄膜，同时加热蒸发，使轻组分到对面的冷凝面冷 凝。该装置是目前较为理想的分子蒸馏装置，但与其它两种装置相比，要求有高速 旋转的转盘，又需要较高的真空密封技术。
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3 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。
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5 分子蒸馏技术的特点
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5.1 操作温度低
常规蒸馏是靠不同物质的沸点差进行分离的，而分子蒸馏是靠不同物质的 分子运动平均自由程的差别进行分离的，也就是说后者在分离过程中，蒸气分子 一旦由液相中逸出（挥发）就可实现分离，而并非达到沸腾状态。因此，分子蒸 馏是在远离沸点下进行操作的。
1. 几个基本概念
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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。
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分子蒸馏的原理及设备课件ppt
气管盘F，此前设置一
油气分离球D，然后
再进入一内加热、外
冷凝的降膜分离器，
蒸出物进入接受器K，
蒸余物进入接受器J，
流程系统中设有真空
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系统E、G
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三、分子蒸馏设备
5、简易离心式分子蒸馏实验装置
该装置为早期的离心式实验
装置，是一种带循环的间歇蒸馏
装置。由泵从贮罐中将液体打入
分离器内锥形盘中，由马达带动
锥形盘旋转，而使液体形成薄膜，
并向锥形盘周边移动，液膜被加
热后，易挥发物被蒸出，在真空
罩周围冷凝，顺着蒸出物液槽流
出至蒸出液瓶中，蒸余物则顺蒸
余物液槽流出至蒸余物贮罐中，
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蒸余物再循环蒸馏。
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三、分子蒸馏设备
5、简易离心式分子蒸馏实验装置
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三、分子蒸馏设备
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三、分子蒸馏设备
2、全套装置的系统组成
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三、分子蒸馏设备
2、全套装置的系统组成
蒸发系统以分子蒸馏蒸发器为核心，可以是单级，也可以 是两级或多级。该系统中除蒸发器外，往往还设置一级蒸 发系统以分子蒸馏蒸发器为核心，可以是单级，或多级冷 阱。
物料输入、输出系统以计量泵、级间输料泵和物料输出泵 等组成，主要完成系统的连续进料与排料功能。
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二、分子蒸馏原理
2、分子蒸馏原理
液体混合物沿加热板自上而下 流动，被加热后能量足够的分子 逸出液面。
离液面距离小于轻分子的分子 运动平均自由程而大于重分子的 分子运动平均自由程处设置一冷 凝板。
分子蒸馏分离方法ppt
分离效率(由相对 挥发度表示)
低
高
2.1.2 分子蒸馏与真空蒸馏的比较
原料名称 操 作 蒸发温度℃ 条 件
亚油酸
分子蒸馏 真空蒸馏 分子蒸馏 真空蒸馏 分子蒸馏 真空蒸馏 140 200 1~3 20~30 95 80
鱼油乙酯
130~140 220 1~3 20~30 90 75
天然生育（VE）
160 260 ＜1 20~30 80 55
液膜厚度随进料温度的增加急剧下降 不同进料温度下，薄膜表面温度趋于一致 进料量越大，越难达到薄膜表面温度
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3.4 分子蒸馏技术的优势
• 对于高沸点、热敏及易氧化物料的分离，分子蒸馏提供了 最佳的方法； • 对于混合液中的低分子物质（如有机溶剂、臭味物等）的 脱除，分子蒸馏较常规蒸馏有效得多； • 分离蒸馏可以通过真空度的调节，有选择的蒸出目的产物
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设 Vm为某一分子的平均速度；f 为碰撞频 率；λm为平均自由程 则λm=Vm/f ∴f=Vm/λm
d 2 P f Vm • KT
由热力学原理可知：
m T 2 2 d P
则
T m 2 2 d P
d 为分子的有效直径 , p 为分子所处空间的 压强, T 为分子所处环境的温度 , k 为波尔 兹曼常数
图1 蒸发温度对色素色价和色素吸光比的影响
图2 转速对色素色价和色素吸光比的影响
图3 进料温度对色素色价和色素吸光比的影响
图4 进料速度对色素色价和色素吸光比的影响
王芳芳, 江英, 苏丽娜. 应用分子蒸馏技术分离提纯辣椒红色素[J]. 食品科技, 2009(2):196-199.
蒸馏设备PPT课件
刮膜式分子蒸馏器1
• 结构和工作：该装置改进了降膜式分子蒸馏器的不足，在蒸馏器内设置可转动的刮板，把物料
迅速刮成厚度均匀、连续更新的液膜，低沸点组分首先从薄膜表面挥发，径直飞向中间冷凝器，冷凝成液 相，并流向蒸发器的底部，经流出口流出；不挥发性组分从残留口流出；不凝性气体从真空口排出。
刮膜式分子蒸馏器2
• 应保证冷凝面与蒸发面的间距与给定气压下蒸发分子的平均自由程同一量级，分子在两个面间的活动无阻 碍；
• 冷凝面温度应低于蒸发面50~100℃；
分子蒸馏技术的原理7(设计条件2）
• 被蒸馏物料在蒸发面应能形成连续更新、覆盖完全、厚度均匀的薄膜，并控制物料停留时间，以提高蒸发 效率，防止成分破坏。
分子蒸馏设备1
填料将被挤坏。
• 板式塔便于检修与清洗。
填料塔的选型原则1
• 要求低压降应选择填料塔。 • 易发泡的填料，在板式塔中易引起液泛，填料则可使大多数泡沫破裂； • 处理腐蚀性物料时，选用填料塔较为有利，因为填料用途很广泛； • 传质速率受气膜控制时，选用填料塔。 • 塔径小于800mm时，用填料塔为宜。
蒸馏与吸收 设备
介绍蒸馏、吸收单元操作所应用的塔设备 结构、类型；分子蒸馏机理与设备
蒸馏概述1
• 原理：利用液体混合物中各组分挥发度的差异而进行分离的一种 单元操作。将料液加热使其部分汽化，易挥发组分在蒸汽中增 浓，而难挥发组分在液体中增浓。
• 精馏：蒸馏的多级操作，通过多次部分汽化和部分部分冷凝，使 液相中难挥发组分浓度近乎纯态，气相中易挥发组分近乎纯态。
• 有常规蒸馏不可比拟的优点：蒸馏压力低、受热时间短、操作温度低和分离程度高等。 • 为一种新型、特殊的分离、精制技术，成功解决了高沸点在极高的真空度下，依据混合物分子运动平均自由程的差别，使液体在远低于其沸点的温度下迅速得到分 离。
分子蒸馏PPT
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2、脱除产品的ห้องสมุดไป่ตู้质及颜色 分子蒸馏可被用作有效的脱色 及提纯手段，使产品纯度更高，色泽 更好。如应用于脂肪酸及其衍生物、 醇及其衍生物等的精制，这类产品如 芥酸、亚油酸、亚麻酸、二聚脂肪酸 、油酸酰胺、芥酸酰胺、油酸单甘油 酯、硬脂酸单甘油酯、丙二醇酯、高 碳醇等。
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3、降低热敏性物质的热损伤 采用分子蒸馏技术可有效地降低热 敏性物质的热损伤，提高产品的得率， 降低产品成本。 4、改进传统生产工艺，进行清洁生产。 5、改进传统合成工艺条件。
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（一）分子蒸馏工业化应用领域：
由分子蒸馏技术的原理及其特点来看，它 可应用于工农业、海洋业等领域的各个方面。 1 、石油化工领域： （1）原油的分离与精制如生产低蒸气压油（如 真空泵油等）；制取高黏度润滑油；碳氢化合 物的分离；原油的渣油及其类似物质的分离等 。 （2）化工及精细化工化工中间体的精制及表面 活性剂的提纯等，如高碳醇及烷基多苷、羊毛 酯酸、羊毛醇酸等的制取等。
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20世纪的30-60 年代是分子蒸馏装备技术发展的黄 金时，至60年代，日、英、美、德、法及前苏联均有多套 大型工业化装置投入工业应用。技术研究也十分活跃， Detwlier在1941年检索到了250篇左右的有关分子蒸 馏课题的文献。但由于相关技术的发展还很落后，致使当 时分子蒸馏技术及装备在总体上还不够完善。例如，分子 蒸馏蒸发器的分离效率还有待提高，密封及真空获得技术 还有待改进，应用领域还有待拓展，分离成本还有待降低 等。所有这些都是后来的研究者改进的方向。从上世纪60 年代至今的40多年来，各国研究者均十分重视这一领域的 研究，不断有新的专利和文献出现；同时也出现了一些专 业的技术公司专门从事分子蒸馏器的开发制造，如德国的 GEA公司，美国的POPE公司，日本的神岗公司等，使分 子蒸馏技术的工业应用得到了进一步发展。
2、脱除产品的ห้องสมุดไป่ตู้质及颜色 分子蒸馏可被用作有效的脱色 及提纯手段，使产品纯度更高，色泽 更好。如应用于脂肪酸及其衍生物、 醇及其衍生物等的精制，这类产品如 芥酸、亚油酸、亚麻酸、二聚脂肪酸 、油酸酰胺、芥酸酰胺、油酸单甘油 酯、硬脂酸单甘油酯、丙二醇酯、高 碳醇等。
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3、降低热敏性物质的热损伤 采用分子蒸馏技术可有效地降低热 敏性物质的热损伤，提高产品的得率， 降低产品成本。 4、改进传统生产工艺，进行清洁生产。 5、改进传统合成工艺条件。
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（一）分子蒸馏工业化应用领域：
由分子蒸馏技术的原理及其特点来看，它 可应用于工农业、海洋业等领域的各个方面。 1 、石油化工领域： （1）原油的分离与精制如生产低蒸气压油（如 真空泵油等）；制取高黏度润滑油；碳氢化合 物的分离；原油的渣油及其类似物质的分离等 。 （2）化工及精细化工化工中间体的精制及表面 活性剂的提纯等，如高碳醇及烷基多苷、羊毛 酯酸、羊毛醇酸等的制取等。
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20世纪的30-60 年代是分子蒸馏装备技术发展的黄 金时，至60年代，日、英、美、德、法及前苏联均有多套 大型工业化装置投入工业应用。技术研究也十分活跃， Detwlier在1941年检索到了250篇左右的有关分子蒸 馏课题的文献。但由于相关技术的发展还很落后，致使当 时分子蒸馏技术及装备在总体上还不够完善。例如，分子 蒸馏蒸发器的分离效率还有待提高，密封及真空获得技术 还有待改进，应用领域还有待拓展，分离成本还有待降低 等。所有这些都是后来的研究者改进的方向。从上世纪60 年代至今的40多年来，各国研究者均十分重视这一领域的 研究，不断有新的专利和文献出现；同时也出现了一些专 业的技术公司专门从事分子蒸馏器的开发制造，如德国的 GEA公司，美国的POPE公司，日本的神岗公司等，使分 子蒸馏技术的工业应用得到了进一步发展。
江南大学食品学院-分子蒸馏分离技术PPT
分子运动自由程——一个分子相邻两次碰撞 之间所走的路程。 分子运动平均自由程：
m－平均自由程 d—分子的有效直径 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
• 不同物质因其有效直径不同，因而分子平均 自由程不同； 轻分子的平均自由程大，重分 子的平均自由程小； • 若在离液面小于轻分子平均自由程而大于重 分子平均自由程处设置一冷凝面，使得轻分 子不经分子碰撞直接落在冷凝面上被冷凝， 破坏了轻分子的动态平衡，使得轻分子继续 不断逸出。而重分子因达不到冷凝面，很快 趋于动态平衡。这样就将混合物分离了； • 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。（Short—Path Distillation）
分子蒸馏
MOLECULAR DISTILLATION
概述 分子蒸馏的原理 分子蒸馏的过程 分子蒸馏的特征 分子蒸馏的装置 分子蒸馏的应用
5.1 概述
• 分子蒸馏是一种特殊的液－液分离技术， 在高真空条件下，液体分子受热从液面逸 出，利用不同分子平均自由程差异而导致 其表面蒸发速率不同而达到分离的目的。 • 分子蒸馏能使液体在远低于其沸点的温度 下将其分离，而且组分在受热情况下停留 时间很短（0.1-10s），因此该方法已成为 分离目的产物最温和的蒸馏方法，特别适 用于高沸点、热敏性及易氧化物质的分离。
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（3）刮膜式分子蒸 馏设备
结构的主要特点是在刷 膜式釜中设置一聚四氟 乙烯制的转动刮板,既保 证液体能够均匀覆盖蒸 液体能够均匀 盖蒸 发表面,又可使下流液层 得到充分搅动,从而强化 了物料的传热和传质过 程,提高了分离效能。
（4）离心式分子蒸馏 装置
将物料送到高速旋转的转盘 中央，并在旋转面扩展形成 薄膜，同时加热蒸发，使之 与对面的冷凝面凝缩，该装 置是目前较为理想的分子蒸 馏装置 但要求有高速旋转 馏装置，但要求有高速旋转 的转盘,又需要较高的真空 密封技术。 特点: ①液膜在旋转的转盘表面形成的液膜极薄且分布均匀, 蒸发速率和分离效率很高。 ②受热时间更短,料液热裂解的几率低。 ③连续处理量更大, 适合于工业化连续性生产。
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分子蒸馏在食品分离中的应用
1、具有不同沸点产品的分离 • 如脂肪酸甘油单酯的分离： • 脂肪酸甘油三酯的水解产物由甘油单酯和
甘油双酯组成，如何分离得到甘油单酯呢？ 可以采用分馏方法吗？
• 必须采用分子蒸馏法提纯：二级分子蒸馏 流程，可得含量大于90%的单甘酯产品。
2、从混合物中分离低含量的成分
3．过程
普通蒸馏的蒸发和冷凝是可逆过程，液相 和气相之间处于动态相平衡；而在分子蒸 馏过程中，从加热面逸出的分子直接飞射 到冷凝面上，理论上没有返回到加热面的 可能性。
• 因此分子蒸馏特别适用高沸点、相对分子 质量差异较大、热稳定性差的有机混合液 体的分离，能大大降低高沸点物料的分离 成本，并极好保证物料的原有品质。
• 液体混合物为达到分离的目的，首先进行 加热，能量足够的分子逸出液面，轻分子 的平均自由程大，重分子平均自由程小。
• 若在离液面小于轻分子的平均自由程而大 于重分子平均自由程处设置一冷凝面，使 得轻分子不断被冷凝，从而破坏了轻分子 的动平衡而使混合液中的轻分子不断逸出， 而重分子因达不到冷凝面很快趋于动态平 衡，不再从混合液中逸出，这样，液体混 合物便达到了分离的目的。
4、分子蒸馏的分离程度更高。
由以上特点可以看出，分子蒸馏技术，能 分离常规蒸馏不易分离的物质。
分子蒸馏和常规蒸馏的区别
1．温度
• 普通蒸馏是在沸点温度下进行分离操作， 而分子蒸馏只要冷热两个面之间达到足够 的温度差，就可以在任何温度下进行分离， 因而分子蒸馏操作温度远低于物料的沸点。
2．现象
普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象，而分子蒸馏 是液膜表面的自由蒸发，操作压力很低， 一般为0.1-1Pa数量级；受热时间很短．一 般仅为十秒至几十秒。
分子蒸馏技术 在天然维生素A提取中的应用
• 天然维生素A是分子蒸馏技术最早工业化应 用的品种之一。早在上世纪中期，人们就 完成了从鱼肝油中蒸馏维生素A的工业化生 产。但当时的分子蒸馏蒸发器体积庞大， 分离效率很差。
• 即使如此，分子蒸馏技术在天然维生素A的 提纯中的作用一直被作为分子蒸馏技术应 用的经典范例。一方面，天然维生素A作为 一种高沸点、热敏性物质，其工业化生产 需要新型的分离技术，另一方面，分子蒸 馏技术的发展需要以典型产品为突破口。 两者的有机结合促进了共同进步。
分子蒸馏的操作压一般约为0.1～1Pa数量级。
2、操作温度低。
分子蒸馏依靠分子运动平均自由程的差别 实现分离，并不需要到达物料的沸点，加 之分子蒸馏的操作真空度更高，这又进一 步降低了操作温度。
3、分离过程中物料受热时间短。
分子蒸馏在蒸发过程中，物料被强制形成 很薄的液膜，并被定向推动，使得液体在 分离器中停留时间很短。特别是轻分子， 一经逸出就马上冷凝，受热时间更短，一 般为几秒或十几秒。这样，使物料的热损 伤很小，特别对热敏性物质的分离过程提 供了传统蒸馏无法比拟的操作条件。
• 采用二级分子蒸馏，可以从油中分离VA或 VE。
分子蒸馏技术 在天然维生素E生产中的应用
• 天然维生素E的提取技术很多，如：化学溶 剂萃取法、尿素沉淀法、减压蒸馏法、多 级精馏法、分子蒸馏法、超临界CO2萃取法 等。
• 但无论何种方法，要生产出品质优良的天 然维生素E产品，最关键的问题就是提取与 分离工艺是否先进，需满足一些基本条件食品分离中的应用
简介
• 分子蒸馏是一项较新的尚未广泛应用于工 业化生产的分离技术，能解决大量常规蒸 馏技术所不能解决的问题。
• 分子蒸馏是一种特殊的液－液分离技术， 能在极高真空下操作，它依据分子运动平 均自由程的差别，能使液体在远低于其沸 点的温度下将其分离，特别适用于高沸点、 热敏性及易氧化物系的分离。
• 该项技术用于纯天然保健品的提取，可摆 脱化学处理方法的束缚，真正保持了纯天 然的特性，使保健产品的质量迈上一个新 台阶。
• 自本世纪三十年代出现以来，得到了世界 各国的重视。到本世纪六十年代，为适应 浓缩鱼肝油中维生素Ａ的需要，分子蒸馏 技术得到了规模化的工业应用。
• 特别是从八十年代末以来，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发展。
• 我国对分子蒸馏技术的研究起步较晚，八 十年代末期，国内引进了几套分子蒸馏生 产线，用于硬脂酸单甘酯的生产。国内的 科研人员也曾经作过一些研究，但未见工 业化应用的报道。
• 在应用领域方面，国外已在数种产品中进 行工业化生产。特别是近几年来在天然物
质的提取方面应用较为突出，如：从鱼油 中提取EPA与DHA、从植物油中提取天然 维生素E等。另外，在精细化工中间体方面 的提取和分离，品种也越来越多。
分子蒸馏技术的基本原理
• 分子蒸馏不同于一 般的蒸馏技术。它 是运用不同物质分 子运动平均自由程 的差别而实现物质 的分离，因而能够 实现在远离沸点下 操作。
• 根据分子运动理论，液体混合物的分子 受热后运动会加剧，当接受到足够能量 时，就会从液面逸出而成为气相分子， 随着液面上方气相分子的增加，有一部 分气体就会返回液体，在外界条件保持 恒定情况下，就会达到分子运动的动态 平衡。从宏观上看达到了平衡。
1、最大程度地保护好产品的天然品质。 2、产品必须保证没有化学污染。 3、生产工艺必须具备工业经济价值。
• 要满足上述要求，单纯的溶剂萃取法不行， 因为溶剂会残留在产品中，传统的减压与 精馏法也不行，因为极高的操作温度会使 VE 产品受损及产生新的杂质。直接用超临 界萃取法从工业角度看也不经济。因此， 既能符合产品的安全要求，又具备工业价 值，优选的方法就是分子蒸馏法。
定义
分子蒸馏---在蒸馏过程中，通过特别的措 施，增大离开液相的分子流而减少返回液 相的分子流，实现从液相到气相的单一分 子流的流向的技术。
分子蒸馏的特征
由分子蒸馏的原理可以看出，分子蒸馏有 许多常规蒸馏所不具备的特点。
1、操作真空度高。
由于分子蒸馏的冷热面间的间距小于轻分子 的平均自由程，蒸发面的实际操作真空度比 传统真空蒸馏的操作真空度高出几个数量级。