分子蒸馏

此式是假定蒸发是不受其它分子的阻碍情况下 导出的，然而某些蒸发出来的分子在到达冷凝表面 以前，难免要与残余气体的分子碰撞，所以上式给 出的G值通常是达不到的，用了一个近似等号。实
际中必需乘以一个因子来加以校正，此因子用符
号α表示。 残余气体的压力愈低，α值愈接近１ 在现代的工业装置中其值可达0.9。
l－平均自由程
温度、压力及分子有效直径是影响分子 运动平均自由程的主要因素。当压力一 定时，一定物质的分子运动平均自由程 随温度增加而增加。当温度一定时，平 均自由程λ m 与压力p成反比，压力越小 （真空度越高），λm越大，即分子间碰 撞机会越少、不同物质因其有效直径不 同，因而分子平均自由程不同。
p1 αr = p2
M2 M1
分子蒸馏的适用范围
• 1.分子蒸馏适用于不同物质分子量差别较大 的液体混合物系的分离，特别是同系物的 分离，分子量必须要有一定差别。 • 2.分子蒸馏也可用于分子量接近但性质差别 较大的物质的分离，如沸点差较大、分子 量接近的物系的分离。 • 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。
• 加热面长度 • 物料粘度 • 表面载荷 • 要求的产量
简单的例子：
每小时60升的物料加到0.75m2 的一个蒸发器内， 假设最大刮膜厚度为0.5mm，那么必然只有0.375升 的物料分布整个蒸发面上。在这种情况下，物料被 “滞留”在蒸发面上的时间仅为
22.5秒
放射同位素测量结果与这些数据一致。 根据各种物料的浓度曲线计算出的名义停留时间为
15秒。
分解几率（对物料的热破坏）
Hickman 和Embree对分解几率给出如下公式：
Z＝p·t
Z －分解几率 P －工作压力（与工作温度Ｔ成正比） t －停留时间［秒］
相同物料在不同蒸馏过程中的热损伤比较一览表： 相同物料在不同蒸馏过程中的热损伤比较一览表： 热损伤比较一览表
系统类型 间歇蒸馏柱 间歇蒸馏 旋转蒸发器
应用行业 可分离样品名称 分离样品名称 样品 单甘酯、棕榈油、生育酚、鱼油、米糠油、 单甘酯、棕榈油、生育酚、鱼油、米糠油、脂肪酸及其衍生 二烯酸、植物油、双甘酯、谷物、奶油、乳酸、 物、二烯酸、植物油、双甘酯、谷物、奶油、乳酸、亚麻油 酰基氯、氨基酸酯、 酰基氯、氨基酸酯、维生素 E、葡萄糖衍生物、萜烯酯、天然 、葡萄糖衍生物、萜烯酯、 或合成维生素、β-胡萝卜素 姜辣素、 胡萝卜素、 或合成维生素、β-胡萝卜素、姜辣素、辣椒色素 醇、甘油酯、除草剂、卤代烷烃、杀虫剂、硅油、蜡、二元脂 甘油酯、除草剂、卤代烷烃、杀虫剂、硅油、 肪酸 环氧树脂、环氧化油、异氰酸酯、增塑剂、稳定剂 环氧树脂、环氧化油、异氰酸酯、增塑剂、 基础油、光亮油、润滑油、凡士林、冷杉油、 基础油、光亮油、润滑油、凡士林、冷杉油、残余焦油 羊毛脂肪酸、羊毛醇、包括藻类、植物的根、 羊毛脂肪酸、羊毛醇、包括藻类、植物的根、花辣椒属植物的 提取物、高级脂肪酯、姜黄精油、 提取物、高级脂肪酯、姜黄精油、干姜精油 食品工业
分子蒸馏与其它蒸馏方法相比其突出优点 在于： a. 操作温度低 b. 物料受热时间短
（这两点对于高沸点和热敏物料尤为重要）
分子蒸馏的缺点： 1．生产能力方面 2．设备投资方面
四、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
分子蒸馏的应用范围
分子运动自由程： 一个分子相邻两次碰撞之间所走的路程。 一个分子相邻两次碰撞之间所走的路程。
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）称为分子有效直径。
分子运动自由程
一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程
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，而在 一定的外界条件下，不同物质的分子其自由程各不 相同。在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自 由程
真空循环蒸发 器 刮膜蒸发器柱
停留时间 （秒） 4,000 3,000 3,000 100 25 20 10
工作压力 （毫托） 760×103 20×103 2×103 20×103 2×103 1 1
分解几率 Z=p.t 3×109 6×107 6×106 2×106 5×104 20 10
稳定性指 数Z1=lgz 9.48 7.78 6.78 6.30 4.70 1.30 1.00
e
这里：
R
υ－ ν－
e
=
υ
v
表面载荷［米3·秒-1·米-1］ 物料的动力粘度［米2·秒-1］
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
停留时间和热分解
名义停留时间直接取决于：
膜形成
Nasselt对降膜、无机械运动的“垂直”装置中的膜形成，描 述如下： 假设一个层（无扰动）流，其名义膜厚：
σ
式中：
m
=3Βιβλιοθήκη 3ν R g2
e
σ － 名义膜厚［米］ ν － 物料动力粘度［米2·秒-1］ g － 重力加速度［米·秒-2］ R － 雷诺数，无因次 R e ＞ 400时，该方程成立
m
分子蒸馏技术
分子蒸馏是一种特殊的液--液分离 分子蒸馏是一种特殊的液--液分离 -技术， 技术，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分 离，而是靠不同物质分子运动平均自由 程的不同实现分离。 程的不同实现分离。
一、分子蒸馏原理
有关分子运动理论——分子运动平均自由程 分子运动平均自由程 有关分子运动理论 分子运动自由程 分子运动平均自由程 分子运动自由程的分布规律
• 4.分子蒸馏适宜于附加值较高或社会效益较 大的物质的分离。 • 5.分子蒸馏不适宜于同分异构体的分离。
二、分子蒸馏有关理论
对于许多物料而言，至今基本上仍未有 可供实际应用的数学公式能对分子蒸馏中的 变量参数进行准确的描述。但在包括生产线 在内的相关设计模型范围内，由经验从各种 规格蒸发器模型中获得的蒸馏条件，可以安 安 全地推广到从实验室用的到生产线上用的分 子蒸馏装置中，尽管没有一个完整的理论。
（４）分离程度及产品收率高
分子蒸馏常常用来分离常规蒸馏难以分离的 物质，而且就两种方法均能分离的物质而言， 分子蒸馏的分离程度更高。从两种方法相同 条件下的挥发度不同可以看出这一点．
分子蒸馏的挥发度一般用下式表示：
M1——轻组分相对分子质量 M2——重组分相对分子质量； p1——轻组分饱和蒸气压，Pa； p2——重组分饱和蒸气压，Pa； α r——相对挥发度。 p1 而常规蒸馏的相对挥发度为： α = p 2 由于 M 2 M 1 项中 M 2 > M 1 ，因此 M 2 M1 > 1 即 αr > α
分子运动平均自由程：
在某时间间隔内，分子自由程的平均值
平均自由程的数字表达式可写为：
l
m
m
=
K T ⋅ 2 p 2πd
d — 分子有效直径（两质心最短距离） 分子有效直径（两质心最短距离）
p－运动分子所处空间的压强； －运动分子所处空间的压强； Ｔ－运动分子的环境温度 运动分子的环境温度； Ｔ－运动分子的环境温度； Ｋ－波尔兹曼常数 Ｋ－波尔兹曼常数
分子蒸馏技术的特点
由分子蒸馏的基本原理可知，分子蒸馏 应满足两个条件 ： • ①轻、重分子的平均自由程必须要有差 异，且差异越大越好； • ②蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子 的平均自由程。
分子蒸馏较于常规蒸馏的优势
• • • • 操作温度低 蒸气压强低 受热时间短 分离程度及产品收率高
（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。
根据分子运动理论，液体分子受热从液面逸出， 不同种类的分子，其平均自由程不同； 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，从而破坏了轻分子的 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）
降膜蒸发器 分子蒸发器
物料在分子蒸馏中的分解几率和停留时间比 其它类型的蒸发器低了数量级。 因此，用分子蒸馏总是可以保证：
物料少受破坏 重复性 效率
蒸发速度
数学公式仅仅适用于具有自由流动膜的“纯”分子蒸 馏 推广的Langmuir－knudsen方程为：
M G≈ 1500 P T
式中： Ｇ－蒸发速度[Kg/m2·h] Ｍ－分子量 Ｐ－蒸汽压[mbar] Ｔ－蒸馏温度[k]
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， 用力 。 当两分子离得较远时 ， 分子之间的吸 引力是主要的。 引力是主要的 。 但当两分子相互接近到一定 距离之后， 距离之后 ， 分子之间的作用力就会改变为斥 并且随着其接近程度而迅速增加。 力 ， 并且随着其接近程度而迅速增加 。 当接 近到一定程度时， 由于斥力的作用， 近到一定程度时 ， 由于斥力的作用 ， 两分子 发生斥离。 这种由于接近而至斥离的过程 由于接近而至斥离的过程就 发生斥离 。 这种 由于接近而至斥离的过程 就 是分子的碰撞过程 碰撞过程。 是分子的碰撞过程。
顺便指出：
所说的分子蒸馏的压力为×10-3托级，系指残