第四章 分子蒸馏分离技术
分子蒸馏技术
稳定性指 数Z1=lgz 9.48 7.78 6.78 6.30 4.70 1.30 1.00
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降膜蒸发器 分子蒸发器
• 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。
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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。
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。
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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。
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蒸馏操作过程
加料
刮膜
蒸发
冷凝
收集
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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 11 可以在瞬间完成。
分子蒸馏技术
三、分子蒸馏的分离流程及设备
分子蒸馏的主要结构由加热器、捕集器、 高真空系统组成。如下图：
分子蒸馏技术的工业化应用
1、分子蒸馏技术的应用原则 、
1.1分子蒸馏适用于不同物质分子量差别较大的液 体混和物系的分离 1.2分子蒸馏可用于分子量接近但性质差别较大的 物质分离,如沸点差较大、分子量接近的物系的 分离 1.3分子蒸馏特别适用于高沸点、热敏性、易氧化 （或易聚合）物质的分离 1.4分子蒸馏适宜于附加值较高或社会效益较大的 物质分离 1.5分子蒸馏不适宜于同分异构体的分离
分子蒸馏技术的工业化应用
2、分子蒸馏在工业化应用中的作用 、
2.6 分离产品与催化剂 分子蒸馏技术可用于产品与催化剂的分离， 在得到高质量产品的同时，保护了可循环利用 的催化剂活性。 在许多合成反应中，催化剂与产品需要分 离开来。一方面是产品质量的要求，需要将催 化剂彻底分离掉；另一方面是一些价值昂贵的 催化剂必须循环使用。对于产品与催化剂具热 敏性的物系，采用传统的蒸馏方法难以处理， 而采用分子蒸馏可取得理想效果。
分子蒸馏技术的工业化应用
2、分子蒸馏在工业化应用中的作用 、
2.5 改进传统合成工艺条件 对于许多加成反应，产物的质量与反应物 的配比密切相关。传统的工艺由于没有有效的 分离手段以清除产物中的游离单体，致使反应 的物料配比及工艺受到了严格限制，从而影响 产品的质量。采用分子蒸馏技术后，由于有了 有效的分离手段，可以不必担心反应物配比中 的过量，大大有利于某些反应的反应平衡及反 应速度，优化了工艺操作条件，提高了产品质 量。
分子蒸馏技术
一、简介
分子蒸馏（Molecular Distillation）是在高 真空中进行的非平衡蒸馏。其蒸发面与冷凝面 的距离在蒸馏物料的分子的平均自由程之内。 此时，物质分子间的引力很小，自由飞驰的距 离较大，这样由蒸发面飞出的分子，可直接落 到冷凝面上凝集，从而达到分离的目的。分子 蒸馏技术是一种高新的、温和的、纯物理的分 离技术，能分离常规蒸馏不易分离的物质, 特 别适用于高沸点、热敏性物质的分离。
分子蒸馏技术原理
1、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。
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。
2、分子蒸馏技术的特点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。
2.1分子蒸馏的操作真空度高。
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，轻分子几乎没有压力降就达到冷凝面，使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。
分子蒸馏的操作残压一般约为0.1～1Pa数量级。
2.2分子蒸馏的操作温度低。
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。
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。
3.4分子蒸馏的分离程度更高。
,由分子蒸馏的相对挥发度可以看出：x式中：M1————轻分子分子量；M2————重分子分子量而常规蒸馏相对挥发度α=P1/P2 ，由于M2 ＞M1 ，所以ατ＞α。
分子蒸馏简介及应用
分子蒸馏技术1、分子蒸馏技术的原理分子蒸馏技术（Molecular distillation technology）是一种新型的液-液分离或精制技术，是利用混合物组分中不同分子运动的平均自由程的差异不同而进行分离的。
其特征是蒸发面与冷凝面之间的距离小于被分离物料分子的平均自由程，根据被分离物系各组分的分子量不同，分子平均自由程的差别进行分离。
分子蒸馏又叫短程蒸馏（Short-pathdistillation）。
根据分子平均自由程公式知，不同种类的分子，由于其分子有效直径不同，故其平均自由程也不同，即不同种类分子，从统计学观点看，其逸出液面后不与其它分子碰撞的飞行距离是不相同的。
分子蒸馏的分离作用就是利用液体分子受热会从液面逸出，而不同种类分子逸出后其平均自由程不同这一性质来实现的。
液体受热后，轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，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捕集器，使得轻分子不断被捕集，从而破坏了轻分子的动态平衡而使混合液中的轻分子不断逸出，而重分子因达不到捕集器很快趋于动态平衡，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。
2、分子蒸馏技术的特点与常规的普通蒸馏技术相比，短程分子蒸馏技术具有明显特点[1-8]。
2.1操作温度低普通蒸馏是在沸点温度进行，而分子蒸馏是根据不同种类的分子逸出液面后的平均自由程不同的性质来实现的，因而分子蒸馏是在低于蒸馏物质沸点的温度下进行，被分离物质只要存在着温度差，就能达到分离目的。
2.2蒸馏真空度高分子蒸馏由于其特殊的结构，系统内真空度较高，压强只有0.5-1Pa，因而分子蒸馏分离可有效避免易氧化物质的氧化分解。
另外，对于混合液中的低分子物质（如有机溶剂、臭味物质等）的脱除，分子蒸馏较常规蒸馏有效得多。
2.3受热时间短分子蒸馏装置加热面与冷凝面的距离小于轻分子的平均自由程，液面逸出的轻分子几乎未经碰撞就达到冷凝面，所以受热时间很短。
第四章分子蒸馏分离技术
二、分子蒸馏的流程
• 分子蒸馏流程有单级、多级分子蒸馏流程
• 1.脱气系统 2.分子蒸发器 3.加热系统 4.真空系统
四级刮膜式分子蒸馏装置流程示意图
多种馏分需要从混合液中分离
离心式分子蒸馏工业化流程图
一级分子蒸馏的成套装置
• 从20世纪60年代至今的40多年来：
二、分子蒸馏技术与传统精馏的区别
① 分子蒸馏的蒸发面与冷凝面距离很小。 ② 普通减压精馏是蒸发与冷凝的可逆过程。
分子蒸馏过程是不可逆的。 ③ 分子蒸馏的分离能力不但与各组分间的相
对挥发度有关，而且与各组分的分子量有关。 ④ 分子蒸馏是液膜表面的自由蒸发过程，没
PA0
0
PB0
MB MA
MA－轻分子相对分子质 量；MB－重分子相对分 子质量；P0A－轻分子 饱和蒸汽压，Pa； P0B －重分子饱和蒸汽压，
Pa；α0－相对挥发度
(二) 分子运动平均自由程
• 依靠不同物质分子运动平均自由程的差别 实现物质分离的。
• 1.分子碰撞 • 2.分子有效直径 • 3.分子运动自由程 • 4.分子运动平均自由程 λm =Vm/f
表41平均自由程和真空度对照表真空度mmhg平均自由程mm810331032511035003103250011033000从公式可以看到混合液中的不同组成分子的有效直径和分子自由程不同轻分子的平均自由程大而重分子的平均自由程小如果冷凝面与蒸发面的间距小于轻分子的平均自由程而大于重分子的平均自由程这样轻分子被冷却收集而重分子又返回到蒸发面从而实现了分离
2. 对于混合液中的低分子物质(如有机溶剂、 臭味物等)的脱除。
分子蒸馏技术的原理和应用(精)
分子蒸馏技术的原理和应用分子蒸馏技术简介分子蒸馏是一项较新的尚未广泛应用于产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题目。
分子蒸馏是一种特殊的液－液分离技术，能在极高真空下操纵，它依据分子运动均匀自由程的差别，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。
由于其具有蒸馏温度低于物料的沸点、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，因而能大大降低高沸点物料的分离本钱，极好地保护了热敏性物质的特点品质，该项技术用于纯自然保健品的提取，可摆脱化学处理方法的束缚，真正保持了纯自然的特性，使保健产品的质量迈上一个新台阶。
分子蒸馏技术，作为一种对高沸点、热敏性物料进行有效的分离手段，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产业应用。
在日、美、英、德、苏相继设计制造了多套分子蒸馏装置，用于浓缩维生素Ａ，但当时由于各种原因，应用面太窄，发展速度很慢。
但是，在过往地三十多年中，人们一直在不断地重视着这项新的液－液分离技术的发展，对分离装置精益求精、完善，对应用领域不断探索、扩展，因而一直有新的专利和新的应用出现。
特别是从八十年代末以来，随着人们对自然物质的青睐，回回自然潮流的兴起，分子蒸馏技术得到了迅速的发展。
对分子蒸馏的设备，各国研制的形式多种多样。
发展至今，大部分已被淘汰，目前应用较广的为离心薄膜式和转子刮膜式。
这两种形式的分离装置，也一直在精益求精和完善，特别是针对不同的产品，其装置结构与配套设备要有不同的特点，因此，就分子蒸馏装置本身来说，其开发研究的内容尚十分丰富。
在应用领域方面，国外已在数种产品中进行产业化生产。
特别是近几年来在自然物质的提取方面应用较为突出，如：从鱼油中提取EPA与DHA、从植物油中提取自然维生素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。
分离方法——分子蒸馏法
事例1
事例2
事例3
事例4
事例5
下面列举一些典型的分子蒸馏生产工艺： (１) 低沸点、热敏性物料的分离 如香料类物质，该类物质挥发性强，热敏性高。 ┎→产品１ 玫瑰油→第一级（脱气）→第二级→┃ ┖→蒸余物→第三级→ 产品2 渣 通过上述处理，可解决香味不好、颜色深及蜡含量高等问题， 使产品的附加值大大提高。
则： λm ＝ K ──── · (2)½π T ──── d²P
其中：
d － 分子有效直径 P － 分子所处空间的压强 T － 分子所处环境的温度 K － 波尔兹曼常数
（ 2）
分子蒸馏的基本原理：
由分子平均自由程的公式可以看出，不同种类的分子， 由于其分子有效直径不同，其平均自由程也不同，换句话说， 不同种类的分子溢出液面后不与其它分子碰撞的飞行距离是 不同的。
分子蒸馏
1 原理：分子蒸馏是一种在高真空下操作的蒸馏方 法，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。 分子运动自由程（用λ表示）是指一个分子相邻 两次碰撞之间所走的路程。
分子蒸馏技术的基本原理 （1） 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。在某 时间间隔内自由程的平均值为平均自由程。
内部冷凝器，流 阻小，极限真空 高
分子蒸馏器的模式离心薄膜式Fra bibliotek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
离心薄膜式分子蒸馏器
MDL-150（离心式）
转子刮膜式分子蒸馏器
2 分子蒸馏技术的特点 分子蒸馏技术作为一种高新分离技术，具有其 它分离技术无法比拟的优点：
分子蒸馏技术及其应用
分子蒸馏技术及其应用摘要分子蒸馏又称短程蒸馏，是一种新型的液－液分离技术，与常规蒸馏相比具有许多优点，本文对分子蒸馏的基本原理、设备、特点以及在食品、医药、化工工业中的应用进行了阐述。
关键词：分子蒸馏、食品工业。
分子蒸馏是在高真空度下进行的非平衡蒸馏技术（真空度可达 0．01Pa），是以气体扩散为主要形式、利用不同物质分子运动自由程的差异来实现混合物的分离。
由于蒸发面和冷凝面的间距小于或等于被分离物料的蒸气分子的平均自由程，所以也称短程蒸馏。
由于分子蒸馏过程中。
待分离物质组分可以在远低于常压沸点的温度下挥发，并且各组分的受热过程很短，因此分子蒸馏已成为对高沸点和热敏性物质进行分离的有效手段。
目前已广泛应用于食品、医药、油脂加工、石油化工等领域，用于浓缩或纯化低挥发度、高分子量、高沸点、高黏度、热敏性、具有生物活性的物料。
一、分子蒸馏的概念原理和过程1.1分子蒸馏的基本概念分子有效直径：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。
分子运动自由程：指一个分子与其他气体分子相邻两次分子碰撞之间所走的路程。
分子运动平均自由程：在一定的外界条件下，不同物质中各个分子的自由程各不相同。
就某一种分子来说在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自由程。
1．2 分子蒸馏的基本原理分子蒸馏的分离是建立在不同物质挥发度不同的基础上，其操作是在低于物质沸点下进行，当冷凝表面的温度与蒸发物质的表面温度有差别时就能进行分子蒸馏。
根据分子运动理论，液体混合物中各个分子受热后会从液面逸出，不同种类的分子，由于其有效直径不同，逸出液面后直线飞行距离是不相同的。
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，使得轻分子落在冷凝面上被冷凝，而重分子则因达不到冷凝面，返回原来液面这样就将混合物分离了，分子平均自由程是分子蒸馏基本理论的核心。
1.3分子蒸馏的基本过程根据分子蒸馏的基本理论，可将蒸馏过程分解为以下5个步骤：①物料在加热面上形成液膜；②分子在液膜表面上自由蒸发；③分子从加热面向冷凝面的运动；④轻分子在冷凝面上被捕获，重分子返回物料液膜；⑤馏出物和残留物的收集。
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表4-1 平均自由程和真空度对照表 真空度/mmHg 真空度 8×10-3 × 3×10-3 × 1×10-3 × 0.3×10-3 × 0.1×10-3 × 平均自由程/mm 平均自由程 7 25 50 250 3000
分子蒸馏的基本原理
• 从公式可以看到 ,混合液中的不同组成分子的有 混合液中的不同组成分子的有 效直径和分子自由程不同 ,轻分子的平均自由程 轻分子的平均自由程 大 ,而重分子的平均自由程小 ,如果冷凝面与蒸发 而重分子的平均自由程小 如果冷凝面与蒸发 面的间距小于轻分子的平均自由程 ,而大于重分 而大于重分 子的平均自由程 ,这样轻分子被冷却收集而重分 这样轻分子被冷却收集而重分 从而实现了分离。 子又返回到蒸发面 ,从而实现了分离。 从而实现了分离
分子蒸馏的缺点
1. 由于分子蒸馏的加热面积受设备结构的限 生产能力不大。 制，生产能力不大。 2. 若混合物内各组分的分子平均自由程相近 则可能分离不开。 时，则可能分离不开。 3. 由分子蒸馏的工作条件决定了其需要高真 空排气装置、 空排气装置、高真空动静密封结构等辅助 系统，这就导致生产技术难度大、 系统，这就导致生产技术难度大、整体机 组设备费用较高、维修费用较高， 组设备费用较高、维修费用较高，生产成 本随着相应增加。 1. 操作温度低，可大大节省能耗 操作温度低， 2. 蒸馏压强低，要求在高真空度下操作 蒸馏压强低， 3. 受热时间短，降低热敏性物质的热损伤 受热时间短， 4. 分离效率高
分子蒸馏技术的优势
1. 对于高沸点、热敏及易氧化物料的分离， 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。 分子蒸馏提供了最佳分离方法。 2. 对于混合液中的低分子物质 如有机溶剂、 对于混合液中的低分子物质(如有机溶剂 如有机溶剂、 臭味物等)的脱除 的脱除。 臭味物等 的脱除。 3. 分子蒸馏可以通过真空度的调节，有选择 分子蒸馏可以通过真空度的调节， 地蒸出目的产物，去除其它杂质， 地蒸出目的产物，去除其它杂质，通过多 级分离可同时分离多种物质。 级分离可同时分离多种物质。 4. 分子蒸馏的分馏过程是物理过程。 分子蒸馏的分馏过程是物理过程。
G=P ⋅
0
M 2πR g Ts
G－蒸发速度， g/(m2·s)；P 0－温度 Ts时的饱和蒸气压， Pa；M－分子摩尔质 量，kg/mol；Ts－蒸 发液面的绝对温度， K
PA
0
2.分离因数 分离因数 ① 分子蒸馏可以用来 分离挥发度相近但 分子量不同的混合 物系。 物系。 ② 分子蒸馏由于处于 非平衡状态下操作 及其设备的内部结 构特点， 构特点，使得分离 效率远高于常规蒸 馏。
第三节 分子蒸馏设备
物料输入系统
加热系统 冷凝系统
蒸发系统 内冷凝系统
控制系统 真空系统
物料输出系统
一、分子蒸发器
• 分子蒸馏装置的核 心部分 • 静止式蒸发器、降 静止式蒸发器、 膜式蒸发器、 膜式蒸发器、刮膜 式蒸发器和离心式 蒸发器。 蒸发器。
1.静止式分子蒸馏器
特点
• 设备出现最早，结构简单，具有一个静止 设备出现最早，结构简单， 不动的水平蒸发表面。 不动的水平蒸发表面。 • 分离能力低，分离效果差，物料停留时间 分离能力低，分离效果差， 热分解危险性大， 长，热分解危险性大，只适用于实验室及 小批量生产。 小批量生产。
5.分子蒸馏装置应有必要的设备系统 分子蒸馏装置应有必要的设备系统 • 分子蒸馏装置包括缸体、刮膜器、变速器、 分子蒸馏装置包括缸体、刮膜器、变速器、 接收瓶等； 接收瓶等； • 抽真空系统包括真空泵、扩散泵等； 抽真空系统包括真空泵、扩散泵等； • 加热温控系统包括热油泵、导热油炉、控 加热温控系统包括热油泵、导热油炉、 温仪表、油路等； 温仪表、油路等； • 冷却系统包括冷阱、降温水泵、冷却水管 冷却系统包括冷阱、降温水泵、 路等。 路等。 • 密封结构 • 脱水、脱溶剂和脱氧处理 脱水、
二、分子蒸馏技术与传统精馏的区别
分子蒸馏的蒸发面与冷凝面距离很小 距离很小。 ① 分子蒸馏的蒸发面与冷凝面距离很小。 普通减压精馏是蒸发与冷凝的可逆过程。 ② 普通减压精馏是蒸发与冷凝的可逆过程。 分子蒸馏过程是不可逆 不可逆的 分子蒸馏过程是不可逆的。 ③ 分子蒸馏的分离能力不但与各组分间的相 挥发度有关 而且与各组分的分子量有关。 有关， 分子量有关 对挥发度有关，而且与各组分的分子量有关。 分子蒸馏是液膜表面的自由蒸发过程， ④ 分子蒸馏是液膜表面的自由蒸发过程，没 有鼓泡、沸腾现象。 有鼓泡、沸腾现象。
α0 =
0 PA 0 PB
⋅
M M
B A
MA－轻分子相对分子质 量；MB－重分子相对分 子质量； 子质量；P0A－轻分子 饱和蒸汽压， ； 饱和蒸汽压，Pa； P0B 重分子饱和蒸汽压， －重分子饱和蒸汽压， Pa；α0－相对挥发度 ；
(二) 分子运动平均自由程 二
• 依靠不同物质分子运动平均自由程的差别 实现物质分离的。 实现物质分离的。 • 1.分子碰撞 分子碰撞 • 2.分子有效直径 分子有效直径 • 3.分子运动自由程 分子运动自由程 • 4.分子运动平均自由程 λm =Vm/f 分子运动平均自由程
1.分子碰撞 分子碰撞
• 分子与分子之间存在着相互作用力。 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 当两分子离得较远时， 表现为吸引力， 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， 度后，分子之间的作用力会改变为排斥力， 并随其接近到一定程度，排斥力迅速增加。 并随其接近到一定程度，排斥力迅速增加。 • 当两分子接近到一定程度，排斥力的作用 当两分子接近到一定程度， 使两分子分开，这种由接近而至排斥分离 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 分子的碰撞过程。 的过程就是分子的碰撞过程。
2.降膜分子蒸馏器
• A.进料贮油器 B.滴 进料贮油器 滴 液速率计数器 C.进 进 料液加热管 D.油气 油气 分离球 E.真空管 真空管 • F.脱气盘管 G.扩散 脱气盘管 扩散 泵 H.蒸发器 I.冷凝 蒸发器 冷凝 器 J.蒸余物接受器 蒸余物接受器 K.蒸出物接受器 蒸出物接受器
特点
4.分子运动平均自由程 分子运动平均自由程
• 分子运动平均自由程：某一种分子在某时间 分子运动平均自由程： 间隔内自由程的平均值. 间隔内自由程的平均值
λm = kT/(21/2πd2p)
d－分子的有效直径，p－分子所处空间的压强， －分子的有效直径， －分子所处空间的压强， T－分子所处环境的温度，k－波尔兹曼常数 －分子所处环境的温度， －
第四章 分子蒸馏分离技术 molecular distillation technology
第一节 概 述
• 分子蒸馏 分子蒸馏(molecular distillation) 是一种 特殊的液--液分离技术， 特殊的液 液分离技术，它不同于传统蒸馏 液分离技术 依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分 依靠沸点差分离原理， 子运动平均自由程的差别实现分离。 子运动平均自由程的差别实现分离。
2.分子有效直径 分子有效直径
• 分子在碰撞过程中，两个分子质心的最短 分子在碰撞过程中， 距离，即发生斥离的质心距离 质心距离， 距离，即发生斥离的质心距离，称为分子 有效直径。 有效直径。
3.分子运动自由程 分子运动自由程
• 一个分子相邻两次分子碰撞之间所走的路 称为分子运动自由程。 程，称为分子运动自由程。
• 1.残留液出口 2.加热 残留液出口 加热 套 3.刮膜器 4.蒸发空 刮膜器 蒸发空 间 5.内冷凝器 6.进料 内冷凝器 进料 口 7.转动电机 8.进液 转动电机 进液 分布盘 9.加热介质出 加热介质出 口 10.加热介质入口 加热介质入口 11.真空口 12.冷却水 真空口 冷却水 出口 13.产品馏出口 产品馏出口 14.冷却水入口 冷却水入口
(三) 分子蒸馏需具备的条件 三
1. 蒸发面与冷凝面之间应保证较高的温度差 2. 蒸发面与冷凝面应保持较短的距离 3. 分子蒸馏分离系统中应保持较高的真空度 4. 蒸发面上的液体膜应尽可能的薄 5. 分子蒸馏装置应有必要的设备系统
1.蒸发面与冷凝面之间应保证较高的温度差 蒸发面与冷凝面之间应保证较高的温度差 • 冷凝器表面的温度应低于蒸发表面温度 50~100℃。防止冷凝器表面分子的再次蒸 ℃ 发。实际中还应尽可能地增大温度差为好 实际中还应尽可能地增大温度差为好
2.蒸发面与冷凝面应保持较短的距离 蒸发面与冷凝面应保持较短的距离 • 保持在轻质分子平均自由程和重质分子平 均自由程之间。 均自由程之间。 • 一般蒸发面与冷凝面的距离范围为20~30 一般蒸发面与冷凝面的距离范围为 mm为佳。 为佳。 为佳
3.分子蒸馏分离系统中应保持较高的真空度 分子蒸馏分离系统中应保持较高的真空度
• 依靠重力在加热面流动时形成一层薄膜。 依靠重力在加热面流动时形成一层薄膜。 • 很难保证所有的蒸发表面都被液膜均匀覆 形成的液膜较厚， 盖，形成的液膜较厚，液体流动时常发生 翻滚现象，产生的雾沫也常溅到冷凝面上， 翻滚现象，产生的雾沫也常溅到冷凝面上， 影响分离效果。 影响分离效果。
3.刮膜分子蒸馏器
• 压力必须低，在0.1~40 Pa左右。确保分子 压力必须低， 左右。 左右 之间不会发生碰撞。 之间不会发生碰撞。
4.蒸发面上的液体膜应尽可能的薄 蒸发面上的液体膜应尽可能的薄 • 可能地扩大蒸发表面和不断地更新蒸发表 以提高传质速率。 面，以提高传质速率。 • 实际中，一般薄膜厚度为 实际中，一般薄膜厚度为0.05~0.5 mm比 比 较适宜。如果过薄， 较适宜。如果过薄，则不但技术上难以实 而且单位时间蒸发量也要减少。 现，而且单位时间蒸发量也要减少。 • 一般采用机械式刮板薄膜蒸发装置和离心 式薄膜蒸发装置， 式薄膜蒸发装置，
一、分子蒸馏的历史