分子蒸餾技術(shù)

1、分子蒸餾技術(shù)分子蒸餾技術(shù)分子蒸餾技術(shù)分子蒸餾技術(shù)分子蒸餾技術(shù)概述分子蒸餾技術(shù)概述 分子蒸餾技術(shù)不同于常規(guī)蒸餾依靠沸點(diǎn)差分離物質(zhì)的原理，依靠不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。因此，它具有蒸餾壓力低、受熱時(shí)間短、操作溫度低和分離程度高等優(yōu)點(diǎn)。由于相關(guān)技術(shù)發(fā)展程度不夠，且影響分子蒸餾過程的因素很多，尚缺乏可用于分子蒸餾技術(shù)計(jì)算的完善的參數(shù)模型，實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用多依賴于放大實(shí)驗(yàn)及工業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。分子蒸餾的基本原理分子蒸餾的基本原理分子碰撞分子碰撞 分子與分子之間存在著相互作用力，當(dāng)兩分子離得較遠(yuǎn)時(shí)，分子之間的作用力表現(xiàn)為吸引力，但當(dāng)兩分子接近到一定程度后，分子之間的作用力會(huì)改變?yōu)榕懦饬Γ㈦S

2、其接近距離的減小，排斥力迅速增加。當(dāng)兩分子接近到一定程度時(shí)，排斥力的作用使兩分子分開。這種由接近而至排斥分離的過程，就是分子的碰撞過程。分子運(yùn)動(dòng)自由程分子運(yùn)動(dòng)自由程分子有效直徑分子有效直徑 分子在碰撞過程中，兩分子質(zhì)心的最短距離（即發(fā)生斥離的質(zhì)心距離）稱為分子有效直徑。分子運(yùn)動(dòng)自由程分子運(yùn)動(dòng)自由程 一個(gè)分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經(jīng)過的路程稱為分子運(yùn)動(dòng)自由程。分子運(yùn)動(dòng)平均自由程分子運(yùn)動(dòng)平均自由程 任一分子在運(yùn)動(dòng)過程中都在不斷變化自由程，而在一定的外界條件下，不同物質(zhì)的分子其自由程各不相同。在某時(shí)間間隔內(nèi)自由程的平均值稱為平均自由程。分子運(yùn)動(dòng)平均自由程分子運(yùn)動(dòng)平均自由程由熱力學(xué)原理可知：影響分子

3、運(yùn)動(dòng)平均自由程的因素影響分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的因素 根據(jù)公式：溫度、壓力及分子有效直徑是影響分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的主要因素。 當(dāng)壓力一定時(shí)，一定物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)平均自由程隨溫度增加而增加。 當(dāng)溫度一定時(shí)，壓力越小（真空度越高），分子間碰撞機(jī)會(huì)越少。 不同物質(zhì)因其有效直徑不同，因而分子平均自由程不同。分子蒸餾基本原理分子蒸餾基本原理 根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論，液體混合物受熱后分子運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇，當(dāng)接受到足夠能量時(shí)，就會(huì)從液面逸出成為氣相分子。隨著液面上方氣相分子的增加，有一部分氣相分子就會(huì)返回液相。在外界條件保持恒定的情況下，最終會(huì)達(dá)到分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡，從宏觀上看即達(dá)到了平衡。 根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程公式，不同

4、種類的分子，由于其分子有效直徑不同，故其平均自由程也不同。 分子蒸餾的分離作用就是依據(jù)液體分子受熱會(huì)從液面逸出，而不同種類分子逸出后，在氣相中其運(yùn)動(dòng)平均自由程不同這一性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。分子蒸餾基本原理分子蒸餾基本原理裝置裝置 一套完整的分子蒸餾設(shè)備主要包括：物料輸入系統(tǒng)、分子蒸發(fā)器、物料輸出系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分組成。 分子蒸餾裝置的核心部分是分子蒸發(fā)器。 其種類主要有四種：l靜止式l降膜式l刮膜式l離心式l靜止式靜止式 靜止式分子靜止式分子蒸餾器出現(xiàn)最早蒸餾器出現(xiàn)最早,結(jié)構(gòu)最簡單結(jié)構(gòu)最簡單, 靜靜止式可分為釜式、止式可分為釜式、盤式等靜止式分盤式等靜止式分子蒸餾設(shè)備一

5、般子蒸餾設(shè)備一般適用于實(shí)驗(yàn)室及適用于實(shí)驗(yàn)室及小量生產(chǎn)小量生產(chǎn),在工業(yè)在工業(yè)上已不采用。上已不采用。釜式l降膜式降膜式 降膜式裝置為早期降膜式裝置為早期形式，其形式，其優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，液膜厚度小簡單，液膜厚度小,沿沿蒸發(fā)表面流動(dòng)蒸發(fā)表面流動(dòng);物料停物料停留時(shí)間短留時(shí)間短,熱分解的可熱分解的可能性較小能性較小,蒸餾過程可蒸餾過程可以連續(xù)進(jìn)行。以連續(xù)進(jìn)行。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：其液膜厚度不均其液膜厚度不均,液體液體在下降過程中易產(chǎn)生在下降過程中易產(chǎn)生溝流溝流,容易形成熱點(diǎn)使容易形成熱點(diǎn)使組分分解組分分解，效率差，效率差，生產(chǎn)規(guī)模有限生產(chǎn)規(guī)模有限。l刮膜式刮膜式 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 同降膜式同降膜式分子蒸餾器相

6、比分子蒸餾器相比，物物料停留時(shí)間更短料停留時(shí)間更短,液液膜厚度更薄且均勻膜厚度更薄且均勻,熱分解可能性更小。熱分解可能性更小。缺點(diǎn)缺點(diǎn): 難以保證所有難以保證所有的蒸發(fā)表面都被液膜的蒸發(fā)表面都被液膜均勻覆蓋均勻覆蓋,產(chǎn)生的霧產(chǎn)生的霧沫也常濺到冷凝面上。沫也常濺到冷凝面上。 l離心式離心式 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：得到極薄的：得到極薄的液膜且液膜分布更均勻液膜且液膜分布更均勻,蒸發(fā)速率和分離效率更蒸發(fā)速率和分離效率更好好;物料在蒸發(fā)面上的受物料在蒸發(fā)面上的受熱時(shí)間更短熱時(shí)間更短,避免物料分避免物料分解與聚合解與聚合;物料的處理量物料的處理量更大更大,更適合工業(yè)上的連更適合工業(yè)上的連續(xù)生產(chǎn)。續(xù)生產(chǎn)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：結(jié)

7、構(gòu)復(fù)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜雜，要求有高速旋轉(zhuǎn)的要求有高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤,又需要較高的真空又需要較高的真空密封技術(shù)，制造及操作密封技術(shù)，制造及操作難度大。難度大。 特點(diǎn)特點(diǎn)1.1.蒸餾溫度低蒸餾溫度低。 分子蒸餾依靠分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別實(shí)現(xiàn)分離,并不需要達(dá)到物料的沸點(diǎn)，只要存在溫度差就可以達(dá)到分離目的。2.2.蒸餾壓強(qiáng)低。蒸餾壓強(qiáng)低。 分子蒸餾裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡單,整個(gè)體系可以獲得很高的真空度(一般只有0.1331 Pa),物料不易氧化受損且有利于沸點(diǎn)溫度降低。3.3.受熱時(shí)間短受熱時(shí)間短。 分子蒸餾是基于不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)自由程的差別而實(shí)行分離的，加熱面與冷凝面的間距要小于輕分子的運(yùn)動(dòng)自由程，這樣由液面

8、逸出的輕分子幾乎未碰撞就到達(dá)冷凝面,所以受熱時(shí)間很短。優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)l不可逆性。不可逆性。 分子蒸餾過程中,輕分子從蒸發(fā)表面逸出直接飛射到冷凝面上,中間不與其它分子發(fā)生碰撞,理論上沒有返回蒸發(fā)面的可能性,為不可逆過程。l沒有沸騰鼓泡現(xiàn)象。沒有沸騰鼓泡現(xiàn)象。 分子蒸餾是液層表面上的自由蒸發(fā)，在低壓力下進(jìn)行，液體中無溶解的空氣，因此不能使整個(gè)液體沸騰，沒有鼓泡現(xiàn)象。l清潔環(huán)保，無毒無害。清潔環(huán)保，無毒無害。 分子蒸餾技術(shù)是一種溫和的綠色技術(shù),無毒、無害、無污染、無殘留,能極好地保證物料的天然品質(zhì),收率高且操作工藝簡單、設(shè)備少。局限局限l分子蒸餾設(shè)備價(jià)格昂貴分子蒸餾設(shè)備價(jià)格昂貴。 分子蒸餾裝置必須保證體系

9、壓力達(dá)到的高真空度，對(duì)材料密封要求較高，且蒸發(fā)面和冷凝面之間的距離要適中，設(shè)備加工難度大，造價(jià)高。l應(yīng)用范圍有限。應(yīng)用范圍有限。 分子蒸餾技術(shù)只適用于液體或適當(dāng)加溫即具流動(dòng)性的半固體物質(zhì)的分離純化，并且物料內(nèi)各組分的分子平均自由程相差應(yīng)較大。分子蒸餾應(yīng)用分子蒸餾應(yīng)用應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：食品產(chǎn)業(yè)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)化工產(chǎn)業(yè)應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：辣椒紅色素脫溶劑魚油甘三酯的精制 分離和提純混合油脂，可獲純度達(dá)90%以上的單甘油脂，如硬脂酸單甘酯、月桂酸單甘酯、丙二醇脂。 提取脂肪酸及其衍生物、生產(chǎn)二聚脂肪酸等。 從動(dòng)植物中提取自然產(chǎn)物如精制魚油、米糠油、小麥胚芽油。 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍食品產(chǎn)業(yè)食品產(chǎn)業(yè) 分子蒸餾技

10、術(shù)對(duì)天然活性物質(zhì)所具有的高效分離和純化的特點(diǎn)，為一類新藥創(chuàng)制過程中單體成分的分離純化提供了簡捷的手段。 例如，目前已經(jīng)知道銀杏葉中含有5種銀杏內(nèi)酯A、B、C、J和M；其中銀杏內(nèi)酯B在銀杏葉中的含量僅為0.2%。5種內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)極其相似， 若采用傳統(tǒng)的分離方法很難將其分離，而采用分子蒸餾技術(shù)后，分離難度就大大降低。應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè) 碳?xì)浠衔锏姆蛛x、原油的渣油及其類似物質(zhì)的分離、表面活性劑的提純及化工中間體的精制等，如高碳醇及烷基多酣、乙烯基吡咯烷酮等的純化、羊毛酸酯、羊毛醇酯等的制取等。 利用分子蒸餾可以制取高純烷基多苷。經(jīng)三級(jí)分子蒸餾可達(dá)到殘留脂肪5%的高純產(chǎn)品。應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍化工產(chǎn)業(yè)化工產(chǎn)業(yè)應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 傳統(tǒng)的辣椒紅色素提取法一般為溶劑萃取法，其最終產(chǎn)品中往往存在l2的溶劑。經(jīng)分子蒸餾脫溶劑后，產(chǎn)品