分子蒸馏原理及装置介绍2020最新

❖ 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
✓ 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
分子
空气
氧
氮
氢
分子量
29
32
28
2
有效直径(1010m)
3.36
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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1、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
– A：氨基酸酯 阿魏酸三萜醇酯 – B：丙烯酸酯 丙二醇酯 苯乙烯-丙烯腈 丙交酯 薄荷
酯 白术挥发油 苯基马来酰亚胺 柏木油 菠萝酮 苯甲 酸C12～C15醇酯 – C：长链二元酸(C9-C18) 粗石蜡 除草剂 柴胡挥发油 茶树油 苍术油 川芎提取物 蚕蛹油 – D：单甘酯(单硬脂酸甘油酯 单月桂酸甘油脂等) (牛油及 猪油等)脱胆固醇 大蒜油 丁三醇 当归提取物 2-丁 基辛醇 独活提取物 豆甾醇 独活提取物 多糖酯 多不 饱和脂肪酸 对苯二甲酸二乙酯 脱除多氯联苯 – E：二十八烷醇(米糠蜡、蜂蜡、蔗蜡) 二聚酸 二十碳五烯 酸(EPA) 二十二碳六烯酸(DHA) 二十二烷内酯 二异 氰酸酯三聚体
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2、原理
❖ 注意
– 由于刚性球弹性碰撞模型与实际有差异 ➢ 至今没有一个完整的理论能对分子蒸馏进行准确的描述
– 未有可供实际应用的数学公式 ➢ 由经验从各种规格蒸发器模型中获得的蒸馏条件，可以 安全可靠地近似推广到实验室用、生产线上用的分子蒸 馏装置中。
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3、分子蒸馏装置
❖ 分类
– 简单蒸馏型 ➢ 静止式 ➢ 降膜式 ➢ 刮膜式 ➢ 离心式
3.57
3.1
2.72
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2、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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2、原理
– 分子平均自由程
➢ 分子碰撞频率
f vm
✓ 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
分子
氢
氮
λm(×10-8m)
11.2
6
氧
空气
6.5
6.9
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2、原理
➢ 将上式改写成
m

3.1110 24

1 d2

T p
✓ 可用于设计时换算
➢ 如需将空气分子平均自由程增大至7×10-2m，压力需降 至0.1Pa。
– 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。
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2、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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2、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]。
– 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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1、分子蒸馏技术简介与应用
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1、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 (聚)乙二醇酯 油酸二乙醇酰胺 月桂酸二乙酰 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
– 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)。
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2、原理
❖ 基本原理
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2、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。
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1、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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2、原理
❖ 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。
分子蒸馏原理 与装置
❖ 1、分子蒸馏技术(MOLECULAR DISTILLATION TECHNOLOG)简介与应用
❖ 2、分子蒸馏原理
❖ 3、分子蒸馏设备装置
1、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)
❖ 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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2、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。
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2、原理
❖ 分子蒸馏的挥发度
r

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-轻组分饱和蒸气压，Pa； p2-重组分饱和蒸气压，Pa。
24wenku.baidu.com
2、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。
– H：花生四烯酸(ARA) 胡椒基丁醚 β-胡萝卜素及类胡萝 卜素(棕榈油 柑橘油 甜橙油 桔皮油 螺旋藻等) 海狗油 ( 双酚A及F型)环氧树脂 花椒籽油 红花籽油 互叶白千层 油
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1、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
– 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。
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2、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。
– 液膜厚度不 均匀。
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3、分子蒸馏装置
❖ 离心式分子蒸馏装 置
– 物料送到高速旋 转的转盘中央， 在旋转面扩展形 成薄膜，同时加 热蒸发，在对面 的冷凝面凝缩。
– 目前较为理想的 分子蒸馏装置， 但要求有高速旋 转的转盘,又需要 较高的真空密封 技术。
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3、分子蒸馏装置
❖ 刮膜式分子蒸馏装置
– 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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1、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
– 精密蒸馏型
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3、分子蒸馏装置
❖ 静止式分子蒸馏装置
– 一个静止不动的水平蒸发表面，按其形状，有釜式、盘式等 。
– 出现早、结构简单。 – 目前已不采用。
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3、分子蒸馏装置
❖ 降膜式分子蒸 馏装置
– 流体靠重力 在蒸发壁面 流动时形成 一层薄膜。
– 液膜流动一 般为层流， 传质、传热 阻力大。
G 15 p M1 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。
➢ 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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1、分子蒸馏技术简介与应用
❖ 分子蒸馏是一种液-液分 离技术
– 依靠不同物质分子运动 平均自由程的差别实现 分离。
– 适用于高沸点、热敏性 及易氧化物系的分离。
– 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。
– 能使液体在远低于其沸 点的温度下将其分离。
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1、分子蒸馏技术简介与应用
❖ 技术发展
– 1922年Brönsted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。
m
vm -分子平均速度
λm -分子平均自由程
➢ 由热学原理：
f
d 2T
2vm 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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2、原理
➢ 于是
m
kT
2d 2 p
k 1 T
2 d 2 p
✓ 平均自由程与分子有效直径、温度、压力有关。
– 组成 ➢ 蒸发冷凝装置 ➢ 驱动装置 ➢ 进出料装置 ➢ 真空装置 ➢ 冷热源 ➢ 控制系统
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1、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
– F：废油再生 番茄红素 辅酶Q 蜂蜡 呋喃脂 酚醛树 脂 防风提取物 氟油(全氟烃、氟氯碳油、全氟聚醚)
– G：高碳醇 固化剂(脱除TDI、MDI、HDI等) 共轭亚油 酸 果糖酯 硅油(聚硅氧烷或聚硅醚) 谷甾醇 谷维素 桂皮油 香茅油 香根油 橄榄油 广藿香油(广藿香醇、 广藿香酮) 癸二酸二辛酯 光稳定剂