分子蒸馏的研究现状及应用前景

1分子蒸馏的研究现状及应用前景学生姓名卢贝贝学号2014118008所属学院化学化工学院专业化学工艺日期2014年10月2分子蒸馏的研究现状及应用前景摘要：分子蒸馏技术的基本原理及其有别于一般蒸馏技术的特点。例如,蒸馏温度远低于液体沸点,蒸馏压强低,受热时间短等。同时还介绍了分子蒸馏技术在工业中的应用以及国内外发展概况综合评述了分子蒸馏技术的基本原理、技术特点及装置,提出了未来分子蒸馏领域的重点研究方向。分子蒸馏技术作为一种环境友好的高新分离技术,向人们展示出广阔的应用前景。关键词：分子蒸馏特点装置应用展望引言分子蒸馏技术不同于一般蒸馏技术[1]。它是运用不同物质分子运动自由程的差别而实现物质的分离,因而能够实现远离沸点下的操作。分子蒸馏[2]是一种在高真空(0.1～10Pa)条件下进行的液—液分离技术，又称为短程蒸馏，具有蒸馏温度低、真空度高、物料受热时间短、分离程度高等特点，且分离过程为不可逆过程，不存在沸腾和鼓泡现象，因而特别适合于高沸点、热敏性和易氧化物质的分离。目前，分子蒸馏已被成功地应用于制药、石油化工、食品、化妆品、农业等领域[2-12]。1分子蒸馏的基本原理、特点及设备1.1分子蒸馏的基本原理分子蒸馏是利用分子平均自由程的差异来分离液体混合物的，其基本原理如图1所示[13]。待分离物料在加热板上形成均匀液膜，经加热，料液分子由液膜表面自由逸出。在与加热板平行处设一冷凝板，冷凝板的温度低于加热板，且与加热板之间的距离小于轻组分分子的平均自由程而大于重组分分子的平均自由程。这样由液膜表面逸出的大部分轻组分分子能够到达冷凝面并被冷凝成液体，而重组分分子则不能到达冷凝面，故又重新返回至液膜中，从而可实现轻重组分的分离。3图1分子蒸馏原理Fig.1Schemediagramofmoleculardistillation一套完整的分子蒸馏设备主要有进料系统、脱气系统、分子蒸馏器、加热系统、冷却系统、真空系统和控制系统等部分组成!脱气目的是排除物料中所溶解的挥发性组分，以免蒸馏过程中发生爆沸!真空系统是保证分子蒸馏过程进行的前提，合适的真空设备和严格的密封性是分子蒸馏装置的一个技术关键，为保证所需真空度，一般采用二级或二级以上的真空泵联用，并设液氮冷阱以保护真空泵[14]。1.2分子蒸馏的特点分子蒸馏具有以下特点：（1）蒸馏温度低。分子蒸馏是在远低于沸点温度下进行操作，只要存在温度差就可达到分离目的，这是分子蒸馏与常规蒸馏本质区别。（2）蒸馏真空度高。整个物料系统均在真空下，因此物料不易氧化受损。（3）蒸馏物料液膜薄，传热效率高。（4）物料受热时间短。分子蒸馏装置加热面与冷凝面距离小于轻分子平均自由程，液面逸出轻分子几乎未经碰撞就达到冷凝面，所以受热时间很短，蒸馏温度下停留时间一般在几秒至几十秒，减少物料热分解机会；因此特别适于对高沸点、热敏性物料进行有效分离。（5）没有沸腾鼓泡现象。（6）产品耗能小。（7）高效、安全。分子蒸馏可极有效脱除液体中低分子物质（如有机溶剂、臭味等），这对采用溶剂萃取后液体脱溶是非常有效方法，分离程度及产率高、产品质量好；适于较为复杂混合物，对热敏感和附加值高粘性物料分离提纯，可进行多级分子蒸馏，可与超临界流体萃取技术、膜分离技术等配合使用，能极好保证物料天然品质，可广泛应用于天然物质提取与4纯化。1.3分子蒸馏的装置分子蒸馏技术的核心为分子蒸馏装置。各国研制出了多种多样分子蒸馏装置,但根据形成蒸发液膜的不同设计和结构差异,大致可分为3大类:(1)降膜式分子蒸馏器(falling-filmevapo-rator);(2)刮膜式分子蒸馏器(wiped-filmevapo-rator);(3)离心式分子蒸馏器(centrifugalevapora-tor)。1.3.1降膜式分子蒸馏器由圆柱形的蒸发器和同轴的冷凝器组成，蒸发面位于中央，冷凝面位于中央且相距很近。物料从顶部进入，靠重力作用在蒸发表面流动形成一层薄膜，流膜在流动过程中被蒸发，溢出的分子被冷凝器表面冷凝。分子蒸馏过程可连续进行，但生产规模有限。1.3.2刮模式分子蒸馏器在降膜分子蒸馏装置内设置一个转动的刮膜器，刮膜器结构由多种，物料从顶部进入，借助刮膜器的机械作用，使物料在表面蒸发形成厚度均匀、连续更新的液膜，液膜成湍流流动。既强化了物料的传热和传质过程，有可以避免局部过热。由于结构相对简单，价格相对便宜，操作参数容易控制维修也比较方便，故是实验室及化工行业中应用较为广泛的一种分子蒸馏设备。1.3.3离心式分子蒸馏器可得到极薄且分布更均匀的液膜，停留时间短，分离效果好，非常适用于热敏性强及高粘度的物料分离。2分子蒸馏的研究现状2.1分子蒸馏技术在天然产物分离纯化中应用芳香油来源于植物精油，被广泛应用于天然化妆品、食品添加剂及医药产品，其除具有营养和载体功能外，还有保健和治疗功效。芳香油主要成分为醛、酮、醇类，且大部分为萜类。这些化合物沸点高，属热敏性物质[15]。在传统榨磨、蒸馏、溶剂浸提等加工过程中，因受热时间长、温度高，易引起分子重排、氧化、水解甚至聚合反应，使芳香成分遭受破坏，一些新兴的上游提取分离手段，如超临界萃取技术、超声波技术、微波技术与先进和成熟下游处理技术―分子蒸馏相结合可实现香味物质富集，脱萜、脱毒、脱溶剂、除污染物等目的[16]，可将不同组分提纯并除去带色杂质和异臭，将精油中具经济和医疗价值组分进行分离，并对精油本身或加工过程中产生有损健康、降低使用价值成分进行脱除，保证芳5香油质量和品位。2.2分子蒸馏在石油化工中的应用原油的渣油及其类似物质的分离[17]；表面活性剂的提纯及化工中间体的精制,如高碳醇、乙烯基吡咯烷酮等的纯化,糖脂、聚亚氧烷基乙二醇以及天然脂肪酸的提炼；碳氢化合物的分离；真空泵油、制动液、废油回收[18],及低蒸汽压油、沥青脱蜡,聚氨酯制品的生产等。2.3分子蒸馏在医药工业中的应用提取浓缩药用级天然维生素A、维生素E及β-胡萝卜素;制取氨基酸及葡萄糖衍生物，并可通过分子蒸馏获得激素缩体、天然鱼肝油、各种天然药物标准品；脱除中药中残留的农药、有害金属和化学残留物,脱溶剂、脱色；乳酸及其聚合物制备,柠檬醛纯化[19]，大豆油提取生育酚[20]及中碳链脂肪酸甘三酯精制；还可提取可用于保健品的二十碳五烯酸（EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)，以及川芎挥发性成分和当归的提取分离等。2.4分子蒸馏在食品工业中的应用混合油脂的分离和提纯,如硬脂酸单甘油酯、月桂酸单甘油酯、丙二醇酯等的分离；从动植物中提取天然产物，如精制鱼油[21]、米糠油、小麦胚芽油;从甜橙香油与棕搁油中提取类胡萝卜素,以及连翘挥发油、干姜和大蒜有效成分的分离[22]；动物脂肪中胆固醇的脱除，对高酸值花椒籽油的脱酸[23]，马铃薯叶子中提取茄呢醇[24]，以及脂肪酸及其衍生物、天然色素的提取和微量溶剂的脱除；还可用于精炼食用油,固醇等多种高价值产品的提炼和分离。3分子蒸馏的应用前景及展望分子蒸馏技术是一项工业应用前景十分广阔的高新技术[25-26]。但目前尚未实现大规模工业化，许多研究还需完善和深入。由于分子蒸馏技术与常规蒸馏技术相比有明显的优势，随着工业化的发展,分子蒸馏技术广泛应用于精细化工、石油化工、日用化工、食品工业、医药工业、塑料工业等方面,特别适用与高沸点和热敏性及易氧化物料的分离。目前可应用分子蒸馏技术生产的产品在数百种以上。但由于该项技术是新近兴起的高新技术，尚未进行大规模的工业化。因此6还需要加大对分子蒸馏技术的基础研究。今后随着人们崇尚天然、回归自然潮流的兴起，分子蒸馏技术生产的产品必将有更广阔的市场。参考文献：[1]冯武文等.上海化工,1999,3～4:38[2]KlausJErdweg.[J].ChemistryandIndustry，1983，2(5)：342–345.[3]BatistellaCB，WolfMacielMR.[J].ComputerChem.Engng.，1998，22：53–60.[4]应安国，许松林，王淑华，等.[J].化工进展，2005，24(1)：57—60.[5]向爱双，许松林，应安国.[J].中国科学（B辑），2004，34（6）：504—508.[6]梁成满，黄少烈，朱宝璋.[J].精细化工，2005，22(4)：272–273，286.[7]许松林，应安国.[J].农业工程学报，2005，21(2)：169–171.[8]胡孝勇，张心亚，沈慧芳，等.[J].高校化学工程学报，2005，19(2)：197–201.[9]冯武文，杨村，于宏奇.[J].化工进展，1998，17(6)：26–29.[10]许松林，徐世民，干爱华.[J].中草药，2001，32(6)：562–563.[11]王军武，许松林，徐世民，等.[J].化工进展，2002，21（7）：499–501，508.[12]吴鹏，张东明，张庆波.[J].化工进展，2000，19(1)：49–52.[13]冯武文，杨村，于宏奇.[J].日用化学工业，2002，32(5)：74—76.[14]薛晓金，程凤彬，闫子鹏，李晨阳.分子蒸馏技术在油脂深加工中的研究应用[J].粮食与食品工业，2014,21（3）：1672-1674.[15]李巧玲.分子蒸馏技术及在食品工业中的应用[J].中国食品添加剂，2004，（4）：94―97.[16]罗吉，黄妙玲，冀红斌，等.分子蒸馏用于精油精制及在芳香法中的应用[J].香料香精化妆品，2008，（6）：40―43.[17]KiausJ,ErdwegKJ.Molecularandshort-pathdistillation[J].ChemistryandIndustry,1983,2(5):623-626.[18]喻健良,翟志勇.分子蒸馏技术的发展及研究现状[J].化学工程,2001,29(5):70-74.[19]王发松.柠檬醛分子蒸馏纯化新工艺与毛叶木姜子果油成分分析[J].天然产物研究与开发,2002,14(2):55-56.[20]Shimada.FacilePurificationofTocopherolsfromSoybeanOildeodorizerDistillateinHighYieldUsingLipase[J].JournaloftheAmericanOilChemistsSociety,2000,77(10):1009-1013.[21]李兆新.鱼油中高度不饱和脂肪酸工业化提取技术的研究[J].中国海洋药物,1999,72(4):24-28.[22]张忠义,雷正杰.超临界CO2萃取-分子蒸馏对大蒜化学成分的提取与分离[J].分析测试学报,2002,21(1):65-67.[23]马传国.分子蒸馏对高酸值花椒籽油脱酸的初步探讨[J].中国油脂,2001,26(3):50-52.[24]Asahina.Processforthemanufactureofsolanesol:US4013731[P].1990-03-22.[25]ZHUOZhen,XUJin-wen,ZHANGJing.Moleculardistillationtechnicsanalysis[J].ChemicalEquipmentTechnology,2005,26(6):29-32.7[26]吴鹏,张东明.短程蒸馏原理及工业应用[J].化工进展,2000,19(1):49-52.