分子蒸馏原理与装置

C3H6、CH3I、B2H6、C2F6、n-C3H8、n-C4H10、nC14H30、CF2Cl2、C2H5Cl、C2H5OH、CHFCl2、CH2Cl2 、C2H5NH2、、CH2Br2、(CH3)2NH、
SF6、i-C4H10、i-C5H12、i-C8H18、n-C7H16、CHCl3、 CHBr3、CHCl3、CHI3、CCl4、CBr4、C2F2Cl4、C6H6 、B5H9、B10H14、 C6H5CH3、C6H11CF3、C6H4(CH3)2、 (CH3)3N、(C2H5)3N、C(CH3)3Br、C(CH3)3OH、 C(CH3)2CHOH、(CH3)2CHCl、呋喃、吡啶、喹啉、噻 吩、二氧已烷 1,3,5-三已基苯
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。
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原理
蒸发速度
– 具有自由流动膜的“纯”分子蒸馏的 Lang muir － knudsen 方程。
M1 G 15 p T
G－蒸发速度[Kg/m2· h] M－分子量 p－蒸汽压[Pa] T－蒸馏温度[K] 上式是假定蒸发是不受其它分子阻碍情况下导出的，实 际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，上式给出的 G 值是达不到的。实际中 必需乘以一个因子来加以校正，此因子用符号表示。 残余气体压力愈低，值愈接近１，现代装置可达0.9。
m
vm
f 2vm
d 2T
kp
d-分子有效直径 p- 压强(以下称压力) k-玻耳兹曼常数，k=1.380658×10-23 T-温度
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原理
于是
kT k 1 T m 2 2 2d p 2 d p
平均自由程与分子有效直径、温度、压力有关。 分子有效直径愈小，分子平均自由程愈大。 温度愈高，分子平均自由程愈大。 压力愈低，分子平均自由程愈大。 标准状态几种气体分子的平均自由程
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分子蒸馏技术简介与应用
工业化应用分子蒸馏技术的产品
– Z：植物甾醇 植物蜡 芝麻素 真空泵油 制动液 中碳 链甘油三酯(MCT) 脂肪酸及其衍生物 增塑剂 增效醚 甾醇酯 蔗糖酯 紫罗兰酮 酯类油(双酯、多元醇酯、复 酯) 植物油脱臭馏出物 紫苏籽油 蔗蜡 棕蜡 镇 静剂 棕榈油
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原理
分子 分子量 有效直径(10-10m) 空气 29 3.36 氧 32 3.57
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氮 28 3.1
氢 2 2.72
原理
分子有效直径
分子直径(nm) <0.38 ～0.38 0.41-0.49 分子 He、Ne、Ar、H2、N2、O2、CO、NH3、H2O Kr、Xe、CO2、CS2、CH4、C2H2、C2H6、CH3Cl、 CH3OH3、CH3CN5、CH3NH2、CH3Br2、、、、、
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原理
基本原理
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原理
实现分子蒸馏应满足的条件
– 轻、重分子的平均自由程必须要有差异，且差异越大越好 ； – 蒸发面与冷凝面的间距必须小于轻分子的平均自由程、大 于重分子的平均自由程。
分子蒸馏过程
– 液相分子运动 物料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 – 蒸发表面分子运动 液体分子从液面逸出 物料分子在液层上自由蒸发速度随温度升高而增大 分离程度随温度升高而降低
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分子蒸馏技术简介与应用
工业化应用分子蒸馏技术的产品
– N：萘甲醛 柠檬醛 – P：PET再生(聚对苯二甲酸乙二醇酯) 葡萄糖衍生物 天 然苹果香精 帕罗西汀 硼酸乙二醇醚 – Q：茄尼醇(废次烟叶、马铃薯叶) 3-羟基丙腈(HPN) – R：润滑油(聚α-烯烃、石蜡氯化合成油、烷基苯合成油、 聚异丁烯合成油) L-乳酸 松香酯 肉桂醛(肉桂油) 山 苍子油 – S：生物柴油(脂肪酸甲酯或乙酯) 三烯生育酚 三氯新(三 氯-2羟基二苯醚) 三甘醇 三十烷醇 三聚酸 双甘油酯 鼠尾草抗氧剂 杀虫剂 食用油脱酸 缩水甘油基化合物 羧酸二酯(润滑油) 蒜素 鲨烯(三十碳六烯酸) 十二烷内 酯 双-β-羟乙基对苯二甲酸酯 酸性氯化物 生物碱衍 生物 四唑-1-乙酸 三聚甲醛回收(天然及合成)生育酚
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原理
基本原理
– 为达到使液体混合物分离的目的，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 。于是将混合物分离了。 – 由于轻分子只走很短的距离即被冷凝，分子蒸馏亦称短程 蒸馏(Short-Path Distillation)。
分子蒸馏原理 与装置
分子蒸馏技术(MOLECULAR DISTILLATION TECHNOLOG)简介 与应用 原理 设备 装置
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分子蒸馏技术简介与应用
传统蒸馏技术
利用沸点差进行分离 – 真空间歇蒸馏-旋转蒸发仪 蒸发液面小、液体高度大、液膜厚、物料停留时间长、 真空度低(残余空气压力5Pa以上) 价格低、结构简单、技术高度成熟 – 降膜蒸馏-降膜蒸馏器(降膜蒸发器) 液膜较厚、不均匀、可能有局部过热、蒸气流阻力大 技术成熟 – 强制成膜蒸馏-刮膜蒸馏器(刮面蒸发器)、离心蒸馏器 低沸点组分的分子运动路径长、结构复杂 液膜薄且均匀
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分子蒸馏技术简介与应用
工业化应用分子蒸馏技术的产品
– J：聚甘油酯 聚酯 聚醚 聚烯烃 聚乙二醇(酯) 聚氨 酯 聚戊烯醇 聚四氢呋喃 姜油树脂 姜辣素 姜烯酚 焦油 角鲨烯 结构酯 芥酸酰胺 碱金属精炼 甲基庚烯 酮 间甲基苯甲酸 3-甲基吲哚 激素缩体 姜樟油 鲸 醇 – K：葵花籽油 糠蜡 矿物油渣脱蜡 奎宁衍生物 扩散泵 油 天然抗氧化剂 – L：沥青脱蜡 辣椒油树脂 辣椒红色素 辣椒碱 氯菊酯 磷酸酯 连翘挥发油 邻苯二甲酸二辛酯 – M：玫瑰油 没食子酸醛类衍生物 毛油脱酸(高酸值米糠 油、小麦胚芽油、花椒籽油等) 茉莉精油 煤焦油 酶解 脂肪酸
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0.5-0.8
0.8-1
原理
分子间力[2] 当分子距离小于分子有效 直径时，分子间的主要作 用力是斥力；当分子距离 大于分子有效直径时，分 子间的主要作用力是范德 瓦尔斯力；当分子距离大 于10-9m时，分子间力可以 忽略不计。
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原理
– 分子平均自由程 分子碰撞频率
f
vm -分子平均速度 λm -分子平均自由程 由热学原理：
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分子蒸馏技术简介与应用
工业化应用分子蒸馏技术的产品
– T：碳氢化合物 萜烯烃(酯) 桃醛 塔尔油(妥尔油) – W：(天然及合成)脂溶性维生素(A、D、E、K)烷基糖苷(烷 基苷 烷基多苷 烷基多糖苷 烷基聚糖苷 烷基葡萄糖苷) 烷基酚 微晶蜡 戊二醛 维生素E醋酸酯 肟类 – X：小麦胚芽油 新洋茉莉醛 香附子烯 α-香附酮 香 芝麻蒿挥发油 香叶醇 香紫苏内酯 – Y：亚麻酸 油酸酰胺 (深海及发酵)鱼油 鱼肝油 燕麦 油 羊毛脂 羊毛醇 异氰酸酯预聚物 岩兰草油 月桂 二酸 氧化乐果 胺 乙醛酸 乙酰氨基苯乙酸乙酯异构体 亚 麻籽油 同位素铀浓缩 依托芬那酯 乙氧基脂肪醇 乙氧脂肪酸 液化煤 乙烯基吡咯烷酮 玉米油 乙酰柠 檬酸酯 腰果油 异丙烯二羧酸酯
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原理
基本概念
– 分子碰撞 刚性球弹性碰撞理论 实际碰撞与之有差别
分子刚性
分子的碰撞机构
弹性碰撞
刚球的弹性碰撞
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原理
– 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[1]。 分子有效直径是热运动概念，不是物理学、化学的 分子直径。 分子有效直径的数量级是10-10m(即0.1nm)。 标准状态(p=1atm、T=273.15K)下，分子平均间距约 为3.3×10-9m。 300K、1atm时分子有效直径
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原理
– 分子从蒸发面向冷凝面运动 分子在真空中飞射是主运动 只要真空度合适,使蒸发分子的平均自由程大于或等 于蒸发面与冷凝面之间的距离即可。 存在布朗运动 在飞射过程中可能与残存的空气分子碰撞 ,也可能相 互碰撞。 – 分子在冷凝面上冷凝 如果液膜很薄，可以认为冷凝是瞬间完成的。 冷凝面形状要合理、需极光滑，使凝结液迅速转移。
基本原理
– 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数量的增加、相互进行随机碰撞， 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，最终会有离开液体的分子数与返回液体的分子数 相同。即达到分子运动的动态平衡，从宏观上看称为达到 了平衡。 – 不同种类的分子，其平均自由程不同。 – 液体分子受热从液面逸出，如进入高真空的空间，在小于 平均自由程的距离内，碰撞概率很小。
技术发展
– 1922年Brö nsted和Hevesy设计了第一套可以应用的实验用分 子蒸馏装置进行汞同位素分离。 – Burch制成盘式实验用分子蒸馏装置，用汞扩散泵达到 0.13Pa的绝对压力，蒸馏出较高分子量、极低蒸气压的液 体。 – 1930年代，Burch、Waterman、Hickman分别发展了分子 蒸馏技术，Hickman小组设计了离心式分子蒸馏装置。
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分子蒸馏技术简介与应用
应用领域
– 热敏性化合物的热分离 – 生物提取液中有效成分的 分离 – 有机合成物质的提纯 – 工业废料的回收利用 – 食品工业中毒害物质的去 除 – 有机化合物的脱色、除异 味 – 化合物中残留溶剂的高精 度去除
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分子蒸馏技术简介与应用