三氧化钼是钼冶金中最重要的中间体，大多数钼的化合物都是直接或间接以它为原料制得的，三氧化钼在催化剂、显示装置、传感器、电机电池等领域都有广泛的应用。
工业上一般用锻烧钼酸铵的方法制取三氧化钼，随着材料科学与应用技术的不断发展，该方法制得的三氧化钼由于颗粒粗、呈团聚状态而不能满足特殊使用要求，如郭光华等在CN102198958中公开了一种石油加氢精制催化剂用高纯三氧化钼的制备方法，将四钼酸铵干燥、过筛后送入回转管电炉进行焙烧，一次成品率达98.5%。
由于三氧化钼在较低的温度下即具有显著的蒸汽压，所以可以用升华法对三氧化钼进行净化，在升华的操作条件下，通常与之共生的杂质或不具有挥发性（如硅酸盐等）或不能冷凝而被除去。
目前，工业上升华法生产纯三氧化钼的主要原料为工业氧化钼即钼焙砂，根据钼焙砂中氧化钼熔点、沸点低，在温度低于其熔点795℃时开始升华，以三聚合氧化钼的形态进入气相，三氧化钼蒸气连同空气一同进入收尘风罩中并在抽力作用下进入布袋收集，而大多数杂质化合物因熔点、沸点高很多留在固相中，升华在旋转电炉中进行，升华温度一般控制在900～1100℃，制取的三氧化钼一般纯度可达到MoO₃ 99.8%（张启修，赵秦生主编，《钨钼冶金》，2005年9月）；南韩研究人员发明一种新型升华炉，该炉比带旋转炉底的升华炉生产能力大，能耗低（张文钲，氧化钼研发进展，《中国钼业》，2006年第1期）；US4551313公开了一种含成渣成分（硅、铝及重金属）的三氧化钼的快速升华方法，第一步：通过气动悬浮流输送的氧化钼颗粒、通过喷嘴输送的燃料和含氧气体混合流进入一个封闭炉腔内，燃料气体混合物点燃产生温度在1600士200℃～1800℃的足以使三氧化钼升华、融化成渣成分的火焰，收集炉腔内的液态渣，第二步：将产生的包括升华的三氧化钼在内的气体和悬浮固体通过上述炉腔进入一冷凝室，冷凝室的温度（850～950℃）高于升华的三氧化钼的冷凝温度、低于挥发性金属杂质的挥发温度，然后冷凝（150～500℃）、收集固态三氧化钼，分离废气，从而实现三氧化钼和杂质的分离，结果显示，混入渣中的钼低于1%，得到产品三氧化钼纯度达MoO₃ 99.95%。
尽管采用上述这些方法可以获得较高纯度的三氧化钼，但仍然存在下述几个问题：1、钼回收率明显低于75%，抵消了产品纯度提高带来的优势；2、由于往炉内通入大量空气流，大部分热量不是用来升华产品，而是被用来提高引入空气的温度；3、制得的产品三氧化钼平均粒度在微米级，不能满足材料科学等领域的特定要求。
已有研究发现，具有各向异性的超细纳米三氧化钼，更显示出其特殊的催化性能，可广泛用作催化剂。常规升华法采用收尘风罩及布袋收集三氧化钼，因粒子聚凝仅得到微米级产品，为了制取超细三氧化钼，必须将升华的三氧化钼气体急骤冷却，防止三氧化钼粒子聚凝或团聚，从而得到纳米级产品。
关于高纯超细三氧化钼的制备工艺、设备，国内已有相关文献报道，如高海燕等通过对离子交换法制备的棒状三氧化钼材料进行水热、高温热处理得到了三氧化钼纳米颗粒（纳米三氧化钼的制备与电化学性能研究，《南开大学学报》自然科学版，2010年第5期）、陈九菊等利用超声化学的制备方法，获得类球形的三氧化钼纳米颗粒；并在相同化学反应条件下制备出未经过超声作用的MoO₃颗粒（三氧化钼纳米颗粒的制备与性能分析，《黑龙江工程学院学报》，2009年第3期）、赵鹏等以仲钼酸铵[(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O]饱和溶液和硝酸为原料，在水热反应釜中，利用水热反应法制备了三氧化钼纳米纤维（三氧化钼纳米纤维的水热法制备与表征，《化工新型材料》，2009年第9期）、任引哲等以(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O和HAc为原料，制备了纳米级MoO₃微粉（纳米级MoO₃微粉的制备与性质，《化学通报》，2002年第1期）、郭荣等公开了微波煅烧钼酸铵制取高纯三氧化钼的新工艺（微波混合加热制备高纯三氧化钼新工艺，《矿产综合利用》，2006年第4期）、吴晓林等公开一种用低品位钼精矿制备高纯三氧化钼的生产工艺，讨论了温度、气氛装舟量和推舟速度等工艺因素对高纯三氧化钼性能、粒度大小、形态的影响（热分解法制备高纯三氧化钼工艺研究，《合肥工业大学学报》自然科学版，1998年第6期）；CN1075754公开一种炼钼及其综合利用方法，采用钼精矿熔炼炉，用氧气（或空气）将钼精矿喷入炉内，反应方程为MoS₂+3.5O₂＝MoO₃+2SO₂+266200卡，利用反应自己产生的热量，或用煤气等补充热量，最终造成的摄氏1500度以上的高温，使MoO₃升华而被收集；CN101092249公开了一种制备三氧化钼纳米结构及其薄膜的方法，采用红外烧结炉，在大气环境下通过加热钼蒸发源并使其蒸发，所蒸发的钼和大气中的氧气反应形成氧化钼，并沉积在衬底基板上形成三氧化钼纳米结构及其薄膜。上述这些公开文献的工艺技术多局限于理论报道，很少用于工业实践大批量生产过程，而且未披露相关的升华炉、红外烧结炉等生产设备的具体结构信息。
US6468497公开了一种纳米三氧化钼的生产方法，将工业氧化钼采用升华-骤冷法生产出纳米三氧化钼，生产工艺如下: 将粒度大约24～260μm的工业氧化钼粉体经可控螺旋运输机送入升华炉中，经入口鼓入空气使二氧化钼氧化为三氧化钼，升华炉用电力加热，用热电偶检测炉内温度，当炉温达到1100℃时，三氧化钼开始升华并沉积在似膜状进料管中；已升华的纳米三氧化钼用液氮流骤冷，进入料斗，然后流入过滤器，经风机吸出冷气，纳米三氧化钼产品经漏斗排出，反应升华温度为1093～1260℃，升华炉的作业时间为120min，可产出约长100 nm、宽25 nm、高20 nm的呈条状纳米级三氧化钼。
赵秦生等提出一种氧化钼等离子物理气相沉积法制取高纯三氧化钼的方法，以空气等离子处理工业纯的氧化钼（即钼焙砂），利用三氧化钼沸点比大多数杂质低的特点，令其在空气等离子焰中迅速挥发，然后在等离子焰外引入大量冷空气使气态三氧化钼骤冷，获得超细高纯三氧化钼粉末。因为采用等离子方法，预计生产时间可大大缩短，但该方法：1、为保证在等离子体条件下三氧化钼的迅速挥发，等离子焰必须保持较高温度（2000℃以上），致使原料钼焙砂中的大多数杂质也挥发进入气相，最终冷凝并伴随三氧化钼进入产品中，影响产品纯度；2、该方法仅仅只是一个设想，无工业应用，甚至无实验装置（张启修，赵秦生主编，《钨钼冶金》，2005年9月）。
对生产高纯又超细的三氧化钼产品的生产设备而言，有两个问题是必须要同时考虑或关注的：一、工艺环境的高洁净度；二、超细粉末的产生与收集条件。
为解决上述问题，设计一种高纯超细三氧化钼生产设备，主要由按生产流程依次设置并连通的三氧化钼升华炉Ⅰ、气态三氧化钼冷凝器Ⅱ、不锈钢过滤收集器Ⅲ和抽真空系统Ⅳ组成，氧化钼或钼粉原料首先在三氧化钼升华炉Ⅰ中氧化升华为气态三氧化钼；三氧化钼升华炉采用PLC可编程序控温系统，控温系统安装于控制柜内，在控温系统中编制与生产过程配套的程序，对升华装置内的温度、真空度、电气部分进行自动化控制；三氧化钼升华炉Ⅰ的炉体1设置的保温层为氧化锆护衬体中间填充氧化铝纤维保温棉或者氧化铝含锆纤维棉；发热元件为硅碳棒、硅钼棒、电阻丝或电阻带，该实施例中采用硅钼棒；炉体内安装SiO₂ 99.94%的高纯石英管内胆2；工作状态下内胆2内配套设置有两个石英舟3，用来盛放反应原料，内胆2前后两端穿出炉体1，其前端设置有炉门5和氧源入口8，升华后的气态三氧化钼自内胆出口9引出；内胆2两端与炉体1之间通过可拆卸的水冷法兰4固定，橡胶密封件密封，保证长时间高温生产条件下升华环境不受外部空间干扰，水冷法兰4配备的冷却系统采用常规冷却设备；炉门5方便操作人员开闭炉门进行生产操作；氧源入口8设置有气体过滤滤芯Ⅰ6，有效阻挡空气中夹带的颗粒杂质；
自内胆出口9引出的气态三氧化钼进入气态三氧化钼冷凝器Ⅱ的冷凝管7内骤冷成为固态三氧化钼；冷凝管前端10与内胆出口9相连通，冷凝管后端11与不锈钢过滤收集器Ⅲ入口连通，冷凝管7上设置有骤冷介质入口，骤冷介质入口设有与大气直接连通的气体过滤滤芯Ⅱ12，气体过滤滤芯Ⅱ12上设有碟阀，工作时引入空气作为骤冷介质；在气体过滤滤芯Ⅱ12下游200mm处设置有热电偶13以测定气态三氧化钼骤冷温度；
经气态三氧化钼冷凝器Ⅱ冷却的固态三氧化钼进入不锈钢收集器Ⅲ收集，过滤收集器壳体14底部设有三氧化钼产品出口19，过滤收集器壳体14内设有过滤器滤芯15、间歇脉冲反吹装置16及能降低腔内温度的水冷夹层，在不锈钢过滤收集器Ⅲ的管道及过滤收集器壳体14内表面均喷涂有聚四氟乙烯涂层；
抽真空系统Ⅳ的真空泵17采用干式无油真空泵，真空泵17通过真空管道18与不锈钢过滤收集器Ⅲ顶部连通。
该生产设备，三氧化钼升华炉采用PLC可编程序控温系统，控温系统安装于控制柜内，在控温系统中编制与生产过程配套的程序，对升华装置内的温度、真空度、电气部分进行自动化控制，以生产高纯三氧化钼。在操作状态下，三氧化钼升华炉中相配有1~3个盛放物料的石英舟，工作时装料后依次用推杆推至内胆内，置于内胆中最端部的两个石英舟的外端面可进行喷砂处理，以降低高温区对内胆两端的辐射热，节约能量。三氧化钼升华炉炉体内安装的高纯石英管内胆（SiO₂≥99.90～99.99%），第一可保证升华炉反应内腔的高洁净度，第二高纯石英的良好热振性可使升华炉的升降温速度加快，提高产能，并可避免传统陶瓷管内胆的掉渣问题及陶瓷管内胆制造口径大小受限的问题，第三石英管内胆可使炉腔达到并持久保持高温。三氧化钼升华炉内胆两端与炉体之间通过可拆卸的水冷法兰固定、橡胶密封垫密封，可使升华炉内空气与外部空间完全隔离，保证升华环境的洁净度，水冷法兰设进、出水通道，设备工作时不断通水冷却可保持法兰常温，保证密封性能，从而保证长时间高温生产条件下升华环境不受外部空间干扰。在不锈钢过滤收集器的管道及容器内表面喷涂的聚四氟乙烯涂层，可使超细三氧化钼产品不会粘结在管道或容器内造成团聚，保证了产品的粒径在纳米级。不锈钢过滤收集器的滤芯可采用不锈钢烧结丝网通过特殊叠层压制及真空烧结制成，采用脉冲间歇反吹，利于长期反复过滤并收集超细三氧化钼粉末。抽真空系统的真空泵可设置变频控制，变频控制可自由控制真空度、抽气量和功率。
设计上述的高纯超细三氧化钼生产设备，可解决以下问题：
1、提供一个高洁净度的工艺环境，使生产的三氧化钼产品的纯度可达99.995%
通过在三氧化钼升华炉中采用高纯石英管内胆创造一个高洁净的升华环境、在三氧化钼升华炉采用水冷法兰密封使升华炉腔内气体与外部气体隔离、在氧源入口处及骤冷气体入口处设置气体过滤滤芯保证引入气体的绝对纯净、真空泵采用气体密封等措施，给高纯超细三氧化钼的生产提供了高洁净的生产环境，生产的三氧化钼纯度高，在99.95%以上，最高可达99.995%；
2、创造超细三氧化钼的产生与收取条件，使生产的三氧化钼产品的粒度可达100nm
通过气态三氧化钼冷凝器的冷凝管及其上的骤冷介质入口，使升华的气态三氧化钼与低温空气或液氮等骤冷介质接触实现快速冷凝，从而获得纳米级细粉；通过在不锈钢过滤收集器中设置防粘结的聚四氟乙烯涂层，减少和避免骤冷获得的三氧化钼细粉在收取时团聚，最终获得超细的纳米级三氧化钼。