第二章 分子蒸馏技术(4)

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。

分子蒸馏技术的原理和应用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。

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。

（三）分子蒸馏技术中的相关模型：对于许多物料而言，至今还没有可供实际应用的数学模型来准确地描述分子蒸馏中的变量参数，实际的应用仍靠经验的总结。

但由经验从各种规格蒸发器中获得的蒸发条件，可以安全地推广到生产装置的设计中。

相关的模型有：１、膜形成对于降膜、无机械运动的垂直壁上的膜厚，Nasselt公式为：σm＝（3v2Re/g）1/3其中：σm－名义膜厚［米］v－物料动力粘度［米2•秒-1］g－重力加速度［米•秒-2］Re－雷诺数，无因次Re>400时，该方程成立。

分子蒸馏技术-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII分子蒸馏技术系别：化学系专业：应用化学学号： 2012122142姓名：贺翠时间： 2014-2015学年第二学期分子蒸馏技术贺翠(太原师范学院山西太原030031)摘要分子蒸馏技术是高纯材料制备的瓶颈技术，一直备受各国重视。

本文介绍了国内外分子蒸馏技术的发展概况及其应用特点，结合实际应用的要求，对分子蒸馏的技术理论、分子蒸馏分离过程以及在精细化工、医药、高纯度物质、超分子化合物制备等方面的应用前沿，做了较全面而详细的介绍。

关键词分子蒸馏分析精馏分子蒸馏技术(Molecular Distillation，MD)不同于一般蒸馏技术，它是运用不同物质分子运动自由程的差别而实现物质的分离，能够实现远离沸点下的操作。

它具备蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护热敏性物质的品质。

分子蒸馏技术已广泛应用于高纯物质的提取，它可摆脱化学处理方法的束缚，真正保持了纯天然的特性，所以特别适用于天然物质的提取与分离，在国际上已被广泛应用于食品、医药、香料等工业中。

1 分子蒸馏的国内外发展概况追溯到第2次世界大战以前，伴随真空技术和真空蒸馏技术发展起来的一种液-液分离技术。

Hickman[1]博士是最早的发明人之一，早在1920年，他就利用分子蒸馏设备做过大量的小试实验，并将该方法发展到中试规模。

当时的实验装置非常简单，他们是在一块平板上将欲分离物质涂成薄层使其在高真空下蒸发，蒸汽在周围的冷表面上凝结。

操作时使蒸发面与冷凝面的距离小于气体分子的平均自由程，从而气体分子彼此发生碰撞的几率远小于气体分子在冷凝面上凝结的几率。

因此，这种简单的蒸馏方法在美国首先以“分子蒸馏”的概念出现，并沿用至今。

20世纪的30～ 60年代是分子蒸馏技术的研发时代，至60年代末，德、日、英、美及前苏联均有多套大型工业化装置投入工业化应用。

分子蒸馏技术赵建霞（北京化工大学北方学院，理工院，化工1006）【摘要】分子蒸馏是一种新型的分离技术，与传统的分离技术相比,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，系统基本绝氧，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,介绍了目前分子蒸馏技术的特点以及分子蒸馏技术在化工医药轻工等行业的应用情况和发展趋势【关键词】分子蒸馏；分离提取；天然色素；维生素【前言】分子蒸馏技术最早可以追溯到第二次世界大战以前，伴随真空技术和真空蒸馏技术发展起来的液相分离技术。

早在1920年，最早的发明人之一Hickman博士利用分子蒸馏设备做过大量的小试实验，并发展到中试规模。

第二次世界大战以后，Kawala和Stephan实验发现，在原有设备和温和操作条件下，适当增大蒸发面和冷凝面之间的距离，对分子蒸馏蒸发速率和分离效率影响不大，而处理量大大增加，因此他们提出“分子蒸馏”又称为“短程蒸馏”。

其操作温度远低于物质常压下的沸点温度, 且物料被加热的时间非常短,不会对物质本身造成破坏, 因而适合于分离高沸点、高黏度、热敏性的物质。

20世纪60年代初，分子蒸馏技术得到了迅速的发展，广泛应用于与人民生活息息相关的日用化工行业。

20世纪90年代以来，随着人们对天然物质的青睐以及全球回归自然潮流的兴起，特别是中药现代化、国际化进程的迫近，分子蒸馏技术在高沸点、热敏性天然物质的分离方面得到了前所未有的发展。

目前，分子蒸馏技术已发展为国内外正在进行工业化开发应用的高新液一液分离技术。

北京化工大学从 20 世纪 90 年代初开始对分子蒸馏技术进行开发研究, 已开发出 30 余种新产品, 并已建成 20 余条生产线, 将分子蒸馏技术向工业化推进了一步, 其最近开发成功的分子蒸馏成套工业化装置, 实现了高真空下长期稳定运行, 并具有适应性广、可调性能好的特点1.分子蒸馏技术的基本原理分子蒸馏技术的原理不同于常规蒸馏，它突破了常规蒸馏依靠沸点差分离的原理，而是依靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现物质的分离，因此，它具有常规蒸馏不可比拟的优点，如蒸馏压强低、受热时间短、操作温度低和分离程度高等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。

1.简介分子蒸馏技术是一种新型的特殊的液一液分离技术，由于分子蒸馏在低氧惰性条件下蒸馏。

其蒸馏温度低。

物料受热时间短，操作压力低(真空度高)，分离程度及产率高，产品质量高，其成分在蒸馏前后不会有太大变化．在分离后的产品可避免有机溶剂等优点EI-71。

特别适应于高沸点。

热敏性以及易氧化物料的分离纯化。

至目前为止，分子蒸馏技术已广泛应用于石油化工、精细化工、食品工业、医药保健等行业的物质分离和提纯，尤其是高分子量、高沸点、高粘度的物质及热稳定性的有机化合物的浓缩和纯化，由于世界各国的不断研究开发和应用，正在涉及国民经济的更多领域。

分子蒸馏技术在1920年开始于德国和英国，美国的K．C．C．Hick Mantm 和他的科研小组进行了进一步研究。

该技术与传统的蒸馏方法不同，是一种对高沸点，热敏性物料进行有效的分离纯化手段，1971年HoU6 J。

Kurucz E和Bor6di A⋯对分子蒸馏技术进行进一步研究。

提出只要蒸发面和冷凝面存在温差蒸发即可在任何温度下进行并将分子蒸馏技术成功的运用于浓缩鱼肝油中提炼维生素A的工业中。

1995年Juraj Lutisan和Jan Cvengros[12]运用理想气体动力学理论到处分子平均自由程提出分子蒸馏的分离作用是利用液体分子受热会从液面逸出．而且不同种类分子逸出后其平均自由程不同来实现的。

2 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。

所谓分子运动平均自由程，是指在某一时间间隔内分子自由程的平均值；而分子运动自由程则是一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程根据热力学原理，分子运动平均自由程可用下式表示：式中 K—一波尔兹曼常数；P——分子运动所处的空间压力；T——分子运动所处的空间温度；d——分子有效直径。

由式(1)可以看出，压力、温度及分子有效直径是影响分子运动平均自由程的三个主要因素根据分子运动理论,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。