第五章 食品分子蒸馏技术汇总

2020/6/26
3
2.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。
3.分子运动自由程
一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程
4.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，而在一定的外 界条件下，不同物质的分子其自由程各不相同。在某时间间 隔内自由程的平均值称为平均自由程
2020/6/26
16
根据分子运动平均自由程公式，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，而不同种类分子逸出后，在气相中 其运动平均自由程不同这一性质来实现的
缺点: (1)但这种类型的蒸馏，由于其气相必须由釜内移 至外部冷凝器冷凝，其蒸发面上的实际操作压力必须大 到足以克服气相的管道阻力才行。因此，这种蒸馏的操 作压力的降低是有限度的。
2020/6/26
10
缺点: (2)由于釜内液层很厚，液层的压力又进一步增 大了底层液体的实际蒸发压力，这就进一步限制了操 作温度的降低。
料的品质得到了一定程度的保护。
2020/6/26
11
真空蒸馏
2020/6/26
12
薄膜蒸发器缺点
由于薄膜蒸发器仍属于常规蒸馏，不管空载真空度多高， 其操作时都必须要达到物料的沸点，其蒸发的气相也必须 靠一定压力由蒸发器内部移至外部冷凝器，因此其蒸发面 上的实际操作压力仍然比较高，对于许多热敏性、高沸点 物系的分离，薄膜蒸发器仍然无能为力。
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蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子 的平均自由程。
2020/6/26
20
2020/6/26
21
二、分子蒸馏过程（四步曲）
(1)物料分子从液相主体向蒸发表面扩散,
注意：液相中的扩散速度是控制分子蒸
馏速度的主要因素;
(2)物料分子在液层上自由蒸发速度随温
15
第二节 分子蒸馏基本原理及特点
一、分子蒸馏基本原理 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。
2020/6/26
6
5.分子蒸馏的挥发度
M1——轻组分相对分子质量 M2——重组分相对分子质量；
r
p1 p2
M2 M1
p1——轻组分饱和蒸气压，Pa；
p2——重组分饱和蒸气压，Pa；
r ——相对挥发度。
p1
而常规蒸馏的相对挥发度为：
p2
由于 M2 M1 项中 M M1 ，因此
即 r
M2 M1
20留20/6时/26 间的增大呈线性增大的。
8
2020/6/26
9
2.真空蒸馏
物料的沸点依赖于操作压力，为此，人们开发了各种类 型的真空蒸馏设备，试图通过降低过程的操作压力来降 低物料的沸点，从而达到降低分离温度的目的。
如间歇真空蒸馏，将物料放置在一加热釜中蒸发，并在 釜外冷凝器后配置上真空系统，由于操作压力的降低， 物料的沸点随之下降，从而使操作温度降低。
2020/6/26
7
二、分子蒸馏背景
1. 常规蒸馏
通常是指将液相加热至沸腾后再将气相冷凝，从而 实现混合物的分离，其实质是利用了不同物质间的 沸点差来完成的。
尽管这种手段在工业上普遍应用，但对于许多热敏 性物系而言，这种方法并不适用。
热敏性物质在沸腾过程中会出现热分解，而这种热
分解的速度又是随着温度的升高呈指数升高，随停
2020/6/26
4
设Vm为某一分子的平均速度；f为碰撞频率； λm为平均自由程
则λm=Vm/f ∴f=Vm/λm 由热力学原理可知：
f
Vm • d 2P KT
则
T
m
•
2 d 2 P
2020/6/26
5
T
m 2 • d 2P
温度、压力及分子有效直径是影响分子运动 平均自由程的主要因素。当压力一定时，一 定物质的分子运动平均自由程随温度增加而 增加。当温度一定时，平均自由程λm与压力p 成反比，压力越小（真空度越高），λm越大， 即分子间碰撞机会越少、不同物质因其有效 直径不同，因而分子平均自由程不同。
第五章 食品分子蒸馏技术
第一节 分子蒸馏技术的概述 第二节 分子蒸馏技术原理及特点 第三节 分子蒸馏装置 第四节 分子蒸馏技术在食品工业上的应用实例
2020/6/26
1
第一节 分子蒸馏技术的概述
2020/6/26Hale Waihona Puke Baidu
2
一、基本概念
1.分子碰撞
分子与分子之间存在着相互作用力，当两分子离 得较远时，分子之间的作用力表现为吸引力，但 当两分子接近到一定程度后，分子之间的作用力 会改变为排斥力，并随其接近距离的减小，排斥 力迅速增加。当两分子接近到一定程度时，排斥 力的作用使两分子分开。这种由接近而至排斥分 离的过程，就是分子的碰撞过程。
2020/6/26
17
2020/6/26
18
１.液体混合物沿加热板流动并被加热 ２.轻、重分子会逸出液面而进入气相
３.由于轻、重分子的自由程不同
４.轻分子达到冷凝板被冷凝排出; 重分子达不到冷凝板沿混合液排出
分子运动自由程（用λ表示）：一个分
子相邻两次碰撞之间所走的路程。
2020/6/26
19
分子蒸馏应满足的两个条件
缺点: (3)液层的厚度还增大了传热传质阻力，降低了 分离效率，同时也增大了物料的受热时间。
3.薄膜蒸发器：为了解决这些问题，人们设计了各种
不同形式的薄膜蒸发器，如降膜式薄膜蒸发器、刮膜
式薄膜蒸发器等，有效地减小了蒸发器表面上液膜的
厚度，并减少了传热传质阻力，从而降低了物料的分
离温度和物料的受热时间。所有这些，都使热敏性物
人们一直在寻求着一种更为温和的蒸馏分离手段。正是在
这种背景下，分子蒸馏技术得以开发，并得到广泛应用。
该项技术突破了传统蒸馏利用沸点差分离的原理，而是利
用分子运动平均自由程的差别实现物质的分离，从而使物
料20在20/6远/26 离沸点下进行蒸馏分离成为可能。
13
2020/6/26
14
2020/6/26
度升高而增大,但是,分离因素却随温度升
高而降低;