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分子蒸馏技术在天然产物和食品工业中的应用 报告人: 傅 红 一. 分子蒸馏产生的技术背景 1. 液体混合物的蒸馏方式: 常压蒸馏 真空蒸馏 (沸点差别) 分子蒸馏(分子运动平均自由程差别) 2. 分子蒸馏过程: 两股分子流 液相 气相(蒸气分子流) 气相 液相(消失或减少） 3. 分子蒸馏是特殊的液—液分离技术 特殊性:分子之间不碰撞 蒸馏过程不平衡 4.技术背景: 强制成膜蒸馏装置 刮膜式分子蒸馏装置 二. 分子蒸馏技术基本原理 1. 分子运动平均自由程 一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的平均路程 K T λ ＝ × √2π d2p 2. 影响分子平均自由程的因素 温度（T） 压力（P） 分子有效直径（d） λ越大，分子间碰撞的机会越少,分子返回液面的机率越小 3. 分子蒸馏基本原理 1.同种分子，λ越大，分子间碰撞的机会越少，部分蒸气分子不再返回液相，提高分离效率 2.不同直径分子的平均自由程有差异 3.蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自由程 4. 实现分子蒸馏技术的工艺要求 提高蒸馏温度,降低蒸馏压强 被分离物质的分子量之差大于30 蒸发面和冷凝面的距离按被分离物的要求设计为几毫米至几厘米 分子蒸馏分离原理 5.分子蒸馏技术特点： 操作温度低 小于常压下沸点50-100℃ 蒸馏压强低 真空蒸馏5kPa,分子蒸馏0.1-100Pa 受热时间短 真空蒸馏数十分钟,分子蒸馏几秒或几十秒 分离程度及产品收率高 是常规蒸馏的√M2/M1倍 6.分子蒸馏技术的产品优势: 产品品质高 产品能耗小 产品成本低 有利于工业化规模的扩大 三. 分子蒸馏技术发展简介 1.发展简史 20年代,分离水银同位素,蒸馏高分子量油脂,蒸馏石油精炼的残渣 30年代,蒸馏鱼肝油中的VA 30-60年代,发展的黄金时期(分离效率,密封及真空技术,应用领域,分离成本) 60年代以来,分子蒸馏器的开发制造 2. 制造公司: 德国GEA公司 美国POPE公司 日本神岗公司 3.国内分子蒸馏技术发展: 80年代末,生产硬脂酸单甘酯 90年代,北京化工大学新特科技公司 广州汉维公司等等 工业化生产品种:精制鱼油 天然VE α-亚麻酸 二聚脂肪酸 异氰酸酯加成物 辣椒红色素 角鲨烯 四.分子蒸馏的分离流程及设备 2. 一级分子蒸馏流程图 3. 分子蒸馏蒸发器 1. 自由降膜式分子蒸馏器 设备简单,无转动密封圈,易操作 混合液膜较厚,蒸发速率慢,蒸发效率差 2. 旋转刮膜式分子蒸馏器(最广泛) 减少液膜的传热传质阻力,提高蒸发速率和分离效率 结构相对复杂,动密封要求相对较高 刮膜式分子蒸馏器结构(1) 刮膜式分子蒸馏器结构(2) 3. 机械离心式分子蒸馏器 液膜薄,蒸发效率高,生产能力大,蒸发面与冷凝面间距可调 结构复杂,工业化推广受到限制 五. 分子蒸馏技术的参数模型 1.液膜厚度(关键因素) δ＝（3μ2Re/4ρ2g）1/3 蒸发器长度、周边持液量、物料粘度和成膜受力强度 2.停留时间 Τ＝f(L,v,γ,г,G) 加热面长度、刮板速度、物料粘度、周边持液量和要求的产量 3.蒸发速率 W＝138.4×P×(√M／T) W＝15.4 ×PM／T 蒸气压力、蒸发温度和相对分子质量 4.物料的热分解 E＝10×P×τ×C 操作温度、操作压力和停留时间 六. 分离过程的影响因素 1.对蒸发效率的影响因素： 系统压力 冷凝器温度 蒸发器与冷凝器的配制 进料温度 进料量 2.对分离效率的影响因素： 液膜厚度 蒸发压力 蒸发温度及冷凝温度 初始进料温度 持液量 刮膜速度 停留时间 惰性气体浓度及易挥发组分浓度 1.分离因数αij： 两个组分i ,j 在残留物Y（重相）的摩尔分率的比值除以在馏出物X（轻相）的摩尔分率的比值, 它代表了分子蒸馏的分离能力 。 例: 一级分子蒸馏富集鱼油ω-3脂肪酸最佳工艺条件的确立 分子蒸馏法主要是根据鱼油中脂肪酸碳链长度的不同，在高真空条件下进行液相分离，降低了待分离物的沸点，缩短分离时间，将鱼油脂肪酸分成以长碳链不饱和脂肪酸，主要是ω－3脂肪酸为主的重相和碳链数目为14、16、18脂肪酸为主的轻相，从而实现以EPA和DHA为主要成分的重相富集。 蒸馏温度对富集效果的影响: