分子蒸馏技术及其应用

《分子蒸馏技术及其应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分子蒸馏技术及其应用（17页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、目录摘要I1分子蒸馆技术的国内外发展状况12分子蒸馆技术原理23分子蒸馆技术的基本过程34分子蒸馆技术的优点35分子蒸馆器类型56分子蒸馆技术的应用现状77分子蒸馆技术应用实例87.1芳香油的提纯97.2鱼油的精制108我国分子蒸馆技术工业化应用存在的问题10结语12参考文献12分子蒸镭技术及其应用摘要分子蒸饰技术是高纯材料制备的瓶颈技术，一直备受各国重视。本文介绍了 国内外分子蒸饰技术的发展概况及其应用特点，结合实际应用的要求，对分子蒸 饰的技术理论、分子蒸镉分离过程以及在精细化工、医药、高纯度物质、超分子 化合物制备等方面的应用前沿，做了较全面而详细的介绍。关键词：分子蒸镉原理过程应用Ab

2、stract： Molecular distillation technology is the bottleneck of high-purity materials tech no logy which has been paid widespread atten tion in many countries. This paper introduces the developments Of the molecular distillation technology at home home and and abroad.as well as the basic principle an

3、d application characteristics.Combining requirements of practical applications,the comprehensive and particular introduction is given the applications forefront Of the mechanism Of molecular distillation and the process of molecular distillation and fine mechanism, pharmaceuticals, high-grade materi

4、als,a nd ultra-molecular compo un ds.Key words： molecular distillation theory process application1分子蒸憎技术的国内外发展状况分子蒸係技术可以追溯到第2次世界大战以前，伴随真空技术和真空蒸係技 术发展起來的一种液一液分离技术。Hickman博士是最早的发明人之一。美国首 先以二提出“分子蒸镉”的概念并沿用至今。20世纪的30-60年代是分子蒸係技术的研发时代，至60年代末，徳、日、 英、美及前苏联均有多套大型工业化装置投入工业化应用。但由于相关技术的发 展还很落后，致使当时分子蒸镉技术及装备在总体

5、上还不够完善。从20世纪60年代至今的50多年來，各国研究者均十分重视这一领域的研究，不断有 新的专利和文献出现。同时，也出现了一些专业技术公司专门从事分子蒸器的 开发制造，使分子蒸饰技术的工业应用得到了进一步发展。我国对分子蒸懈技术 的研究开始得比较晚。20世纪60年代，樊丽秋2首次在国内进行了分子蒸懈 相关研究；70年代末，余国琮、樊丽秋发表了对降膜式分子蒸饰研究的相关论 文；80年代，国内才有分子蒸镉器方面相关专利出现，随后乂引进了几套国外 的分子蒸镉装置，用于硬脂酸单甘酯的生产。近年來，我国许多高校及科研单位对分子蒸饰技术进行了广泛的研发。特别 是90年代以來，随着人们对天然物质的青睐

6、以及全球回归自然潮流的兴起，特 别是中药现代化、国际化进程的迫近，分子蒸係技术在高沸点、热敏性天然物质 的分离方面得到了迅速的发展。目前，分子蒸係技术在石油、医药、食品、精细 化工和油脂等行业得到了广泛的应用。2分子蒸馆技术原理常规蒸係是在气液相平衡的基础上，在蒸馅物质的沸点温度下根据蒸馅物质 在气液相组成上的差异进行的分离。分子蒸镭不同于常规蒸懈.它是运用不同物 质分子运动平均自由程的差別而实现物质的分离。分子的平均自由程公式为：.%Xm =f血一一分子的平均自由程；叱一一分子的平均速度；f 碰撞频率。由上式知.不同的分子由于其运动速度和有效分子直径的不同.它们的平均 自由程是不相同的，轻分

7、于的平均自由程大，重分于的平均自由程小，分子蒸懈 的分离作用就是利用不同分子的平均自由程不同实现的。分子蒸懈装置首先对混 合物进行加热，能量足够的分子就会逸出液而，轻分子的平均自由程大.重分子 的平均自由程小，若在离液而小于轻分子的平均自由程、而大于重分子的平均自 由程处设置一个捕集器.使得轻分子不断被捕集，进而破坏了轻分子的动态平 衡.使得混合液中的轻分于不断逸出，重分子因到达不了捕集器很快趋于动态平 衡，不再从混合液逸出，这样液体混合物便达到了分离目的。混合液人轻I 轻分子重分尹 h 重组份04043分子蒸fg技术的基本过程(1) 物料在加热表面上形成液膜。通过重力或机械力在蒸发面形成快速

8、移动、 厚度均匀的薄膜。(2) 分子在液膜表面自由蒸发。分子在高真空和远低于常压沸点的温度下蒸 发。(3) 分子从加热面向冷凝面的运动。在蒸镉器内保持足够高的真空条件下.使 蒸发分子的平均自由程大于或等于加热面和冷凝面之间的距离则分子向冷凝面 的运动和蒸发过程就可以迅速进行。(4) 分子在冷凝面的捕获。保持加热面和冷凝面之间达到足够的温差，冷凝 面的形状合理且光滑.轻组分就会在冷凝面上瞬间冷凝。(5) 係出物和残留物的收集。懈出物在冷凝器底部收集.残留物在加热器底 部收集，没有蒸发的重组分和返回到加热面上的极少轻组分残留物.由于重力或 离心力的作用，滑落到加热器底部或转盘外缘。4分子蒸馆技术的

9、优点从分子蒸饰技术的原理及设备设计的形式上看，分子蒸係技术有如下优点:（1）蒸镉温度低 常规蒸懈是依靠物料中不同物料的沸点差进行分离的， 因此物料必须加热至沸腾。而分子蒸镉是利用不同种类的分子受热逸出液面后的平均自由程的不同來实现分离的，只要蒸汽分子由液相逸出就可以 实现分离，在在远低于沸点的温度下进行操作，是一个没有沸腾的蒸发过程。由 此可见，分予蒸镉技术更有利于节约能源，特别适用于一些高沸点热敏性物质的 分离，且可以分离常规蒸镉中难以分离的共沸混合物。（2）蒸懈压强低常规蒸懈装置存在填料或塔板的阻力而难获得较高的真 空度，而分子蒸懈本身是必须降低蒸懈体系的压强來获得足够大的分子运动平均 自

10、由程。分子蒸係装置内部结构比较简单，整个体系可以获得较高的真空度（一 般只有0. 133IPa）,物料不易氧化受损且有利于沸点温度降低。此外，分子 蒸馆可以通过真空度的调节，有选择性地蒸出目的产物，去除其它杂质，还可以 通过多级分离同时分离多种物质。（3）受热时问短分子蒸懈技术要求加热面与冷凝面之间的距离小于轻分 子的平均自由程，距离很小且轻分子由液面逸出后儿乎未发生碰撞即射向冷凝 面，受热时间极短（0. 1Is）。另外，蒸发表面形成的液膜非常薄，加之液面与 加热面的面积儿乎相等，传热效率离，这徉物料受热时间就变得更短。从而在很 大程度上避免了物料的分解或聚合，降低热损伤，使产品的收率大幅度提

11、高。（4）分离程度高 分子蒸馆常常用來分离常规蒸饰不易分开的物质。对用两 种方法均能分离的物质而言，分子蒸镉的分离程度更高。常规蒸懈的挥发度为：P2而分子蒸饰的挥发度式学：一轻分子相对分子质量；重分子相对分子质量；P轻分子饱和蒸 汽压；A重分子饱和蒸汽压.对此可以看出，由于M2大于M】，因此分子蒸饰的相对挥发度处大于常规 蒸镉的相对挥发度&大，这就表明分子蒸镉较常规蒸1容易分离，且随着轻重分子相对分子质量差愈大，这重差别愈显著。（5）不可逆性 普通蒸饰是蒸发与冷凝的可逆过程，液棚与气相间形成平衡 状态。而分子蒸懈过程中，轻分子从蒸发表面逸出直接飞射到冷凝器上，中间不 与其它分子发生碰撞，理论上

12、没有返回蒸发面的可能性，为不可逆过程。加之分 子蒸係设备的结构特点，使得分离效率远高于常规蒸係。（6）没有沸腾和鼓泡现象普通蒸懈有鼓泡、沸腾现象。而分子蒸镉是液层表 面的自由蒸发，液体中无溶解空气且在较高的真空度下进行，一次蒸镉过程中不 能使整个液体沸腾，没有鼓泡现象。（7）清洁环保 分子蒸镉技术被人们一致认为是一种温和的绿色技术，无 毒、无害、无污染、无残留，能极好地保证物料的天然品质，收率高且操作工艺 简单、设备少，还可用作脱臭、脱色。另外，分子蒸溶技术还可以与多种技术配 套使用，如超临界流体技术、膜分离技术等。5分子蒸馆器类型分子蒸餾器集中体现了分子蒸饰技术的关键。分子蒸饰器的形式9,大

13、体可分为简单蒸懈型与精密蒸饰型，但现今釆 用的装置多为简单蒸饰型。简单蒸饰型有静止式、降膜式、离心式三种形式。静止式分子蒸懈器出现最早，结构最简单，其特点是一个静止不动的水平蒸 发表面，按其形状不同，静止式可分为釜式、盘式等，见下图：静止式分子蒸饰 设备一般适用于实验室及小量生产，在工业上已不釆用。（2）降膜式分子蒸镉器在实验室及工业生产中有广泛应用。其优点是液膜 厚度小，并且沿蒸发表面流动；被蒸镉物料在蒸饰温度下停留时间短，热分解的 危险性较小，蒸懈过程可以连续进行，生产能力大。缺点是液体分配装置难以完 善，很难保证所有的蒸发表面都被液膜均匀覆盖；液体流动时常发生翻滚现象， 所产生的雾沫也常

14、溅到冷凝面上，降低分离效果。刷膜式分子蒸镉设备，是降膜 式设备的一种特例，从结构上看，刷膜式釜中设置一硬碳或聚四氟乙烯制的转动 刮板，它既保证液体均匀覆盖蒸发表面，乂使下流液层得到充分搅动，从而强化 了物料的传热和传质过程。抽真空 孩口（3）离心式分子蒸镉装置是将物料送到高速旋转的转盘中央，并在旋转面 扩展形成薄膜，同时加热蒸发，使之在对面的冷凝面中凝缩。作为分子蒸係器， 这是目前较为理想的一种装置型式，但是，与其他方法相比，因为有高速转盘, 需要较高的真空密封技术。图3离心式分子茨懈器离心式分子蒸係器与降膜式分子蒸懈器相比较有如下优点： 由于转盘高速旋转，可得到极薄的液膜且液膜分布更均匀，蒸

15、发速率和分 离效率更好； 料液在蒸发面上的受热时间更短，降低了蒸镉料液热裂解的危险； 料液的处理量更大，更适合于工业化连续性生产。随着人们对分子蒸镉技术研究的不断发展，不同类型的分子蒸饰器也相继出 现，如E型、V型、M型、擦膜式、立式等。现今，分子蒸懈器发展趋势的主 流是离心式分子蒸懈器。国内外学者对离心式分子蒸饰器进行了许多有效的改 进，并把高效和节能作为其主要目标。6分子蒸tg技术的应用现状分子蒸係技术作为一种高效、新型的绿色分离技术，具有常规真空精懈技术 不可比拟的优越性。目前广泛应用于精细化工、医药、食品、油脂、造纸等各个 领域。分子蒸係技术具有脱酸、脱碱、脱色、脱臭、提纯或浓缩等多种

16、功能。在 天然物质提取方面发挥了独特的优势；尤其适用于浓缩或纯化高分子量、高沸点、 高黏度的物质及热稳定性较差的有机化合物。分子蒸饰技术作为一种温和的蒸饰 分离手段，克服了传统蒸饰操作温度高、受热时间长的缺点，可解决传统蒸馆无 法解决的难题，有广阔应用前景。大量工业化实践证明，分子蒸懈技术具有独特 的、多方面的应用特点。主要可以应用在以下儿个方面：(1) 脱除热敏性物质中的轻组分。例如，聚駄胺树脂一般由二聚酸与乙二胺 聚合而成，而二聚脂肪酸是不饱和脂肪酸通过2个或2个以上分子之间互相聚合 而生成的化合物。事实上，二聚体并不是一种单纯物质，而是由36个碳的二聚 体、少量54个碳的三聚体、相对分子

17、质量更高的多聚体以及少量未聚合的单体 所组成的混合物。二聚酸中二聚体的含量决定着产品的质量。运用常规蒸懈的方 法可以使二聚体的质量分数在75%、83%及87%,而采用分子蒸饰的方法可使 二聚体的质量分数达90%95%以上。(2) 脱除原料或产品中的杂质及颜色。利用分子蒸係技术制备各种芳香油。 通过分子蒸饰，芳香油产品中的余味和颜色基本除去，有效成分增加，质量可达 到出口要求。(3) 生产过程中可降低热敏性物质的热损伤。甲基丙烯酸酯类是合成丙烯酸 酯树脂的重要原料，其合成方法一般有相应的醇与甲基丙烯酸甲酯的酯交换法； 相应的醇与甲基丙烯酸的直接酯化法；甲基丙烯酸甲酯和环氧丙烷的混合反应 等。反应

18、后的产品都需要提纯，由于丙烯酸酯类都有一定热敏性，故釆用传统真 空蒸係不仅纯度不高，而且过高的操作温度会导致产品的得率不佳，而釆用分子 蒸镉技术则可很好地解决上述问题。(4) 消除或降低生产过程中的环境污染，进行清洁生产。利用分子蒸馆可以 制取髙纯烷基多昔。(5) 脱除产品中残留的重金属离子及催化剂。如在催化剂钻麟化合物催化下 用烯烧拨基合成制高级脂肪醇的工艺中，催化剂和产品醇要分开。7分子蒸馆技术应用实例天然色素的提取传统方法提取的色素有机溶剂残留、澄清度等都很难符和标准，而且有机溶 剂使用量大。分子蒸饰技术在制备天然色素方面具有独特优势，制得的色素产品 质量、外观、得率都高于真空蒸係的产品

19、，克服了传统分离提取法的种种缺陷， 必将在天然色素的制备方面起到巨大的推动作用。许多研究都证实了分子蒸镉技 术在天然色素提取中的应用的优越性。如：钟耕等釆用分子蒸饰法，以冷榨甜橙 油为原料，提取其中的类胡萝卜素，结果表明，釆用分子蒸懈法，从脱蜡的甜橙 油中一步提取的色素，不含有机溶剂，纯度高，色价高。陆韩涛等采用二级分子 蒸镉对辣椒红色素进行处理后，产品中溶剂残留的体积分数仅为0. 002%,产 品指标达到联合国粮农组织(FA0)和世界卫生组织(WHO)标准。7.1芳香油的提纯随着日用化工、轻工、制药等行业和对外贸易的迅速发展，对天然精 油的需求量不断增加。精油來自芳香植物，从芳香植物中提取精

20、油的方法有：水 蒸气蒸饰法、浸提法、压榨法和吸附法。精油的主要成分大都是醛、酮、醇类。 且大部分都是祜类，这些化合物沸点高，属热敏性物质，受热时很不稳定。因此, 在传统的蒸镭过程中，因长时间受热会使分子结构发生改变而使油的品质下降。 用分子蒸镉的方法对山苍子油、姜樟油、广蕾香油等儿种芳香油进行了提纯，结 果表明，分子蒸饰技术是提纯精油的一种有效的方法，可将芳香油中的某一主要 成分进行浓缩，并除去异臭和带色杂质，提高其纯度。由于此过程是在高真空和 较低温度下进行，物料受热时间极短，因此保证了精油的质量，尤其是对高沸点 和热敏性成分的芳香油，更显示了其优越性。医药工业利用分子蒸饰技术，在医药工业中

21、可提取天然维生素A、维生素E： 制取氨基酸及葡萄糖的衍生物；以及胡萝卜和类胡萝卜素等。现以维生素E为 例：天然维生素E在自然界中广泛存在于植物油种子中，特别是大豆、玉米胚 芽、棉籽、菜籽、葵花籽、米胚芽中含有大量的维生素E。由于维生素E是脂溶 性维生素，因此在油料取油过程中它随油一起被提取出來。脱臭是油脂精练过程中的一道重要工序，係出物是脱臭工序的副 产品，主要成分是游离脂肪酸和甘油以及由它们的氧化产物分解得到的挥发性 醛、酮碳氢类化合物，维生素E等。从脱臭镉出物中提取维生素E,就是要将係 出物中非维生素E成分分离出去，以提高係出物中维生素E的含量。将脱臭懈 出物先进行甲脂化，经冷冻、过滤后分

22、离出當醇，经减压真空蒸馆后再在220240 C、压力为0. ooro. IPa的高真空条件下进行分子蒸饰，可得到血（天然维生素 E）二50/70%的产品。采取色谱法、离子交换、溶剂萃取等可对其进一步精制。此外，在分子生物学领域中，可以将分子蒸镉技术作为生物研究的一种前处 理技术，以保存原有组织的生物活性和制备生物样品等。71鱼油的精制从动物中提取天然产物，也广泛釆取分子蒸懈技术，如精制鱼油等8。鱼油中富含全顺式高度不饱和脂肪酸二十碳五烯酸（简称EPA）和二十二碳六烯 酸（简称DHA）,此成分具有很好的生理活性，不仅具有降血脂、降血压、抑制 血小板凝集、降低血液黏度等作用，而且还具有抗炎、抗癌、

23、提高免疫能力等作 用，被认为是很有潜力的天然药物和功能食品。EPA、DHA主要从海产鱼油中提 取，传统分离方法是釆用尿素包合沉淀法9和冷冻法10。运用尿素包合 沉淀法可以有效地脱除产品中饱和的及低不饱和的脂肪酸组分，提高产品中DHA 和EPA的含量，但由于很难将其他高不饱和脂肪酸与DHA和EPA分离，只能使血（DHA+EPA） 80%。而且产品色泽重，腥味大，过氧化值高，还需进一步脱色除 臭后才能制成产品，回收率仅为16%；由于物料中的杂质脂肪酸的平均自由程同 EPA、DHA乙酯相近，分子蒸饰法尽管只能使血（EPA+DHA）二72. 5%,但回收率 可达到70%,产品的色泽好、气味纯正、过氧化

24、值低，而且可以将混合物分割成 DHA与EPA不同含量比例的产品。因此分子蒸1法不失为分离纯化EPA、DHA 种有效方法。8我国分子蒸憎技术工业化应用存在的问题（1）分子蒸1整套设备一般为高真空设备，一次性投资大，且对密封条件 要求严格，连续化生产能力低，且分子蒸饰器耗能量大，目前主要用于高附加值 产品的制备，如油脂、医药、维生素E等，这限制了分子蒸懈技术工业化。针对 这种情况，需加强新型分子蒸懈器的研制开发，朝着高效与节能的方向设计，并 对分子蒸馆工艺中各种设备进行能量集成及调优，最大限度地利用能源，还需有 效解决真空密封问题，这样才可使分子蒸饰技术易操作，安全，性价比大。（2）国内对分子蒸镉

25、工艺理论研究十分薄弱，严重缺乏关键数据，工艺设 计盲目性较大，导致风险性增大。有些研究单位出于自身利益的考虑，对所取得 的成果不予发表，导致分子蒸镉技术文献较少，不利于分子蒸饰技术的推广应用。 针对这种情况，应建立专门协会，定期召开关于分子蒸1的主题会，加强信息交 流，推动工业化应用进程。（3）分子蒸饰技术属于近儿十年发展起来的新型技术，其理论根源和传热 机理尚未完全揭示，限制了分子蒸係技术在应用上的突破。针对这种情况，国内 各高校及科研单位应加强分子蒸係基础理论的研究，揭示其规律性，使其成为一 门真正实用的技术。结语：目前，世界各国应用分子蒸懈技术纯化分离的产品达150余种，特 别是对于一些

26、高难度物质的分离方面，该项技术显示了十分理想的效果。但是， 分子蒸饰技术作为一种新型的分离技术，理论研究和实践过程中仍然存在一些问 题，主要体现在：对其相关过程的基础理论研究非常少；生产能力小；设备投资 高。随着人们追求天然产品、回归自然潮流的兴起，新产品不断出现，分子蒸懈 技术必将以其在产品提纯中的高效优质、条件温和而备受青睐，随着理论研究的 深入，开发应用将会得到进一步发展。参考文献周家春.翁新楚 食品工业新技术 化学工业出版社。2004张大千分子蒸镉单硬脂酸甘油酯的研制.广东化工，1989 (3)张逸如.降膜回流式分子蒸饰装置.江苏化工，1995, 23 (5).陆韩涛，程玉镜.利用分子蒸饰精制芳香油.广东化工，1992 (2) 王军武.许松林徐世民.干爱华分子蒸饰技术的应用现状期刊论文喻健良.翟志勇分子蒸饰技术的发展及研究现状期刊论文-化学工程2001,29(5)张桂.赵国群.姜娟娟分子蒸係技术期刊论文-2010(11)卓震许进文，张晶分子蒸镉技术分析田化工装备技术，2005. 26(6)黄蕾李君.HCANG Lei.LI Jun分子蒸饰技术期刊论文-科技信息2010(25)