1、分子蒸餾技術系 別： 化學系專 業(yè)： 應用化學學 號： 2012122142姓 名： 賀翠時 間： 2014-2015學年第二學期分子蒸餾技術賀翠(太原師范學院 山西太原 030031)摘要 分子蒸餾技術是高純材料制備的瓶頸技術，一直備受各國重視。本文介紹了國內外分子蒸餾技術的發(fā)展概況及其應用特點，結合實際應用的要求，對分子蒸餾的技術理論、分子蒸餾分離過程以及在精細化工、醫(yī)藥、高純度物質、超分子化合物制備等方面的應用前沿，做了較全面而詳細的介紹。關鍵詞 分子蒸餾 分析 精餾 分子蒸餾技術(Molecular Distillation，MD)不同于一般蒸餾技術，它是運用不同物質分子運動自由程的差

2、別而實現(xiàn)物質的分離，能夠實現(xiàn)遠離沸點下的操作。它具備蒸餾壓強低、受熱時間短、分離程度高等特點，能大大降低高沸點物料的分離成本，極好地保護熱敏性物質的品質。分子蒸餾技術已廣泛應用于高純物質的提取，它可擺脫化學處理方法的束縛，真正保持了純天然的特性，所以特別適用于天然物質的提取與分離，在國際上已被廣泛應用于食品、醫(yī)藥、香料等工業(yè)中。1 分子蒸餾的國內外發(fā)展概況追溯到第2次世界大戰(zhàn)以前，伴隨真空技術和真空蒸餾技術發(fā)展起來的一種液-液分離技術。Hickman1博士是最早的發(fā)明人之一，早在1920年，他就利用分子蒸餾設備做過大量的小試實驗，并將該方法發(fā)展到中試規(guī)模。當時的實驗裝置非常簡單，他們是在一塊平

3、板上將欲分離物質涂成薄層使其在高真空下蒸發(fā)，蒸汽在周圍的冷表面上凝結。操作時使蒸發(fā)面與冷凝面的距離小于氣體分子的平均自由程，從而氣體分子彼此發(fā)生碰撞的幾率遠小于氣體分子在冷凝面上凝結的幾率。因此，這種簡單的蒸餾方法在美國首先以“分子蒸餾”的概念出現(xiàn)，并沿用至今。20世紀的30 60年代是分子蒸餾技術的研發(fā)時代，至60年代末，德、日、英、美及前蘇聯(lián)均有多套大型工業(yè)化裝置投入工業(yè)化應用。但由于相關技術的發(fā)展還很落后，致使當時分子蒸餾技術及裝備在總體上還不夠完善。例如，分子蒸餾蒸發(fā)器的分離效率還有待提高、密封及真空獲得技術還有待改進、應用領域還有待拓展、分離成本還有待降低等。所有這些都是后來的研究者

4、改進的方向。從20世紀60年代至今的50多年來，各國研究者均十分重視這一領域的研究，不斷有新的專利和文獻出現(xiàn)。同時，也出現(xiàn)了一些專業(yè)技術公司專門從事分子蒸餾器的開發(fā)制造，使分子蒸餾技術的工業(yè)應用得到了進一步發(fā)展。我國對分子蒸餾技術的研究開始得比較晚。20世紀60年代，樊麗秋2首次在國內進行了分子蒸餾相關研究；70年代末，余國琮、樊麗秋3發(fā)表了對降膜式分子蒸餾研究的相關論文；80年代，國內才有分子蒸餾器方面相關專利出現(xiàn)，隨后又引進了幾套國外的分子蒸餾裝置，用于硬脂酸單甘酯的生產。 近年來，我國許多高校及科研單位對分子蒸餾技術進行了廣泛的研發(fā)。特別是90年代以來，隨著人們對天然物質的青睞以及全球回

5、歸自然潮流的興起，特別是中藥現(xiàn)代化、國際化進程的迫近，分子蒸餾技術在高沸點、熱敏性天然物質的分離方面得到了迅速的發(fā)展。目前，分子蒸餾技術在石油、醫(yī)藥、食品、精細化工和油脂等行業(yè)得到了廣泛的應用。2 分子蒸餾技術的原理 分子蒸餾不同一般的常規(guī)蒸餾，它是沒有達到氣液相平衡的蒸餾。常規(guī)蒸餾建立在氣液相平衡的基礎上，根據(jù)蒸餾物質在氣液組成不同進行分離，分離操作是在蒸餾物質沸點溫度下進行。分子蒸餾的分離是建立在不同物質揮發(fā)度不同的基礎上，分離操作在低于物料沸點進行，物質的揮發(fā)度大小可以用分子運動自由程表示。液面的分子受熱后接受足夠的能量，就會逸出成為氣體分子，逸出的氣體分子在氣相中會發(fā)生碰撞，碰撞結果是

6、有一部分氣體分子會返回液面，在一定溫度下，這個過程會達到動態(tài)平衡。 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，與其他分子碰撞的飛行距離是不相同的。分子蒸餾技術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實現(xiàn)的。輕分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，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，而重分子因達不到冷凝面而返回原來液面，這樣混合物就得到了分離。3 分子蒸餾設備分子蒸餾器的發(fā)展歷程主要經歷了4種類形：從最初的罐式分子蒸餾器、降膜式分子蒸餾器，再到目前應用較為廣泛的

7、刮膜式分子蒸餾器和離心式分子蒸餾器，其結構形式不斷完善，物料操作溫度進一步降低，受熱時間進一步縮短。分子蒸餾器的蒸發(fā)表面有凸面和凹面兩種形式，當蒸發(fā)圓筒的直徑小于1520cm時，多用凸面設計47。4 分子蒸餾技術的特點 (1)分子蒸餾的操作真空度高、操作溫度低。由于分子蒸餾是依據(jù)分子運動平均自由程的差別將物質分開，因而可在低于混合物的沸點下將物質分離。加之其獨特的結構形式決定了其操作壓強很低，一般為0.13 1.33 Pa，這又進一步降低了物質的沸點，因此分子蒸餾可在遠低于混合物沸點的溫度下實現(xiàn)物質的分離。一般來說，分子蒸餾的分離溫度比傳統(tǒng)蒸餾的操作溫度低50 100。 (2)受熱時間短。在分

8、子蒸餾器中，受熱液體被強制分布成薄膜狀，膜厚一般為0.5 mm左右，設備的持液量很小，因此，物料在分子蒸餾器內的停留時間很短，一般幾秒至十幾秒，使物料所受的熱損傷極小。這一特點很好地保護了被處理物料的顏色和特性品質，使得用分子蒸餾精制的產品在品質上優(yōu)于傳統(tǒng)真空蒸餾法生產的產品。 (3)分離程度高。分子蒸餾比常規(guī)蒸餾有更高的相對揮發(fā)度，分離效率高。這使得聚合物可與單體及雜質進行更有效的分離。(4)工藝清潔環(huán)保。分子蒸餾技術不使用任何有機溶劑，不產生任何污染，被認為是一種溫和的綠色操作工藝。5 蒸餾技術的應用 分子蒸餾技術作為一種高效、新型的綠色分離技術，具有常規(guī)真空精餾技術不可比擬的優(yōu)越性，目前

9、廣泛應用于精細化工、醫(yī)藥、食品、油脂、造紙等各個領域。分子蒸餾技術具有脫酸、脫堿、脫色、脫臭、提純或濃縮等多種功能。在天然物質提取方面發(fā)揮了獨特的優(yōu)勢；尤其適用于濃縮或純化高分子量、高沸點、高黏度的物質及熱穩(wěn)定性較差的有機化合物。分子蒸餾技術作為一種溫和的蒸餾分離手段，克服了傳統(tǒng)蒸餾操作溫度高、受熱時間長的缺點，可解決傳統(tǒng)蒸餾無法解決的難題，有廣闊應用前景。大量工業(yè)化實踐證明，分子蒸餾技術具有獨特的、多方面的應用特點。主要可以應用在以下幾個方面：(1)脫除熱敏性物質中的輕組分。例如，聚酞胺樹脂一般由二聚酸與乙二胺聚合而成，而二聚脂肪酸是不飽和脂肪酸通過2個或2個以上分子之間互相聚合而生成的化合

10、物。事實上，二聚體并不是一種單純物質，而是由36個碳的二聚體、少量54個碳的三聚體、相對分子質量更高的多聚體以及少量未聚合的單體所組成的混合物。二聚酸中二聚體的含量決定著產品的質量。運用常規(guī)蒸餾的方法可以使二聚體的質量分數(shù)在75%、83%及87%，而采用分子蒸餾的方法可以使二聚體的質量分數(shù)達90%95%以上。8(2)脫除原料或產品中的雜質及顏色。如陸韓濤9利用分子蒸餾技術制備各種芳香油。通過分子蒸餾，芳香油產品中的余味和顏色基本除去，有效成分增加，質量可達到出口要求。(3)生產過程中可降低熱敏性物質的熱損傷。甲基丙烯酸酯類是合成丙烯酸酯樹脂的重要原料，其合成方法一般有相應的醇與甲基丙烯酸甲酯的

11、酯交換法、相應的醇與甲基丙烯酸的直接酯化法、甲基丙烯酸甲酯和環(huán)氧丙烷的混合反應等。反應后的產品都需要提純，由于丙烯酸酯類都有一定熱敏性，故采用傳統(tǒng)真空蒸餾不僅純度不高，而且過高的操作溫度會導致產品的得率不佳，而采用分子蒸餾技術則可很好地解決上述問題10。(4)消除或降低生產過程中的環(huán)境污染，進行清潔生產。利用分子蒸餾可以制取高純烷基多苷。(5)脫除產品中殘留的重金屬離子及催化劑。如在催化劑鈷膦化合物催化下用烯烴羰基合成制高級脂肪醇的工藝中，催化劑和產品醇要分開,可采用二級分子蒸餾完成。6 分子蒸餾技術的前景分子蒸餾技術的特點決定了它是一項值得大力推廣的分離技術，尤其是在與人們吃、穿和用關系密切

12、相關方面，可被廣泛應用。國外分子蒸餾技術的應用已十分廣泛，利用分子蒸餾技術生產的產品在100 種以上，我國在工業(yè)應用上的推廣也充分顯示了該項技術的巨大作用。目前，正在不斷開發(fā)的日用化工產品中，如表面活性劑類產品月桂酸單甘酯、芥酸酰胺和硬脂酸單甘酯等的精制與提取、香精香料類產品，特別是天然香精香料和天然色素等的提取、化妝品類產品的羊毛醇及二十八碳醇等的純化等，都離不開分子蒸餾技術。其他如洗滌用品、食品添加劑等方面也有許多應用分子蒸餾技術的范例。特別是我國加入WTO之后，面臨著產品市場及產品質量的國際化競爭，而許多日化產品若不經過分子蒸餾精制，將無法達到產品的國際標準，也難以參與國際競爭。從這個意

13、義上講，分子蒸餾技術在日化中的推廣應用迫在眉睫，相信該項技術在我國日用化工的發(fā)展中將會起到極大地推動作用。1112參考文獻1 Hickman RW. Distillation of heat sensitive materials:Part 1J. British Chemical Engineering, 1967,12(4):568-572.2 樊麗秋，分子蒸餾的研究D,天津大學，天津，1964：453 余國琮，樊麗秋，降膜式分子蒸餾設備基本理論的探討 J，化工學報，1979，30(1)：18- 304 楊興明，郭允圭等，用分子蒸餾技術精制二聚酸的研究，廣東化工，1993，(1)：22-245 鄧朝霞，葉代勇等，分子蒸餾及其在精細化工上的應用J，廣州代工，2006，34(2)：6-106 翟志勇，喻健良，離心式分子蒸餾器加熱裝置的研究J，化工裝備技術，2000,21(3)：23-257 Oshimoto Ouishi.Proc.of the 15th int. Symp. On Rarefied Gas Dynamics, B.G. Teubner, Stuttgart, 1986, p.25