第六章分子蒸馏

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。

分子蒸馏原理及优缺点
分子蒸馏(Molecular Distillation, MD)，又称短程蒸馏(Shot-Path Distillation)，是一种利用不同物质分子的平均自由程的差别，在高真空度下进行分离精制的连续蒸馏过程。

原理：根据分子运动理论，液体混合物分子受热后运动加剧，当接受足够能量后，就会从表面逸出成为气相分子（蒸发），随着逸出分子不断增加，逸出分子发生碰撞，发生碰撞的分子重新聚集而落回液面，
小分子)时，
分子蒸馏可以在0.013-1.33Pa 的压强条件下进行蒸发。

使在常压条件下，沸点较高的分子，降低沸点。

如鱼油乙酯２３０℃→１２０℃优缺点：
A适于高沸点、热敏性、易氧化物料(蒸馏温度低)
B可有选择性地蒸出目的产物(利用多级分子蒸馏同时分离两种以上物
质)
C工艺简单，溶剂污染少(分离过程为物理过程，不需要使用溶剂) D单纯的分离技术，不具备提取功能
E进样物料及分离后的组分必须为低极性液态
F设备、技术要求高，初期投入较大，生产能力有限。

第六章 蒸馏绪论任何化工产品的制作无非是两个过程：分离过程与反应过程。

原料（提纯）属分离，反应后（生成物与未反应的反应物分离）也属于分离过程。

动量传递（流体输送）、热量传递（传热）只是反应过程与分离过程的一个条件或前提。

物质在相间的转移过程——传质过程或分离操作。

化工生产中所处理的原料、中间产物和粗产品等几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分是均相物系，（混合物分两大类：均相物系与非均相物系）。

凡物料性质均匀而不存在相界面者称为均相混合物如溶液及混合气；凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同者称为非均相物系。

如：含尘气体、悬浮液、泡沫液、乳浊液）。

非均相物系：用机械方法（沉降与过滤），分离气固相混合物与液固相混合物。

均相物系：液液混合物用蒸馏分离，气气混合物用吸收分离，不适宜用蒸馏分离的液液混合物用萃取分离，液固混合物用干燥分离。

一、蒸馏：根据液态混合物中各组分挥发度的不同，用部分气化、部分冷凝的方法分离液态混合物 的一种操作过程。

如：宁夏宝塔石化三厂将石油原油常压蒸馏为：汽油、溶剂油、轻柴油、中循油（轻、重柴油的混合物）重柴油、渣油。

1.挥发：液态物质在低于沸点的温度下转变为气态的现象。

在一定温度下，液态物质的蒸汽压力愈大，它的挥发性也就愈大。

如：乙醇、乙醚、丙酮等称 作挥发性液体。

2.挥发度：表示一种液体挥发的程度。

对于纯液体可用其在一定温度下蒸气压的大小来表示。

混合溶液中各组分的挥发度（v ）可用它在蒸气中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比来表示 即AA A x p ＝ 。

蒸馏是三传（动量传递、热量传递、质量传递）中第三传，即质量传递中之一。

传质过程：包括蒸馏、吸收、萃取、干燥等单元操作。

它实际上是分离过程。

如：加热苯和甲苯的混合液，使之部分气化，由于苯的沸点较甲苯的低，即其挥发度较甲苯高，故苯较甲苯易从液相中气化出来。

若将气化的蒸气部分冷凝，则冷凝液中甲苯多，而未被冷凝的蒸气中苯多。

分子蒸馏什么是分子蒸馏？分子蒸馏是一种用于分离混合物中不同组分的技术。

它是一种专门设计来处理温度敏感或高沸点混合物的蒸馏方法。

与传统的蒸馏方法不同，分子蒸馏通过在特定的真空条件下操作，有效地分离混合物中的组分。

分子蒸馏的原理分子蒸馏的原理基于不同组分之间的沸点差异。

在正常的大气压下，混合物中的组分会在一定温度下同时蒸发，难以有效地分离。

而在分子蒸馏中，通过在真空条件下操作，可以降低蒸发温度，使不同组分的沸点差异更加明显，从而更容易分离。

分子蒸馏的步骤分子蒸馏通常包括以下几个步骤：1.加热源：将混合物加热，使其蒸发。

加热源通常是一种高效的热交换介质，如加热油。

2.蒸发室：将加热的混合物引入蒸发室。

蒸发室内的真空条件使得混合物在较低的温度下蒸发。

3.冷凝器：将蒸发的混合物引入冷凝器。

冷却的混合物会逐渐冷凝，分离成不同的组分。

4.分离釜：根据沸点差异，不同组分会逐渐凝结，分离进入不同的分离釜。

在分离釜中，可以进一步提纯和收集所需组分。

应用领域分子蒸馏在许多领域中得到广泛应用，包括:1.石油工业：用于石油精炼过程中的组分分离和提纯。

分子蒸馏可用于分离原油中的各种烃类组分。

2.化学合成：用于有机合成中的高沸点物质的分离和提纯。

分子蒸馏是一种常用的工具，可以有效地分离反应产物中的目标物质。

3.药物生产：用于药物合成和提纯过程中的组分分离。

分子蒸馏可用于分离和提纯各种药物的中间体和最终产物。

4.食品和饮料工业：用于分离和提纯食品和饮料中的挥发性成分。

分子蒸馏可用于提取食品和饮料中的香料、挥发性油和化学成分。

分子蒸馏的优势与传统蒸馏方法相比，分子蒸馏具有以下优势：1.高效分离：通过在真空条件下操作，分子蒸馏可以实现更高效的组分分离。

2.低温操作：分子蒸馏可以在较低的温度下进行，从而减少热敏性物质的降解。

3.提高产品质量：分子蒸馏可以有效地去除杂质和残留物，提高所得产品的纯度。

4.节能环保：相比传统的蒸馏方法，分子蒸馏可以通过降低操作温度和压力，降低能源消耗和环境污染。

第六章液体蒸馏第一节概述§6.1.1/蒸馏概述一、蒸馏分离的依据蒸馏是分离液相混合物的典型单元操作。

蒸馏操作是将液体混合物部分汽化，利用其中组分挥发度不同的特性（挥发度差异）而达到分离的目的。

液体混合物二元或多元系A+B（C...）非A组分A组分摩尔分率molfrac.xA0A组分易挥发，称之为易挥发组分，也叫做轻组分；B为难挥发组分，也叫重组分。

需注意的是，汽相中仍可能有B等组分，不是纯A，因为轻、重组分都具挥发性，只是A较B 易挥发罢了；同样液相中仍可能有A，而不是纯B。

故组分在汽、液相中重新分配。

在实验室里的蒸馏操作是这样的，将液体混合物（原料液）置于蒸馏瓶中，蒸馏实验装置如图示。

为防止暴沸在瓶中加入几片瓷片，瓶中液体量以不超过其体积的2/3为宜，接下来加热蒸馏瓶使液体部分汽化，产生的蒸汽经过套管冷凝器时被全部冷凝为液体，冷凝液被称为馏出液。

得到的馏出液中轻组分的浓度必大于瓶中液相中的浓度xA ，即yA>xA,且yA>xA0，xA<xA0。

同学已做过的是Et-OH+H2O或是苯+甲苯体系,液体（酒精）的蒸馏实验。

将逐次如果将得到的馏出液作为原料液逐次重复上述蒸馏实验，则馏出液中轻组分的浓度yA提高，即馏出液的品质逐次提高，但数量逐次减小（少而精）。

同时应该看到蒸馏过程中伴有液体沸腾和蒸汽冷凝过程，所以为了要得到高纯度的馏出液必需消耗热量。

二、工业蒸馏过程工业上最为简单的蒸馏过程是平衡蒸馏与简单蒸馏。

1.平衡蒸馏平衡蒸馏又称闪蒸，是一个连续定态过程，流程如左图。

原料连续的进入加热炉，在炉内被加热至一定温度，然后经节流阀减压至预定压强。

由于压强的突然降低，过热液体发生自蒸发，液体部分汽化。

汽、液两相在分离器中分开，汽相为顶部产物，其中易挥发组分较为富集；液相为底部产物，其中难挥发组分获得了增浓。

在平衡蒸馏过程中，各参数维持恒定不变。

2.简单蒸馏简单蒸馏是一个间歇操作过程，是非定态过程。

分子蒸馏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。

根据分子运动平均自由程公式,不同种类的分子,犹豫其分子有效直径不同,故其平均自由程也不同,即从统计学观点看,不同种类分子逸出液面后不与其他分子碰撞的飞行距离是不同的分子蒸馏的分离作用就是依据液体分子受热会从液面逸出,而不同种类分子溢出后,在气相中其运动平均自由程不同这一性质来实现的。

分子蒸馏是一种非平衡状态下的蒸馏,由其原理来看,它又根本区别于常规蒸馏。

因此,它具备许多常规蒸馏无法比拟的优点(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,蒸汽分子一旦由液相中逸出(挥发就可实现分离,而非达到沸腾状态。

因此,分子蒸馏是在远离沸点下进行操作的。

(2蒸馏压强低:由分子运动平均自由程公式可知,要想获得足够大的平均自由程,必须通过降低蒸馏压强来获得。

另外,由于分子蒸馏装置独特的结构形式,其内部压降极小,可获得很高的真空度。

尽管常规真空蒸馏也可以采用较高的真空度,但由于其内部结构上的至于(特别是填料塔或板式塔,其阻力较分子蒸馏装置大得多,因而难以达到高的真空度。

一般常规真空蒸馏其真空度仅达5kPa,而分子蒸馏真空度可达0.1-100Pa。

由上述可知,分子蒸馏是在极高真空度下操作,又远离物质的沸点,因此分子蒸馏的实际操作温度比常规真空蒸馏低得多，一般可低50-100°C。

(3受热时间短:鉴于分子蒸馏是基于不同物质分子运动平均自由程的差别而实现分离，因而装置中加热面与冷凝面的间距要小于轻分子的运动平均自由程(即间距很小，这样，由液面逸出的轻分子几乎未发生碰撞即达到冷凝面，所以受热时间很短。