食品加工新技术之――分子蒸馏技术

1、2020/7/7，1，分子蒸馏技术，食品加工新技术，2020/7/7，2，介绍，分子蒸馏是尚未广泛用于工业生产的比较新的分离技术，解决了大量常规蒸馏技术不能解决的问题。2020/7/7，3，20世纪30年代出现后，受到了世界各国的关注。分子蒸馏技术为适应浓缩到20世纪60年代的大邱肝油的维生素需求，实现了大规模的工业应用。2020/7/7，4，该技术用于提取纯天然健康产品，摆脱化学处理方法的束缚，真正保持纯天然的特性，将健康产品的质量提高到一个新的水平。2020/7/7，5，1。分子蒸馏的概念，用加热方法分离液体混合物的特殊措施，增加离开液体的分子流动，减少返回液体的分子流动，实现从液体到蒸汽

2、相的单分子流动，就是分子蒸馏。2020/7/7，6，分子蒸馏，液体混合物沿加热板流动并加热。光，重分子退出液体水平，进入气体上，光，重分子的自由路径不同，因此轻分子到达冷凝盘并排出；中分子不会沿混合液排出，分子运动的自由路径(用表示):一个分子与两个相邻碰撞之间的距离。底漆，2020/7/7，7，适用于低工作温度(比沸点低得多)，高真空，短热时间(秒)，高分离效率，特别是高沸点，热敏感氧化材料的分离；可以有效地去除低分子物质(除臭)、重分子物质(脱色)，并从混合物中去除杂质。分离过程是物理分离过程，特别是保护分离的物质不被污染，以便保持天然提取物的原始质量。分离高于传统蒸馏和普通薄膜蒸发器。分

3、子蒸馏技术的优点，2020/7/7，8，1，基本概念，2020/7/7，9，分子和分子之间有相互作用力，两个分子相距较远时，分子之间的作用力表现为吸引力，但两个分子之间的作用力在一定程度上接近时，会转变为斥力，随着其接近距离的减小，斥力迅速增加两个分子靠近到一定程度后，在斥力的作用下，两个分子分离了。从接近到排斥分离的这种过程就是分子的碰撞过程。分子碰撞，2020/7/7，10，分子有效直径分子在碰撞过程中两个分子质心的最短距离，即发生排斥的质心距离称为分子有效直径。分子运动自由路径一个分子经过两个相邻分子碰撞之间的距离。分子运动的平均自由路径任何分子在移动中不断改变自由路径，而在一定的外部条

4、件下，每种物质的自由路径都不同。一段时间内自由路径的平均值称为平均自由过程。2020/7/7，11，温度、压力和分子有效直径是影响分子运动平均自由路径的主要因素。在压力恒定的情况下，某些物质的分子运动的平均自由路径随着温度的增加而增加。温度恒定时，平均自由路径m与压力p成反比，压力越小(真空度越高)，m就越大。也就是说，分子间碰撞的可能性小，每种物质的有效直径不同，分子间的平均自由路径也不同。将Vm设置为分子的平均速度。f是碰撞频率。m为平均自由路径，2020/7/7，12，分子蒸馏的挥发性，M1轻成分相对分子质量M2重组分相对分子质量；P1轻成分饱和蒸气压，pa；P2重组饱和蒸气压，pa；相

5、对挥发性。通常蒸馏的相对挥发性在项目内，因此，2020/7/7，13，通常蒸馏是将液体加热到沸腾后气体凝结，分离混合物。其本质是利用物质间的沸点茶实现的。不适用于对很多列敏感的系统。热敏感物质在沸腾过程中热分解，这种热分解速度随着温度的升高，指数的提高，停留时间的增加而线性增加。因此，应从降低蒸发过程的分离温度，减少材料的加热时间开始。，2，分子蒸馏背景，2020/7/7，14，材料的沸点取决于工作压力，因此，人们开发了各种类型的真空蒸馏装置，试图降低工艺的工作压力，降低材料的沸点，达到了降低分离温度的目的。间歇真空蒸馏(将材料放入1加热罐中蒸发，配置外部冷凝器后真空系统，由于工作压力减少，材

6、料的沸点降低，工作温度降低)。但是这种类型的蒸馏需要气象从水壶转移到外部冷凝器冷凝，因此蒸发表面的实际工作压力必须有足够的管道阻力来克服气象。因此，这种蒸馏的工作压力减少是有限度的。2020/7/7，15，釜内液层厚，液层的压力又进一步增加了底层液体的实际蒸发压力，进一步限制了工作温度的降低。液层的厚度增加了传热和传质阻力，降低了分离效率，同时也增加了材料的热时间。为了解决这些问题，设计了多种形式的薄膜蒸发器(降膜蒸发器、刮膜蒸发器等)，有效减少蒸发器表面液膜的厚度，减少传热和传质阻力，减少了材料的分离温度和材料的加热时间)。2020/7/7，16，薄膜蒸发器无论真空度如何高，必须达到材料的沸

7、点，蒸发的气象也必须通过一定的压力从蒸发器内部转移到外部冷凝器，因此蒸发表面的实际工作压力仍然比较高。因此，人们长期以来一直在寻求更温和的蒸馏分离手段。分子蒸馏技术被开发并广泛普及的正是这种背景。2020/7/7，17，3，分子蒸馏的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，接受足够的能量后，从液体表面向气体上分子逸出。随着液面上气象分子的增加，一些气象分子返回液体。外部条件保持不变的同时。最终达到分子运动的动态平衡，宏观平衡。2020/7/7，18，根据分子运动平均自由路径公式，不同种类的分子根据分子有效直径，平均自由路径不同。分子蒸馏的分离效果取决于液体分子受热后液体水平

8、流失，其他种类的分子流失后，其运动的平均自由过程不同的特性。2020/7/7，19，2020/7/7，20，分子蒸馏必须满足的两个条件，轻、重分子的平均自由途径必须有差异，差异越大越好；蒸发表面和凝结表面间距必须小于轻分子的平均自由距离。2020/7/7，21，2020/7/7，22，4分子蒸馏过程(步骤4)，物质分子从液态主体扩散到蒸发表面。注：液体的扩散速度是调节分子蒸馏速度的主要原因。物质分子在液体层中自由蒸发速度随着温度的增加而增加，而分离因素随着温度的增加而减少。2020/7/7，23，从蒸发到冷凝表面的分子。在飞行中，它们可能与剩余的空气分子碰撞或相互碰撞，但只要真空度适当，蒸发分

9、子的平均自由距离就大于或等于蒸发面和凝结面之间的距离。硬分子在冷凝面上凝结。凝结表面的形状合理、光滑、转移快，可以认为凝结是瞬间完成的。2020/7/7，24，5，分子蒸馏技术的特点，2020/7/7，25，一般蒸馏是由不同物质的沸点差异分离出来的，而分子蒸馏是由不同物质分子运动的平均自由途径的差异分离出来的。也就是说，后者在分离过程中，蒸汽分子脱离(挥发)液体后分离，而不是处于沸腾状态。因此，分子蒸馏在远离沸点的地方工作。5.1工作温度低，2020/7/26，5.2蒸气压强，如分子运动平均自由路径公式所示，要获得足够大的平均自由路径，必须降低蒸馏压力获得。，2020/7/7，27，5.3由于

10、热时间短，分子蒸馏按照不同物质分子运动的平均自由路径分离，因此设备中加热面和冷凝面的间距必须小于轻分子的移动平均自由路径(即间隙很小)，以使液体水平逸出的轻分子几乎不碰撞，到达冷凝表面。所以加热时间很短。2020/7/7，28，5.4不可逆，一般蒸馏是蒸发和冷凝的可逆过程，可以使液和相之间相互平衡。相反，在分子蒸馏过程中，离开蒸发表面的分子直接飞向冷凝面，中间不与其他分子碰撞，理论上没有可能返回蒸发表面，分子蒸馏是不可逆转的。2020/7/7，29，5.5没有沸腾鼓泡现象，普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象，分子蒸馏是液体层表面的自由蒸发，在低压下进行，由于液体没有溶解空气，蒸馏过程中不能沸腾整个液体，

11、也没有鼓泡现象。2020/7/7，30，5.6高分离度和高产品产量，分子蒸馏常用于分离传统蒸馏难以分离的物质，对两种方法都可以分割的物质，分子蒸馏会进一步分离。2020/7/7，31以简单、少的设备获得纯粹、安全的产品。5.7无毒、无害、无污染、无残留、2020/7/32，如上特征所示，分子蒸馏技术可以分离出传统蒸馏不容易分离的物质，特别适合于高沸点、高粘度、热敏感物质的分离。因此，在工业生产的各个领域，对提取高纯度物质打开了广阔的前景。2020/7/7，33，分子蒸馏器有简单蒸馏型和精密蒸馏型的区别，目前使用的装置大部分是简单蒸馏型。简单蒸馏型可分为静止、跌落、离心等。6分子蒸馏装置，202

12、0/7/7，34，6.1静态分子蒸馏装置，静止分子蒸馏装置以结构简单、根据其形态可分为釜、盘等的静态水平蒸发表面为特征，静止分子蒸馏装置一般用于实验室和少量生产，工业不再采用。2020/7/7，35，2020/7/7，36，流体在重力作用下蒸发壁流动时形成薄层，但液膜厚度不均匀，液膜流动一般具有较大的层流、传质、传热阻力。6.2降膜分子蒸馏器，2020/7/7，37，2020/7/7，38，优点：液膜厚度小，蒸馏材料可以沿蒸发表面流动，停留时间短，热解的危险小，蒸馏过程可以连续进行，产能大。缺点：很难保证所有蒸发表面均被液膜覆盖，液体流动频繁滚动，雾沫经常溅到结露面上，影响分离效果。2020/

13、7/7，39，刮膜分子蒸馏装置是对降膜装置的改进，其结构主要是在刷膜罐上安装聚四氟乙烯旋转刮刀，使液体均匀复盖蒸发表面，使降液层充分挥发，加强材料的传热传质过程，提高分离性能。6.3刮膜分子蒸馏装置，2020/7/7，40，旋转刮膜分子蒸馏装置元件3360，2020/7/7，41，主机部分蒸发装置和冷凝装置。蒸发装置为材料提供加热能量蒸发表面。目前，热源可以是蒸汽加热、电加热、导热油加热和微波加热等多种类型。冷凝装置主要是提供水冷却的冷凝器。蒸发表面和凝结表面之间的距离必须在分子平均自由过程之间，才能完成分子蒸馏的全过程；以马达、减速器、支架和密封结构、中间轴承、底部轴承等为中心的材料分布和驱

14、动薄膜刮刀的驱动器。2020/7/7，42，出入口部件：包括用于执行连续供应和排放功能的物料输入设备和物料输出设备，通常由罐、泵、泵、泵等组成。真空部分：即真空获取装置，分子蒸馏在很高的真空状态下工作，必须根据材料的特性选择，主要设备一般由冷阱、油扩散泵、旋转叶片真空泵组成。，2020/7/7，43，控制部分：控制单元通常需要对整个系统参数进行自动控制或计算机控制。也就是说，在整个系统中控制系统上述三个部分的技术参数，达到最大分离效率、分离精度和最小能耗。2020/7/7，44，2020/7/7，45，离心分子蒸馏装置-将材料送到高速旋转的转盘中央，在旋转面上形成薄膜的同时加热蒸发，凝结在另一

15、侧冷凝表面，这种装置现在是比较理想的分子蒸馏装置，但是需要比其他两种装置高速旋转的转盘，高真空密封技术。6.4离心分子蒸馏装置，2020/7/7，46，特性：液膜在旋转转盘表面形成的液膜分布很薄，分布很均匀，蒸发速度和分离效率很高。加热时间更短，液体热解的概率更低。由于连续加工能力更大，该装置更适合连续工业生产。2020/7/7，47，2020/7/7，48，7，分子蒸馏的适用范围，分子蒸馏适用于不同物质分子量大不相同的液体混合物系统的分离。特别是同族体的分离，分子量要有一些差异。分子蒸馏也可以用于分离具有不同特性的物质，例如分子量接近，但沸点差异大，分子量接近的东西。分子蒸馏特别适合于高沸点、对热敏感的物质、容易氧化(或容易聚合)的物质的分离。2020/7/7，49，分子蒸馏适用于高附加值或社会效果大的物质的分离。分子蒸馏不适合异构