技术：分子蒸馏
分子蒸馏技术
分子蒸馏技术X Y Zhou 化学工程110427001摘要分子蒸馏是一种新型的液－液分离技术，与传统的蒸馏技术相比：操作温度远低于液体沸点，蒸馏压力在极高真空度下，受热时间短，能最大限度地保证物系中的有效成分。
本文分析了分子蒸馏技术的原理、过程，介绍了目前分子蒸馏技术的特点、分子蒸馏设备及其特点，以及分子蒸馏技术在食品、医药、化工等行业的应用。
关键词分子蒸馏；分离技术；分子蒸馏器分子蒸馏技术[1]是一种特殊的液-液分离技术，是新型分离技术中的一个重要分支。
液体混合物的分离，一般是通过蒸馏或精馏来实现的。
在蒸馏或精馏过程中，存在着两股分子流向：一股是被蒸液体的气化，由液相流向气相的蒸气分子流；另一股是由蒸气返回至液相的分子流。
当气液两相达到平衡时，表观上蒸气分子不再从液面逸出。
若果利用某种措施，使蒸气分子不再返回(或减少返回)液相，就会大大提高分离效率。
分子蒸馏技术正是在蒸馏技术的不断改进发展中而产生的一种特殊的蒸馏分离技术。
1 分子蒸馏的原理、过程及其特点1.1 分子蒸馏的基本原理根据分子运动理论，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，就会成为气体分子而从液面逸出。
而随着液面上方气体分子的增加，有一部分气体分子就会返回液体，在外界温度保持恒定的情况下，最终达到分子运动的动态平衡，此外，不同种类的分子，由于其分子有效直径不同，故其平均自由度也不同，从统计学观点看，不同种类的分子逸出液面后不与其他分子碰撞的飞行距离是不同的[2]。
传统的液体混合物的分离，一般都是利用溶液组分间沸点的差异，通过蒸馏或精馏来实现的，其气液处于平衡状态。
而分子蒸馏技术却不同于常规蒸馏，它是利用不同物质分子运动平均自由程的差异，实现液体混合物的分离。
具体的分离过程是：经过预热处理的待分离料液从进料口沿加热板自上而下流入，受热的液体分子从加热板逸出，并向冷凝板运动。
轻分子由于平均自由程较大，能够到达冷凝板并不断在冷凝板凝集，最后进入轻组分接收罐；重分子因平均自由程较小，不能到达冷凝板，从而顺加热板流入重组分接收罐中，这样就实现了轻重组分的分离[3]。
分子蒸馏技术
分子蒸馏技术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，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。
当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。
这样，达到物质分离的目的。
1. 分子蒸馏的基本原理1.1 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。
设V为某一分子的平均速度;f为碰撞频率;λ为平均自由程。
mm 则λ=V/f ?f=V/λ mmmm由热力学原理可知，式中，d为分子有效直径;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。
则1.2分子运动平均自由程的分布规律-λ/λ分子运动自由程的分布规律可表示为 F=1,e m式中，F为自由程小于或等于λ的概率;λ为分子运动的平均自由程;λ为m 分子运动自由程。
由公式可以得出，对于一群相同状态下的运动分子，其自由程-λ/λm-1等于或大于平均自由程λ的概率为1,F,e,e,36.8, m1.3 分子蒸馏的基本原理由分子运动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，其平均自由程也不相同，换句话说，不同种类的分子逸出液面后不与其他分子碰撞的飞行距离是不相同的。
分子蒸馏技术正是利用不同种类分子逸出液面后平均自由程不同的性质实现的。
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，使得轻分子落在冷凝面上被冷凝，而重分子因达不到冷凝面而返回原来液面，这样混合物就分离了。
2. 分子蒸馏过程及其特点2.1 分子蒸馏过程分子由液相主体至冷凝面上冷凝的过程需经历四个步骤:内扩散?自由蒸发?飞射?冷凝(1)内扩散:分子由液相主体扩散至蒸发面的扩散速率。
分子蒸馏技术
分子蒸馏技术一、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。
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成本，极好地保护了热敏性物质的特点品质，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。
二、分子蒸馏技术的基本原理（一）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。
设Vm ＝某一分子的平均速度f ＝碰撞频率λm ＝平均自由程则λm ＝Vm／f ∴ f ＝Vm／λmπd²P由热力学原理可知，f ＝(2)½Vm·────KT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K T则：λm ＝────·────(2)½πd²P（二）分子运动平均自由程的分布规律：分子运动自由程的分布规律为正态分布，其概率公式为：F = 1 - e-λ／λm其中： F －自由程度≤λm 的概率λm －分子运动的平均自由程λ－分子运动自由程由公式可以得出，对于一群相同状态下的运动分子，其自由程等于或大于平均自由程λm的概率为：1 - F = e-λ／λm = e-1 = 36.8%（三）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。
分子蒸馏技术正是利用不同种类分子溢出液面后平均自由程不同的性质实现的。
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。
分子蒸馏技术及其在食品方面的应用
【分子蒸馏技术及其在食品方面的应用】一、概述分子蒸馏技术是一种利用物质的沸点差异进行分离、提纯的方法，它在化工、医药等领域早已得到广泛应用。
然而，在食品领域，分子蒸馏技术也逐渐展现出其独特的优势和潜力。
本文将从分子蒸馏技术的原理、食品领域的具体应用以及对食品品质的提升等方面展开讨论，以期帮助读者更全面地了解这一技术及其在食品方面的应用。
二、分子蒸馏技术原理分子蒸馏技术是一种利用不同成分在相同温度下的沸点差异进行分离的技术。
在分子蒸馏过程中，液体混合物首先被加热至其沸点，然后将产生的蒸气冷凝回液体，从而实现对混合物中不同成分的分离。
这一过程主要依赖于不同成分之间的沸点差异，因此适用于需要对成分进行高效、精确分离的场合。
三、食品领域的应用1. 酒精提纯：在酿酒过程中，分子蒸馏技术可以用于提取纯净的酒精。
通过控制温度和流速，可以将水和酒精成功地分离，从而提高酒的纯度和口感。
2. 食用油脂提纯：在植物油中，可能会含有一些杂质和不良物质，而分子蒸馏技术可以有效地去除这些杂质，使食用油脂更加纯净、健康。
3. 食品香精提取：分子蒸馏技术可以帮助提取食品香精中的活性成分，从而保留食品的原味和营养成分，提高口感和风味。
四、食品品质的提升分子蒸馏技术在食品领域的应用，不仅可以帮助提高食品的纯度和香味，还能够提升食品的品质和保质期。
通过对原料的精确分离和提取，可以保留更多的营养成分和风味物质，从而使得食品更加美味和健康。
分子蒸馏技术还可以去除食品中的有害物质，提高食品的安全性和可持续性。
五、个人观点和理解分子蒸馏技术在食品领域的应用为食品加工提供了新的可能性和选择。
它不仅可以帮助提高食品的品质和口感，还能够满足人们对食品安全和健康的需求。
然而，需要注意的是，在应用分子蒸馏技术的过程中，合理控制温度和流速，严格遵守食品安全标准是至关重要的。
只有这样，才能确保食品的质量和安全，从而为用户提供更加放心的食品产品。
总结分子蒸馏技术作为一种高效、精确的分离技术，在食品领域展现出了其独特的优势和潜力。
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：
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可以实现连续化操作，但会产生局部过热， 绝压只能在2kPa以上。
分子蒸馏技术发展简介
分子蒸馏装置
特点：a）内冷 装置，b）冷凝面 与蒸发面的距离 为几毫米至几厘 米，一定的操作 条件下，小于轻 分子的运动平均 自由程，c）真空 度很高，绝压在 0.1～100Pa之间。
分子蒸馏技术发展简介
进料温度对蒸馏效率的影响 进料温度对膜表面温度的影响
参数模型及影响因素
进料温度对蒸馏效率的影响 进料量对膜表面温度的影响
进料预热 到或接近 稳定条件 下的液膜 表面温度 是有利和 有效的。
参数模型及影响因素
惰性气体对传质效率的影响 惰性气体浓度对传质效率的影响
当pN2 =
pA0
XA
pB0
X
分子蒸馏技术
授课教师：计建炳 浙江工业大学化学工程与材料学院
目录
分子蒸馏（Molecular Distillation)技术发 展简介
分子蒸馏技术原理及特点 分子蒸馏技术的参数模型及影响因素 分子蒸馏过程流程及设备 分子蒸馏技术的工业化应用
分子蒸馏技术发展简介
茶树油的分子蒸馏精制 异构反应-分子蒸馏分离合成O,S-二甲基
参数模型
L 加热面长度； v 刮板速度；
停留时间： f (L, v, , , G) 物料粘度； 周边持液量；
停留时间一般在10～25 s。
G 产量。
蒸发速度： W 1.384 102 p0 M
T
W 蒸发速度，g/(m2 s)； p0 在T温度下的饱和蒸气压，Pa； T 蒸发温度，K；
m / cm 0.0056 0.056 0.56 5.6 56
分子蒸馏技术原理及特点
特点 a） 轻、重分子的平均自由程必须要有差异，
越大越好；b）蒸发面与冷凝面间距必须小于 轻分子的平均自由程；c）操作压力一般在 0.4～40Pa之间。
优点 a）操作温度低；b）受热时间短；d）分离
程度及产品收率高；e）产品品质高；f）产品 能耗小。
W 15.8 pM T
M 摩尔质量，kg/mol.
近似公式 p 蒸气压力，Pa；
M 相对分子质量。
p 0.13Pa,T 368K时,硬脂酸的W 1.58kg/(m2 h)
参数模型 ： E 10 p C
C 分解因子，在0.1Pa以内为1。
参数模型及影响因素
分子蒸馏技术原理及特点
分子蒸馏与常规蒸馏的区别 分子蒸馏的相对挥发度
p1 p2
M2 M1
M1 轻组分相对分子质量； M2 重组分相对分子质量； p1 轻组分的饱和蒸气压，Pa； p2 重组分的饱和蒸气压，Pa；
常规蒸馏的相对挥发度（理想溶液）
p1
p2
因M 2 M1, 故
分子蒸馏更易分离 物质，并且得率高。
硫代磷酰胺 分子蒸馏技术提纯芥酸 分子蒸馏提取天然VE 间二甲苯和间甲基苯甲酸分离提纯工艺
分子蒸馏技术发展简介
分子蒸馏技术发展简介
分子蒸馏技术发展简介
分子蒸馏技术发展简介
分子蒸馏技术发展简介
真空间歇蒸馏
缺点：蒸发液面厚，停留时间长，真空 度低（绝压大于5kPa），加热温度高。
分子蒸馏技术发展简介
酸、二聚脂肪酸、异氰酸酯加成物、辣椒红色 素、角鲨烯芳香油提纯等工业过程。
分子蒸馏技术原理及特点
基本原理
平均自由程：m vm / f
式中：
d2p
f 2 vm kT
d 分子有效直径 p 分子所处空间压力 T 分子所处环境温度 k 波尔兹曼常数
m
k T
2 d2 p
分子蒸馏技术原理及特点
(1)温度低， 实际分离度接 近热力学及动力学的分离度；
(2)温 度 高， 实际分离度远 离热力学及动力学的分离度， 此时传质阻力影响比传热阻 力影响大得多；
(3) 接 触 时 间 长 ， 分 离 度 低 。
参数模型及影响因素
热量和质量传递阻力对分离效率的影响 初始温度与分离度的关系
参数模型及影响因素
热量和质量传递阻力对分离效率的影响 不同组分对分离度的影响
参数模型及影响因素
热量和质量传递阻力对分离效率的影响 无传热阻力或传质阻力下初始温度对
分离度的影响
参数模型及影响因素
热量和质量传递阻力对分离效率的影响 接触时间与分离度的关系
概率 公式
F 1 e /m
分子运动自由程大于平均自由程m时
的概率为：1 F em /m e1 36.8%
分子蒸馏技术原理及特点
影响分子运动平均自由程的因素
T ，m ； p ，m ； d ，m
以空气（d空气 3.1110-10m）为例：
p / mmHg 1.0 10-1 10-2 10-3 10-4
蒸发效率的影响因素
a）蒸发效率随系统压力的增加而降低； b）蒸发效率随冷凝面冷凝温度的增高 而降低； c）蒸发效率随蒸发面与冷凝面的间距增大而降低 ； d）蒸发效率随蒸发面与冷凝器的位置不同而不同 。
参数模型及影响因素
进料温度对蒸馏效率的影响 液膜厚度随进料温度的增加而急剧下降
参数模型及影响因素
发展史 1922年设计了世界上第一套实验用分子蒸馏装
置，用于水银同位素的分离 20世纪30～60年代，日、英、美、德、法及前
苏联均有多套大型工业化装置投入使用。 我国80年代末期引进生产线，用于硬脂酸单甘
油酯的生产。 90年代初对分子蒸馏技术进行研究。 目前已用于精制鱼油、天然维生素E、α-亚麻
时，蒸馏速率决定于扩散速率。
B
参数模型及影响因素
惰性气体对传质效率的影响
蒸发器与冷凝器不同间距时，惰性气体的影响
参数模型及影响因素
惰性气体对传质效率的影响 蒸发温度不同时，惰性气体的影响
参数模型及影响因素
惰性气体对传质效率的影响 冷凝温度不同时，惰性气体的影响
惰性气体是影 响传质效率的 一个重要因素， 因此，进料前 对料液进行必 要的脱气处理， 更要防止设备 漏气。
参数模型及影响因素
参数模型
液膜厚度：
m
3
3
2 Re g
混合液运动粘度/，cm2/s；
Re 雷诺数； g 重力加速度，cm/s2；
适用范围：Re<400
一般分子蒸馏装置内液膜厚度为： 降膜式 0.05～0.3 cm 刮膜式 0.01～0.05 cm 离心式 0.005～0.025 cm
参数模型及影响因素