分子蒸馏技术在分离过程中的应用与进展

分子蒸馏技术在分离过程中的应用与进展Molecular distillation in the application and progress on

the separation process

分子蒸馏技术在分离过程中的应用与进展

摘要：分离技术是研究生产过程中混合物的分离、产物的提取或纯化的一门新型学科。随着社会的发展，首先对产品的质量及物质纯度的要求也随之提高了;人们不但希望采用更高效的节能、优产的方法，而且希望所采用的过程与环境友好。在传统蒸馏、萃取等化工分离技术基础上，分析分子蒸馏技术的原理。并结合实际应用要求，论述分子蒸馏技术在分离过程方面的进展及其重要性。

关键词：分子蒸馏技术；研究分析；分离；进展

Abstract:the separation technology research and production process is a mixture of separation, purification products of a door extracted or new academic disciplines. With the development of society, the first of the quality of the products and the material requirements of purity increases; People not only hope using more efficient energy-saving, excellent production method, and hope the process and environmental friendly. In traditional distillation and extraction, and other chemical separation technology, analysis based on the principle of molecular distillation technology. And actual application requirements, this paper discusses the separation process molecular distillation in progress and its importance.

Keywords: molecular distillation; Research analysis; Depart; progress

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【1】。它具备蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，特别适用于高沸点、高热敏性及易氧化物质的分离提取纯化，能解决大量用常规技术分离难于解决的问题【2】。分子蒸馏作为一种物理法分离技术，生产过程绿色清洁，具有广泛的应用前景。

一、分子蒸馏技术原理

分子蒸馏是在高真空条件下进行的非平衡蒸馏，根据组分间的相对挥发度不同而进行的分离。操作是在混合物的沸点温度下进行的，其分离是依据不同物质分子运动平均自由程的差别，在高真空下实现物质间的分离。当设备冷凝表面与蒸发表面有温度差时，分离操作就能进行。在分子蒸馏操作过程中，轻组分分子的平均自由程大，重组分分子的平均自由程小。若在离蒸发面小于轻组分分子的平均自由程而大于重组分分子平均自由程处设置一冷凝面，使得轻组分分子落在冷凝面上被冷凝，使其流出，而重组分分子因到达不了冷凝面而返回原来液面，混合物中的不同组分就能分离开来【3-5】。分子蒸馏原理如图1 所示。

图1 分子蒸馏原理示意图

由图1可以看出,液体混合物为了达到分离的目的,首先混合液沿加热板向下流动,被加热后,轻、重分子均向气相逸出,由于轻、重分子自由程不同,轻分子自由程大,可达到冷凝板,冷凝后沿冷凝板向下流动,重分子自由程小,达不到冷凝面而在气相中饱和,并返回液相,沿加热板向下流动,从而形成轻、重分子的分流与分离【6-7】。

二、分子蒸馏影响因素分析

2.1 混合物分子量对分离程度的影响

分离程度与所有被蒸馏混合物的分子量的大小有关,分子量差异越大,其沸点和自由程差异越大,馏出物就越纯;分子量越接近,分馏效率也就越低。因此,分子蒸馏要满足2个条件:①轻、重分子的平均自由程必须要有差异,且差异越大越好;②蒸发面与冷凝面的间距必须小于轻分子的平均自由程。

2.2 压力对分离程度的影响

分子蒸馏要求整个系统可在很高的真空度下工作。分子蒸馏的蒸发面与冷凝面距离很小,欲使蒸汽分子从蒸发面向冷凝面飞射的过程中,蒸汽分子之间发生碰撞的几率很小，则操作系统必须存在较大压差【8】。加之其独特的结构形式决定了其操作压强很低,一般为0·13~1·33 Pa。

2.3 温度对分离程度的影响

分子蒸馏是靠不同物质分子运动自由程的差别进行分离的，因此蒸馏温度远低于待分馏组分的沸点【9】。分子从蒸发面上自由蒸发。分子在高真空远低于沸点的温度下进行蒸发。蒸发速率随着温度的升高而上升,但分离效率有时却随着温度的升高而降低,所以应以被加工物质的热稳定性为前提,选择经济合理的蒸馏温度。一般来说,分子蒸馏的分离温度比传统蒸馏的操作温度低50~100℃【10】。

2.4 受热时间对分离程度影响

分子蒸馏装置加热液面与冷凝面间的距离小于轻分子的平均自由程，受热液体呈薄膜状，一般为0.5 mm 左右，而受热面与冷凝面间距很小，比轻分子移动距离还要小，液面逸出的轻分子几乎未经碰撞就到达冷凝面，所以受热时间很短，一般为几秒至几十秒之间【11】.这一特点很好地保护了被处理物料的颜色和特性品质,使得用分子蒸馏精制的产品在品质上优于传统真空蒸馏法生产的产品。

三、分子蒸馏操作过程及设备

（1）使设备达到高真空、低于混合物料沸点的加热温度、达到轻组分分子冷凝的冷凝面温度条件；

（2）通过重力或机械力使物料在加热蒸发面形成非常薄且分布均匀便于蒸发的液膜；

（3）混合物分子在高真空和远低于常压沸点的温度下在液膜表面进行自由蒸发；（4）在高真空下，蒸发中的分子从加热面向冷凝面运动；

（5）轻组分分子到达冷凝面被捕获收集，重组分分子不能到达冷凝面而返回原来液面；

（6）轻组分分子馏出物在冷凝面相接的容器收集，重组分分子在加热面相接的容器收集。

根据操作过程，完整的分子蒸馏装置主要包括：分子蒸馏器、进出料系统、真空系统、加热系统、冷却系统、控制系统。操作设备大致可分为三类降膜式分子蒸馏器(falling–film evaporator)、离心式分子蒸馏器(centrifugal evaporator)【12】、刮膜式分子蒸馏器(wiped-film evaporator)【13】（如图2）。