分子蒸馏技术-大工

2010-4-18分子蒸馏技术MolecularDistillationTechnology2010-4-18Contents分子蒸馏技术发展背景1分子蒸馏的概念和原理2分子蒸馏的优缺点3分子蒸馏的应用42010-4-18分子蒸馏技术发展背景•国外在20世纪20年代出现分子蒸馏技术，并在60年代开始工业化应用。日本、美国、德国都设计制造了各种式样的分子蒸馏装置。•我国上世纪60年代才有研究者开始研究。•1986年，蔡沂春申请了关于M型分子蒸馏器的专利。•至上世纪80年代，国内引进了几套分子蒸馏生产线，用于硬脂酸单甘油酯的生产。•国内许多单位进行了实验室技术研究。•目前分子蒸馏已在油脂化学工业如甘油酯、双甘酯、长链脂肪酸、维生素E、高碳醇、甾醇等浓缩和制取中得到广泛的应用。2010-4-18分子蒸馏的定义分子蒸馏（moleculardistillation）也称短程蒸馏（short–pathdistillation），是一种在高真空下（残气分子的压力＜0.1Pa）进行的连续蒸馏过程。分子蒸馏过程与传统的蒸馏过程不同，传统蒸馏是在沸点温度下进行分离的，蒸发与冷凝过程是可逆的，液相与汽相间会形成平衡状态。分子蒸馏过程是一个不可逆的，并且在远离物质常压沸点温度下进行的蒸馏过程，更确切地说，它是分子蒸发的过程。2010-4-18分子碰撞分子与分子之间存在着相互作用力，当两分子离得较远时，分子之间的作用力表现为吸引力，但当两分子接近到一定程度后，分子之间的作用力会改变为排斥力，并随其接近距离的减小，排斥力迅速增加。当两分子接近到一定程度时，排斥力的作用使两分子分开。这种由接近而至排斥分离的过程．就是分子的碰撞过程。几个基本概念2010-4-18分子有效直径分子在碰撞过程中，两分子质心的最短距离（即发生斥离的质心距离）称为分子有效直径。分子运动自由程一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程分子运动平均自由程任一分子在运动过程中都在不断变化自由程，而在一定的外界条件下，不同物质的分子其自由程各不相同。在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自由程2010-4-18设vm为某一分子的平均速度；f为碰撞频率；λm为平均自由程则λm=vm/f∴f=vm/λm由热力学原理可知：2•mPdfVKT则22mTdP2010-4-1822mTdP温度、压力及分子有效直径是影响分子运动平均自由程的主要因素。当压力一定时，一定物质的分子运动平均自由程随温度增加而增加。当温度一定时，平均自由程λm与压力p成反比，压力越小（真空度越高），λm越大，即分子间碰撞机会越少、不同物质因其有效直径不同，因而分子平均自由程不同。2010-4-18分子蒸馏基本原理根据分子运动理论，液体混合物受热后分子运动会加剧，当接受到足够能量时，就会从液面逸出成为气相分子。随着液面上方气相分子的增加，有一部分气相分子就会返回液相。在外界条件保持恒定的情况下。最终会达到分子运动的动态平衡，从宏观上看即达到了平衡。2010-4-18根据分子运动平均自由程公式，不同种类的分子，由于其分子有效直径不同，故其平均自由程也不同，即从统计学观点看，不同种类分子逸出液面后不与其他分子碰撞的飞行距离是不同的分子蒸馏的分离作用就是依据液体分子受热会从液面逸出，而不同种类分子逸出后，在气相中其运动平均自由程不同这一性质来实现的2010-4-18１.液体混合物沿加热板流动并被加热２.轻、重分子会逸出液面而进入气相３.由于轻、重分子的自由程不同４.轻分子达到冷凝板被冷凝排出;重分子达不到冷凝板沿混合液排出2010-4-18分子蒸馏应满足的两个条件①轻、重分子的平均自由程必须要有差异，且差异越大越好；②蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自由程。2010-4-18分子蒸馏蒸馏压强低受热时间短操作温度低分子蒸馏技术的特点2010-4-18分子蒸馏的优点和缺点为了充分了解分子蒸馏过程的优点，首先有必要提到间歇式、降膜式和刮膜式蒸发系统的物理局限性。以此为基础，分子蒸馏的优点就显而易见。2010-4-18真空间歇蒸馏物料在蒸馏釜内停留时间较长，且处于沸点状态，所以残留物甚至馏出物经常发生热破坏。2010-4-18降膜式蒸发器成膜质量主要取决于:重力、物料的粘度和给料流率;降膜成层流状态，导致膜上出现“死点”，使物料过热而热分解;膜层中存在较大的温度梯度，妨碍了最佳蒸馏效果2010-4-18刮膜式蒸发器机械“刮膜”，温度梯度和死点被大大减小极限真空有限，有较高的流阻2010-4-18分子蒸馏装置内部冷凝器，流阻小，极限真空高2010-4-18分子蒸馏与其它蒸馏方法相比其突出优点在于：a.操作温度低b.物料受热时间短（这两点对于高沸点和热敏物料尤为重要）c.工业化生产能力2010-4-18分子蒸馏技术的局限性1、由于分子蒸馏要求在高真空下进行分离,所需要的设备成本过高,结构复杂,设计技术要求高,相应的配套设备也多,投资过大,国内尚未见大规模运用;2、分子蒸馏受设备结构和加热面积的限制,设备体积比常规蒸馏设备体积大,在大规模生产应用中有不少困难。2010-4-18分子蒸馏器的模式离心薄膜式转子刮膜式主要区别在于物料形成薄膜的方法不同现在国内、外的工业化装置以转子刮膜式为主2010-4-18离心薄膜式分子蒸馏器2010-4-18转子刮膜式分子蒸馏器2010-4-18分子蒸馏的适用范围1.分子蒸馏适用于不同物质分子量差别较大的液体混合物系的分离，特别是同系物的分离，分子量必须要有一定差别。2.分子蒸馏也可用于分子量接近但性质差别较大的物质的分离，如沸点差较大、分子量接近的物系的分离。3.分子蒸馏特别适用于高沸点、热敏性、易氧化（或易聚合）物质的分离。2010-4-184.分子蒸馏适宜于附加值较高或社会效益较大的物质的分离。5.分子蒸馏不适宜于同分异构体的分离。2010-4-18应用情况简介•石油化工方面•塑料工业方面•食品工业方面•医药方面•香料工业方面2010-4-181．盐基油2.亮库存油3.润滑油4.石蜡油5.沥青残留物6.焦油石油化工2010-4-18化工1．醇类2.—酯3.乙二醇醚4.除草剂5.全能碳氢化合物6．杀虫剂7.硅油8.妥尔革柔油2010-4-181．环氧树脂2.环氧化油3.异氰酸盐4.增塑剂5.稳定剂塑料2010-4-181.酸性氯化物2.氨基酸酯3.葡萄糖衍生物4.吲哚5.萜酯6.天然和合成维生素7.互叶白千层油8.辣椒碱9.大蒜素的精制10.川芎11.当归12.姜油13.中草药有效成分的提纯制药2010-4-181．脂肪酸及衍生物2.二聚酯肪酸3.鱼油4.小麦胚芽油5．种子油6.单甘油酯7.双甘油酯8.生育酚9.黄油食品工业2010-4-181．羊毛酯酸2.羊毛酯醇3.烷基多酣4.海藻、金雀花、褐苔、鲜花、根菜作物、辣椒的提取物日化2010-4-181．广藿香油2.玫瑰油3.山仓子油4.桉叶油（茶树油）5.香茅油6.橙油7.紫罗兰酮香料香精2010-4-181、分子蒸馏在多糖酯提纯纯化中的应用多糖酯（sucrosepolyester.简称SPE）蔗糖分子中有6个以上的羟基发生酯化反应时（即酯化度DS=6~8）生成的一类蔗糖酯。粗产物中，除目标产物SPE外，还有表面亲和剂脂肪酸钾皂、未反应的脂肪酸甲酯（FAME）、游离脂肪酸和色素等杂质。混合物醇水处理，乙醇或低碳烷烃洗涤，然后分子蒸馏。蔗糖脂肪酸酯在170℃以上易于热分解。常压蒸馏（200~240℃）真空蒸馏（50Pa,170℃以上）热敏性，需脱色分子蒸馏（120~150℃）2010-4-182、分子蒸馏技术在油脂工业中的应用EPA（二十碳五烯酸）DHA（二十二碳六烯酸）鱼油：5~36%DHA，2~16%EPA，最佳来源常规提取：低温溶剂区分法，尿素沉淀法，硝酸银法等。近年来：分子蒸馏，其中张相年、李兆新等分子蒸馏工业化提取含量（DHA+EPA）高于70%。由于EPA、DHA不饱和程度高，高温易聚合、氧化，且脂肪酸沸点高，所以分子蒸馏前须先进行乙酰化。(1)EPA和DHA富集2010-4-18(2)大豆脱臭馏出物中维生素E的提取大豆脱臭馏出物的主要成分是游离脂肪酸和甘油，以及由它们的氧化物分解得到的挥发性醛、酮、碳氢类化合物。其中最引人注目的是天然维生素E。维生素E具有热敏性，其的沸点很高，用普通的真空精馏很容易使其分解，萃取法步骤繁琐回收率低。赵国志等用离心式分子蒸馏器分离大豆脱臭馏出物：甲醇酯化，分离出甾醇结晶，在1.33~0.133Pa的高真空下进行分子蒸馏。采取多级蒸馏的方法，可以得到纯度在70%以上的维生素E浓缩物，回收率在50~60%。2010-4-18（3）高碳醇精制高碳脂肪醇是指二十碳以上的直链饱和脂肪醇，它们长于高级脂肪酸结合成酯。存在于虫蜡或植物蜡中，如蜂蜡、糠蜡、蔗蜡、棉子蜡等。其中二十八烷醇和三十烷醇可以改善人体酶的利用，降低血清胆固醇，减轻肌肉疲劳、疼痛，增强爆发力、耐力等。他们深受国内外科学家关注。高碳脂肪醇精制工艺：醇相皂化、多种多次溶剂浸提，然后用柱层析分离，而为提高纯度，须反复层析，溶剂结晶得到一定纯度的混合醇产品。2010-4-18日本采取蜡酯皂化、溶剂提取、真空分馏得到含量为10~30%二十八碳醇产品。如用分子蒸馏工艺可避免有机溶剂的污染与损害，而且对原溶剂可以有效脱除。刘元法对米糠蜡中二十八醇精制，运用分子蒸馏技术得到30%左右二十八碳醇产品。经多级分子蒸馏，最终可得到80%产品。分子蒸馏用于高碳醇精制工艺过程简单，操作安全可靠，自动化程度高，产品质量也相当高。其它方面的应用：羊毛油的精制，天然芳香油的提纯，食用植物油的提取等方面。2010-4-18广受科研人员欢迎的实验型设备：MD-S80几种分子蒸馏设备2010-4-18中试型设备：MD-S1502010-4-18MD-S3002010-4-18MD-S5002010-4-18MDL-150（离心式）2010-4-182010-4-18