分子蒸馏基本理论是在高真空(0.133~1Pa)条件下进行的非平衡蒸馏,具有特殊的传质传热机理。
分子蒸馏(Molecular distillation) 技术, 是指在高真空条件下,蒸发面和冷凝面的间距小于或等于被分离物料的蒸汽分子的平均自由程,由蒸发面逸出的分子,既不与残余空气的分子碰撞,自身也不相互碰撞,毫无阻碍地奔射并凝集在冷凝面上。
依据分子蒸馏基本理论,在设计分子蒸馏器时,蒸发面与冷凝面的间距不得大于分子平均自由程。所以,分子平均自由程是分子蒸馏基本理论的要素。当进行分子蒸馏时,蒸馏料液通过降膜作用或蒸发面的高速旋转形成一薄层液膜,由于此薄膜传热快且均匀,液膜在蒸发面上的滞留时间可减小到0.1~1s。此时若蒸馏空间压力降到0.1~1Pa,使蒸发面上蒸汽进行蒸发时毫无阻碍,可使操作温度减小至150 ℃左右(对比于常压)。
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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。
在沸腾的薄膜和冷凝面之间的压差是蒸汽流向的驱动力,对于微小的压力降就会引起蒸汽的流动。在1mbar下运行要求在沸腾面和冷凝面之间非常短的距离,基于这个原理制作的蒸馏器称为短程蒸馏器。短程蒸馏器(分子蒸馏)有一个内置冷凝器在加热面的对面,并使操作压力降到0.001mbar。 金山区正规短程分子蒸馏系统质量服务短程分子蒸馏系统原理是什么?
从机械角度上来说,现在的分子蒸馏机一般采用刮板式,具体结构如下图,整体结构大概是两个同心圆筒,外筒通加热介质,内筒通冷却介质。流体从外筒流下,通过刮板拉成液膜,在真空作用下,液膜内的液体向气相做运动,与冷内筒接触后被冷却下来,完成分离过程。
分子蒸馏比较大的特点就是蒸发温度比减压蒸馏更低,但是问题也是有的,首先是机理方面,比常规精馏复杂,还难以直接进行设计,需要前期实验。常规蒸馏,主要依据不同物质的沸点与相对挥发度进行设计,但是对于分子蒸馏,分子的自由程对蒸发过程的贡献更大,因为不同物质的扩散层厚度受分子自由程的影响更大。因此分子蒸馏是一个与常规蒸馏完全不同的过程。另外就是设备结构复杂,有转动机械,也有冷却的内外筒。此外内外筒间距要求小,而
分子蒸馏技术
蒸馏是将固体与液体或液体与液体混合物分离较基本的方法。
常规的蒸馏方式:原料在蒸发器内被加热至蒸发温度, 低沸点组分蒸发后进入冷凝器冷却, 得到所需的产品。
普通蒸馏的基本过程是当分子离开液面后所形成的蒸汽分子,会在运动中互相碰撞,一部分进入冷凝器中,另一部分则返回液体内。常规的蒸馏方式- 需要较高的蒸馏温度 - 物料加热时间较长局限性- 无法对热敏物质进行分离。
要避免部分物质在蒸馏过程中因分解而造成损失,可以采用减压蒸馏法。
减压蒸馏 通过将系统抽真空可降低蒸发温度
压力与沸点的关系:压力每降低一个数量级,沸点降低约20-30度。
但对于热敏物质来说, 在蒸馏釡内进行的真空蒸馏有很多缺点:很长的蒸馏时间 - 由于压力降的缘故,以及真空泵很难克服蒸馏釜内液面的静压高度,所以在蒸发处的真空是非常有限的。较终的真空度并不由真空泵的大小而决定, 而是受管路的传导性和蒸发器内静液面高度的限制。
沸点高、对热不稳定、粘度高或容易的物质,均不宜用一般的减压蒸馏,应进行分子蒸馏。
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分子蒸馏应用
分子蒸馏食品工业
1、单甘酯的生产
分子蒸馏技术广泛应用于食品工业,主要用于混合油脂的分离。可得到w(单脂肪酸甘油酯)>90%的高纯度产品。从蒸馏液面上将单甘酯分子蒸发出来后立即进行冷却,实现分离。利用分子蒸馏可将未反应的甘油、单甘酯依次分离出来。单甘酯即甘油一酸酯,它是重要的食品乳化剂。单甘酯的用量目前占食品乳化剂用量的三分之二。在商品中它可起到乳化、起酥、蓬松、保鲜等作用,可作为饼干、面包、糕点、糖果等**食品添加剂。单甘酯可采用脂肪酸与甘油的酯化反应和油脂与甘油的醇解反应两种工艺制取,其原料为各种油脂、脂肪酸和甘油。采用酯化反应或醇解反应合成的单甘酯,通常都含有一定数量的双甘酯和三甘酯,通常w(单甘酯)=40%~50%,采用分子蒸馏技术可以得到w(单甘酯)>90%的高纯度产品。此法是目前工业上高纯度单甘酯生产方法中**常用和***的方法,所得到的单甘酯达到食品级要求。分子蒸馏单甘酯产品以质取胜,逐渐代替了纯度低、色泽深的普通单甘酯,市场前景乐观,开发分子蒸馏单甘酯可为企业带来丰厚的利润。
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传统蒸馏是基于不同物质的沸点差进行分离的,因此在沸点温度下易氧化、分解或聚合的某些物质难以分离。
分子蒸馏的分离作用则是利用液体分子受热时会从液面逸出,不同种类分子逸出后的运动平均自由程不同而实现物质的分离。
分子蒸馏原理如图所示:
混合液沿加热板向下移动,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移动,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,沿加热板向下移动,从而形成轻、重分子的分流与分离。
分子蒸馏具有操作真空度高、加热温度低、受热时间短、分离程度高等特点,因此,特别适宜于高沸点、热敏性及易氧化物质的分离。
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