分子蒸馏是一种在高真空下操作的蒸馏方法,这时蒸气分子的平均自由程大于蒸发表面与冷凝表面之间的距离,从而可利用料液中各组分蒸发速率的差异,对液体混合物进行分离。分子蒸馏是一种特殊的液--液分离技术,它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理,而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。
当液体混合物沿加热板流动并被加热,轻、重分子会逸出液面而进入气相,由于轻、重分子的自由程不同,因此,不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同,若能恰当地设置一块冷凝板,则轻分子达到冷凝板被冷凝排出,而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。这样,达到物质分离的目的。
适用行业
适用于化学工业、食品行业、聚合物工业、制药工业、涂料工业、化妆品工业、石化工业等。
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分子蒸馏塔能在短时间内,将相同分子量的产品集中到一起,并将不同分子量的产品分别归类,以供使用。它的特点是热接触时间短、分离距离短、真空度高,故可以实现低温、高真空的理想操作,较好的防止原料的某些成分裂解、胶化等倾向,高收率、低能耗的标准。
分子蒸馏的应用
分子蒸馏技术广泛应用于食品行业,例如单甘酯的生产、鱼油的精制、油脂脱酸、高碳醇的精制等。同时也广泛应用于精细化工和医药工业中,精细化工中有芳香油的提纯、高聚物中间体的纯化、羊毛脂的提取等。医药工业中则可提取天然维生素A、维生素E;制取氨基酸及葡萄糖的衍生物;以及胡萝卜和类胡萝卜素等。
综上所述,分子蒸馏技术作为一种特殊的新型分离技术,主要应用于高沸点、热敏性物料的提纯分离。实践证明,此技术不但科技含量高,而且应用范围广,是一项工业化应用前景十分广阔的高新技术。它在天然药物活性成分及单体提取和纯化过程的应用还刚刚开始,尚有很多问题需要进一步探索和研究。
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技术介绍
短程精馏,也叫分子蒸馏,是一种近几年发展迅速的分离技术,它可以解决具有热敏性、高沸点等性质的物质的分离问题。说是叫蒸馏,其实原理并不一样,普通蒸馏依靠的是沸点差异,而分子蒸馏则靠的是分子平均自由程。自由程是啥?就是一个分子和其他分子相继碰撞两次之间经过的直线距离(,平均自由程就是个统计上的平均结果了。
分子蒸馏与普通蒸馏的比较,分子蒸馏技术具有几大特点。1)蒸馏蒸空度好分子蒸馏仪可以创造一个高真空度系统环境的重要因素是其具有很好的密封性,内部压力可降至0.1Pa 以下。2)蒸馏温度低。分子蒸馏分离利用的是分子平均自由程的不同,因此蒸馏温度远低于原料沸点,解决高附加值化学品热敏性的问题。3)分离效率快,分子蒸馏过程由于其不可逆性,使其能够分离普通蒸馏无法分离的物料,这一特点使得分子蒸馏技术可以应用在要求产物高纯度的食品及医药领域。4)物料受热时间短。分子蒸馏仪的刮膜器使得物料在蒸发器表面形成均匀的薄膜增大了蒸发面积,使蒸馏时间更短,降低了物料长时间受热分解的几率,使得分离更加高效,节约了时间成本。
当液体混合物沿加热板流动并被加热,轻、重分子会逸出液面而进入气相,由于轻、重分子的自由程不同,因此,不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同,若能恰当地设置一块冷凝板,则轻分子达到冷凝板被冷凝排出,而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。分子蒸馏四个过程:
1、 分子从液相主体向蒸发表面扩散:通常,液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的主要因素,所以应尽量减薄液层厚度及强化液层的流动。
2、 分子在液层表面上的自由蒸发:蒸发速度随着温度的升高而上升,但分离因素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。
3、 分子从蒸发表面向冷凝面飞射:蒸汽分子从蒸发面向冷凝面飞射的过程中,可能彼此相互碰撞,也可能和残存于两面之间的空气分子发生碰撞。由于蒸发分子远重于空气分子,且大都具有相同的运动方向,所以它们自身碰撞对飞射方向和蒸发速度影响不大。
4、 分子在冷凝面上冷凝:只要保证冷热两面间有足够的温度差,冷凝表面的形式合理且光滑则认为冷凝步骤可以在瞬间完成,所以选择合理冷凝器的形式相当重要。
短程分子蒸馏设备优缺点有哪些?
由分子蒸馏的基本原理可以看出,分子蒸馏是一种区别于常规蒸馏的非平衡状态下的特殊蒸馏。与常规蒸馏相比,分子蒸馏有如下无法比拟的特点:
(1)操作温度低,节省能耗
常规蒸馏是依靠物料混合物中不同物质的沸点差进行分离的,而分子蒸馏是靠不同物质的分子运动平均自由程的差别来进行分离的,并不要求物料一定要达到沸腾状态,只要分子从液相中挥发逸出,就可以实现分离。正因为分子蒸馏是在远离沸点下进行操作,因此产品的能耗小。
(2)蒸馏压强低,要求在高真空度下操作。
分子运动平均自由程与系统压力成反比,只有加大真空度,才能获得足够大的平均自由程。研究指出,分子蒸馏的真空度高达0.1-100Pa。
(3)受热时间短,降低热敏性物质的热损伤。
由于分子蒸馏是利用不同物质分子运动平均自由程的差别而实现分离的,其基本要求是加热面与冷凝面的距离必须小于轻分子的运动平均自由程,这个距离通常很小,因此轻分子由液面逸出后几乎未发生碰撞即射向冷凝面,所以受热时间极短。研究测定指出,分子蒸馏受热时间*为几秒或几十秒,从而在很大程度上避免了物质的分解或聚合。
(4)分离程度及产品收率高,尤其适合于特定蒸馏。
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由分子蒸馏的原理可知,其是高真空度下的连续不可逆蒸馏过程,这种特点决定了其相较于常规蒸馏有着***优点。
1、分离温度低
普通蒸馏需要在物料沸点温度进行,而分子蒸馏是根据不同种类的分子逸出液面后的平均自由程不同的性质来实现分离的,因而分子蒸馏可以低于物料沸点进行,这是分子蒸馏与常规蒸馏的本质区别,被分离物料只要存在着温度差就能分离。由于分离温度远低于物质的沸点,分子蒸馏可有效地避免被分离物质受热分解,且效率高。
2、蒸馏压力小,真空度高
由于分子蒸馏设备的特殊结构,系统内真空度较高,压力小于1Pa,根据克拉伯龙方程,压力的减小进一步降低了蒸馏温度,因而可有效避免易氧化物质的氧化分解。另外,对于混合液中的低分子物质(如有机溶剂、臭味物质等)的脱除,分子蒸馏较常规蒸馏有效得多。
3、分离程度高
组分在分子蒸馏条件下具有比常规蒸馏更高的相对挥发度,因而分子蒸馏能够分离常规蒸发、蒸馏所不能分离的组分,而对常规蒸馏能分离的组分,分子蒸馏具有更高的效率。分子蒸馏常被用来分离常规蒸馏难以实现的液体混合物。
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