吉林醫(yī)藥學(xué)院“分子分離提純技術(shù)”選修課論文

1、分子蒸餾技術(shù)及其應(yīng)用趙*00 級(jí)市場(chǎng)營(yíng)銷本科班11124105000摘要：詳細(xì)介紹了分子蒸餾技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)及其在維生素工業(yè)方面的應(yīng)用，并對(duì)分子蒸餾技術(shù)的前景應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的分析，這對(duì)食品和生物制藥等相關(guān)工業(yè)推廣應(yīng)用分子蒸餾技術(shù)具有一定的參考作用。關(guān)鍵詞：分子蒸餾技術(shù)；原理；特點(diǎn)；應(yīng)用。蒸餾是實(shí)現(xiàn)分離的一種最基本的方法，可實(shí)現(xiàn)固體和液體或液體和液體混合物的分離。常規(guī)蒸餾過程中， 經(jīng)常采用減壓的方法， 能夠有效降低蒸餾所需要的溫度，從而避免有些物質(zhì)在蒸餾過程中因受熱分解而造成損失，但是， 對(duì)于沸點(diǎn)高、 熱不穩(wěn)定、 粘度高活容易爆炸的物質(zhì)，并不適宜使用普通減壓蒸餾法。為了分離和純化這些特殊性質(zhì)的

2、物質(zhì)，一種新的分離技術(shù)分子蒸餾技術(shù)相應(yīng)產(chǎn)生。分子蒸餾是一種在高真空度下進(jìn)行的液液分離操作的連續(xù)蒸餾過程。是一項(xiàng)國(guó)內(nèi)外正在工業(yè)化開發(fā)應(yīng)用的高新技術(shù), 尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化。我國(guó)對(duì)分子蒸餾技術(shù)的應(yīng)用研究起步較晚，偶見 60 年代的少量報(bào)道， 到 80 年代末期， 國(guó)內(nèi)引進(jìn)了幾套分子蒸餾生產(chǎn)線用于硬脂酸單甘酯 等的生產(chǎn)，目前處于起步階段。不同種類的分子，由于其分子有效直徑不同，其自由程也不相同， 即不同種類的分子逸出液面后不與其他分子碰撞的飛行距離是不相同的。分子蒸餾技術(shù)正是利用不同種類分子逸出液面( 蒸發(fā)液面 ) 后的平均自由程不同的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。輕分子的平均自由程大， 重分子的平均自由程小， 若

3、在離液面小于輕分子的平均自由程而大于重分子平均自由程處設(shè)置一冷凝面，使得輕分子落在冷凝面上被冷凝，而重分子因達(dá)不到冷凝面而返回原來液面， 這樣混合物就得到了分離。 由于輕分子只走了很短的距離即被冷凝， 所以分子蒸餾亦稱短程蒸餾。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于石油化工、醫(yī)藥、 食品、 化妝品等行業(yè)。1分子蒸餾技術(shù)的基本原理分子蒸餾不同于一般的蒸餾技術(shù)。它是運(yùn)用不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別而實(shí)現(xiàn)物的 分離 , 因而能夠?qū)崿F(xiàn)在遠(yuǎn)離沸點(diǎn)下操作。根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論, 液體混合物的分子受熱后運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇 , 當(dāng)接受到足夠能量時(shí) , 就會(huì)從液面逸出而成為氣相分子, 隨著液面上方氣相分子的增加, 有一部分氣體就會(huì)返回

4、液體, 在外界條件保持恒定情況下, 就會(huì)達(dá)到分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡。從宏觀上看達(dá)到了平衡。 液體混合物為達(dá)到分離的目的, 首先進(jìn)行加熱 , 能量足夠的分子逸出液面, 輕分子的平均自由程大, 重分子平均自由程小 , 若在離液面小于輕分子的平均自由程而大于重分子平均自由程處設(shè)置一冷凝面, 使得輕分子不斷被冷凝, 從而破壞了輕分子的動(dòng)平衡而使混合液中的輕分子不斷逸出, 而重分子因達(dá)不到冷凝面很快趨于動(dòng)態(tài)平衡, 不再從混和液中逸出 , 這樣 , 液體混合物便達(dá)到了分離的目的。2分子蒸餾技術(shù)的基本特點(diǎn)由分子蒸餾的原理可以看出，分子蒸餾有許多常規(guī)蒸餾所不具備的特點(diǎn)。2.1 分子蒸餾的操作真空度高。由于分子蒸餾

5、的冷熱面間的間距小于輕分子的平均自由程，輕分子幾乎沒有壓力降就達(dá)到冷 凝面， 使蒸發(fā)面的實(shí)際操作真空度比傳統(tǒng)真空蒸餾的操作真空度高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。分子蒸餾1的操作殘壓一般約為0.1 1pa 數(shù)量級(jí)。2.2 分子蒸餾的操作溫度低。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，并不需要到達(dá)物料的沸點(diǎn)，加之分子蒸餾的操作真空度更高，這又進(jìn)一步降低了操作溫度。2.3 分子蒸餾分離過程中物料受熱時(shí)間短。分子蒸餾在蒸發(fā)過程中，物料被強(qiáng)制形成很薄的液膜， 并被定向推動(dòng)， 使得液體在分離器中停留時(shí)間很短。特別是輕分子， 一經(jīng)逸出就馬上冷凝，受熱時(shí)間更短，一般為幾秒或十幾秒。這樣，使物料的熱損傷很小，特別對(duì)熱敏性

6、物質(zhì)的分離過程提供了傳統(tǒng)蒸餾無法比擬的操作條件。2.4 分子蒸餾的分離程度更高。由分子蒸餾的相對(duì)揮發(fā)度可以看出：式中： m1 輕分子分子量； m2 重分子分子量；而常規(guī)蒸餾相對(duì)揮發(fā)度 =p1/p2 ， 由 于 m2 m1 ， 所以 。由以上特點(diǎn)可以看出， 分子蒸餾技術(shù)， 能分離常規(guī)蒸餾不易分離的物質(zhì)，特別適宜于高沸點(diǎn)、 熱敏性物質(zhì)的分離。 因此， 它作為一項(xiàng)有效提純分離手段在維生素工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。3分子蒸餾技術(shù)在維生素工業(yè)中的應(yīng)用目前， 在維生素工業(yè)中， 有許多品種， 不論是合成品還是天然品其生產(chǎn)過程都需要采用分子蒸餾技術(shù)。3.1 分子蒸餾技術(shù)在天然維生素e 生產(chǎn)中的應(yīng)用。 天然維生

7、素 e 廣泛存在于蘆薈的綠色部分及禾本科種子胚芽里，尤其是在蘆薈油中的含量豐富，一般在0.05 0.5%。用來提取天然維生素 e 產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高，但在蘆薈油脫膠、脫酸、脫色、脫臭等精煉過程中，天然維生素 e 在脫臭餾出物中得到濃縮，一般含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%-15%，因此，油脂脫臭餾分是提取天然維生素 e 的理想資源。 從精煉副產(chǎn)品中提取天然維生素e，既是天然資源的綜合利用， 又是獲取天然維生素e 的最佳方法， 為天然維生素e 的提取、 維生素 e 制品及下游產(chǎn)品的研制及應(yīng)用提供了良好條件。天然維生素 e 的提取技術(shù)很多， 如： 化學(xué)溶劑萃取法、 尿素沉淀法、減壓蒸餾法、多級(jí)精餾法、分子蒸餾法

8、、超臨界co2萃取法等。但無論何種方法，要生 產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的天然維生素e 產(chǎn)品， 最關(guān)鍵的問題就是提取與分離工藝是否先進(jìn)，是否能夠滿足以下幾個(gè)條件： 1、最大程度地保護(hù)好產(chǎn)品的天然品質(zhì)。2、產(chǎn)品必須保證沒有化學(xué)污染。3、生產(chǎn)工藝必須具備工業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。要滿足上述要求，單純的溶劑萃取法不行，因?yàn)槿軇?huì)殘留在產(chǎn)品中，傳統(tǒng)的減壓與精餾法也不行，因?yàn)闃O高的操作溫度會(huì)使ve 產(chǎn)品受損及產(chǎn)生新的雜質(zhì)。 直接用超臨界萃取法從工業(yè)角度看也不經(jīng)濟(jì)。因此，既能符合產(chǎn)品的安全要求， 又具備工業(yè)價(jià)值，優(yōu)選的方法就是分子蒸餾法。下面的“酯化法與分子蒸餾相結(jié)合”的ve 生產(chǎn)方法為例， 介紹天然維生素 e 的提取技術(shù)。 脫臭

9、餾出物中一般含有3 10%的 ve、6 10% 的植物甾醇、 40%左右的游離脂肪酸、 20%左右的中性油，其它還有烴類、臭味物質(zhì)及色素。對(duì)于這種原料，生產(chǎn)工藝可簡(jiǎn)單表示為：甲酯（ve 含量 0.2%）脫臭餾出物甲醇酯化 冷析 分子蒸餾 色素 ve（ 70%）植物甾醇粗品精制 甾醇精品（ 98%）（ 50%左右） ve精品（ 90%）甲醇酯化的目的是將原料中的脂肪酸及中性油轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅峒柞?，酯化后的混合液?jīng)物理方法處理分離出甾醇及過量的甲醇，然后進(jìn)入分子蒸餾工序。 由于脂肪酸甲酯與天然維生素 e 的分子運(yùn)動(dòng)自由程的差別，分子蒸餾能有效地脫出混合液中的脂肪酸甲酯，并能實(shí)現(xiàn)天然 ve 產(chǎn)品與中性油

10、及色素等更大分子的分離，從而得到了保持了純天然特點(diǎn)的ve產(chǎn)品。這樣的產(chǎn)品是非常安全有效的。3.2 分子蒸餾技術(shù)在合成維生素e 生產(chǎn)中的應(yīng)用合成維生素 e 生產(chǎn)工藝復(fù)雜， 它以丙酮為起始原料， 經(jīng)炔化、 氫化、縮合等反應(yīng)制得芳樟醇，2芳樟醇再經(jīng)縮合、炔化、氧化等反應(yīng)制得異植物醇，異植物醇經(jīng)縮合、酯化制得維生素e。在該生產(chǎn)工藝中， 異植物醇及維生素e 的純化均適合采用分子蒸餾技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。特別是最終產(chǎn)品維生素 e，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用分子蒸餾法來精制，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，已應(yīng)用的分子蒸餾設(shè)備單條生產(chǎn)線能力已達(dá)2 萬噸 / 年。3.3 分子蒸餾技術(shù)在天然維生素a 提取中的應(yīng)用。天然維生素 a 是分子蒸餾技術(shù)

11、最早工業(yè)化應(yīng)用的品種之一。早在上世紀(jì)中期， 人們就完成了從魚肝油中蒸餾維生素a 的工業(yè)化生產(chǎn)。 只是那時(shí)的分子蒸餾蒸發(fā)器是降膜式的，體積龐大， 分離效率很差。 即使如此， 分子蒸餾技術(shù)在天然維生素a 的提純中的作用一直被作為分子蒸餾技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)典范例。一方面， 天然維生素 a 作為一種高沸點(diǎn)、 熱敏性物質(zhì)， 其工業(yè)化生產(chǎn)需要新型的分離技術(shù)，另一方面， 分子蒸餾技術(shù)的發(fā)展需要以典型產(chǎn)品為突破口。兩者的有機(jī)結(jié)合促進(jìn)了技術(shù)與產(chǎn)品的共同進(jìn)步。即使是合成維生素a 大量生產(chǎn)的今天， 從魚肝油中提取天然維生素a 也仍然是人類營(yíng)養(yǎng)的一個(gè)重要來源，應(yīng)用分子蒸餾技術(shù)從鱈魚、鮭魚、 金槍魚等的肝油中提取的天然維生素

12、a 及其它生物活性物質(zhì)至今仍然被作為最安全的保健食品，廣泛應(yīng)用于嬰幼兒的營(yíng)養(yǎng)食品中。3.4 分子蒸餾技術(shù)在維生素 d 提取中的應(yīng)用維生素 d 為類固醇衍生物，其中的維生素 d3（又名活化 7去氫膽甾醇， c27h44o）常用作食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑。 在用維生素 d3 樹脂與二烯親和物反應(yīng)制備維生素 d3 的工藝中， 采用分子蒸餾技術(shù)可使維生素 d3 的含量升高 515%。3.5 分子蒸餾技術(shù)在維生素k1 提取上的應(yīng)用維生素 k1 是 2甲基 3植基 1，4 萘醌，它參加肝臟的凝血酶和其它凝血因子的合成， 是維持人體生理機(jī)能的重要營(yíng)養(yǎng)素。維生素k1 可由天然植物中提取，但主要還是由化學(xué)合成法生產(chǎn)。 不管是從天然物中提取還是由化學(xué)合成法生產(chǎn)，其提純工藝都可以采用分子蒸餾技術(shù)。原因在于，維生素k1 沸點(diǎn)高、熱敏性強(qiáng)，采用傳統(tǒng)蒸餾不僅得率低，而且質(zhì)量差，而采用分子蒸餾技術(shù)則可顯著地提高產(chǎn)品的質(zhì)量及得率。 j.cvengros等人利用分子蒸餾處理維生素 k1 粗品可使產(chǎn)品達(dá)到醫(yī)藥級(jí)要求，而且產(chǎn)品收率高達(dá) 85%。此外，分子蒸餾技術(shù)還可廣泛應(yīng)用于維生素合成中的許多中間原料的提純中。例如 紫羅蘭酮是合成維生素a、e 的一個(gè)重要中間體原料。它可由天然山蒼子油中提取檸檬醛然后合成。不僅