分子蒸馏是一种特殊的液体分离技术,它与传统蒸馏依靠沸点差分离原理不同,而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。分子蒸馏是一种在高真空下操作的蒸馏方法,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。
在一定温度下,压力越低,气体分子的平均自由程越大。当蒸发空间的压力很低(100~10000mmHg),且使冷凝表面靠近蒸发表面,其间的垂直距离小于气体分子的平均自由程时,从蒸发表面汽化的蒸气分子,可以不与其他分子碰撞,直接到达冷凝表面而冷凝。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。
短程蒸馏(又叫分子蒸馏)是一种热分离工艺,用于分离热敏性产物。短程蒸馏的特点是产物停留时间短、工艺蒸发温度低,力求让蒸馏产物受到尽量小的热应力。可见,短程蒸馏是一种非常温和的蒸馏过程。
短程蒸馏配套真空系统,通过降低操作压力,达到降低产物沸点的目的。这是一种连续分离过程,其产物停留时间低至数十秒(而其他常规分离方法的停留时间达到数小时!)。
所以,在常规蒸馏工艺中(无论是连续的循环、膜式蒸馏,还是非连续的批次蒸馏),由于高温、长停留时间而分解的产品,用短程蒸馏就能够顺利分离。例如,高分子有机化合物用常规蒸馏方法来分离时,较高工艺温度(如超过200℃)会导致其热敏性的分子链裂解。因此高分子有机化合物的分离几乎都会使用短程蒸馏。
短程蒸馏的工艺压力和温度范围通常在1到1x10-3 mbar、150到280℃。
短程蒸馏特别适合以下热敏性产物的蒸馏、蒸发、浓缩和汽提。
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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、受热时间短
分子蒸馏装置加热面与冷凝面的距离小于轻分子的平均自由程,液面逸出的轻分子几乎未经碰撞就达到冷凝面,因此受热时问很短。此外物料液膜厚度约为0.25~0.5mm,使液面与加热面的面积几乎相等,这样物料在蒸馏过程中受热时问就变得更短,一般是几秒至几十秒之问,能很好地保护物料的颜色及天然品质。由于分子蒸馏温度低,受热时问短,因此它很适合对高沸点、热敏性、易氧化物料进行有效分离。
分子蒸馏的工作原理
分子蒸馏是一种特殊的液--液分离技术,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。
分子蒸馏的过程
物料从蒸发器的顶部加入,经转子上的料液分布器将其连续均匀地分布在加热面上,随即刮膜器将料液刮成一层极薄、呈湍流状的液膜,并以螺旋状向下推进。在此过程中,从加热面上逸出的轻分子,经过短的路线或几乎未经碰撞就到内置冷凝器上冷凝成液,并沿冷凝器管流下,通过位于蒸发器底部的出料管排出;残液即重分子在加热区下的圆形通道中收集,再通过侧面的出料管中流出。
短程分子蒸馏设备在食品中应用。

分子蒸馏在进行使用的过程中主要是适用于高分子量、耐温性以及高沸点的蒸馏,在进行制作的过程中主要是由外加热的垂直圆筒体,在进行操作时位于它的中心冷凝器以及蒸馏器和冷凝器之间旋转的刮膜器组成。
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。
短程分子蒸馏设备操作流程。上海短程分子蒸馏设备常见问题
短程分子蒸馏设备真空范围多少?上海短程分子蒸馏设备常见问题
分子蒸馏(Molecular Distillation)又叫短程蒸馏(Shortpath- distillation),分子蒸馏技术属于一种高新技术。它是一项较新的尚未广泛应用于工业化生产的液—液分离技术,特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物系的分离,其应用能解决大量常规蒸馏技术所不能解决的问题。由于其具有蒸馏温度低于物料的沸点、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点,因而能降低高沸点物料的分离成本,极好地保护了热敏物料的特点品质。分子蒸馏技术的应用领域十分广阔,目前可应用分子蒸馏生产的产品有数百种。分子蒸馏技术具有操作温度较低、蒸馏压强低、物料受热时间短、物料分离效率高的有点,但由于分子蒸馏要求在高真空下进行分离,所需要的设备成本过高,结构复杂,设计技术要求高,相应的配套设备也多,投资过大,国内尚未见大规模运用,并且分子蒸馏受设备结构和加热面积的限制,设备体积比常规蒸馏设备体积大,在大规模生产应用中有不少困难。上海短程分子蒸馏设备常见问题