1、分子蒸馏技术系 别： 化学系专 业： 应用化学学 号： 2012122142姓 名： 贺翠时 间： 2014-2015 学年第二学期分子蒸馏技术贺翠(太原师范学院 山西太原 030031)摘要 分子蒸馏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馏技术的发展概况及其应用特点，结合实际应用的要求，对分子蒸馏的技术理论、分子蒸馏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 分子蒸馏 分析 精馏分子蒸馏技术(Molecular Distillation，MD)不同于一般蒸馏技术，它是运用不同物质分子运动自由程的差
2、别而实现物质的分离，能够实现远离沸点下的操作。它具备蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护热敏性物质的品质。分子蒸馏技术已广泛应用于高纯物质的提取，它可摆脱化学处理方法的束缚，真正保持了纯天然的特性，所以特别适用于天然物质的提取与分离，在国际上已被广泛应用于食品、医药、香料等工业中。1 分子蒸馏的国内外发展概况追溯到第 2 次世界大战以前，伴随真空技术和真空蒸馏技术发展起来的一种液-液分离技术。Hickman 1博士是最早的发明人之一，早在 1920 年，他就利用分子蒸馏设备做过大量的小试实验，并将该方法发展到中试规模。当时的实验装置非常简单，他们
3、是在一块平板上将欲分离物质涂成薄层使其在高真空下蒸发，蒸汽在周围的冷表面上凝结。操作时使蒸发面与冷凝面的距离小于气体分子的平均自由程，从而气体分子彼此发生碰撞的几率远小于气体分子在冷凝面上凝结的几率。因此，这种简单的蒸馏方法在美国首先以“分子蒸馏”的概念出现，并沿用至今。20 世纪的 30 60 年代是分子蒸馏技术的研发时代，至 60 年代末，德、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，致使当时分子蒸馏技术及装备在总体上还不够完善。例如，分子蒸馏蒸发器的分离效率还有待提高、密封及真空获得技术还有待改进、应用领域还有待拓展、分离成本还有待降低等。所有
4、这些都是后来的研究者改进的方向。从 20 世纪 60 年代至今的 50 多年来，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馏器的开发制造，使分子蒸馏技术的工业应用得到了进一步发展。我国对分子蒸馏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馏相关研究；70 年代末，余国琮、樊丽秋 3发表了对降膜式分子蒸馏研究的相关论文；80 年代，国内才有分子蒸馏器方面相关专利出现，随后又引进了几套国外的分子蒸馏装置，用于硬脂酸单甘酯的生产。近年来，我国许多高校及科研单位对分子蒸馏技术进行了广泛的研发。特别是 9
5、0 年代以来，随着人们对天然物质的青睐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，分子蒸馏技术在高沸点、热敏性天然物质的分离方面得到了迅速的发展。目前，分子蒸馏技术在石油、医药、食品、精细化工和油脂等行业得到了广泛的应用。2 分子蒸馏技术的原理分子蒸馏不同一般的常规蒸馏，它是没有达到气液相平衡的蒸馏。常规蒸馏建立在气液相平衡的基础上，根据蒸馏物质在气液组成不同进行分离，分离操作是在蒸馏物质沸点温度下进行。分子蒸馏的分离是建立在不同物质挥发度不同的基础上，分离操作在低于物料沸点进行，物质的挥发度大小可以用分子运动自由程表示。液面的分子受热后接受足够的能量，就会逸出成为气体分子
6、，逸出的气体分子在气相中会发生碰撞，碰撞结果是有一部分气体分子会返回液面，在一定温度下，这个过程会达到动态平衡。不同种类的分子，由于其分子有效直径不同，其自由程也不相同，即不同种类的分子逸出液面后，与其他分子碰撞的飞行距离是不相同的。分子蒸馏技术正是利用不同种类分子逸出液面（蒸发液面）后的平均自由程不同的性质实现的。轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，若在离液面小于轻分子的平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一冷凝面，使得轻分子落在冷凝面上被冷凝，而重分子因达不到冷凝面而返回原来液面，这样混合物就得到了分离。3 分子蒸馏设备分子蒸馏器的发展历程主要经历了 4 种类形：从最初的罐式分子
7、蒸馏器、降膜式分子蒸馏器，再到目前应用较为广泛的刮膜式分子蒸馏器和离心式分子蒸馏器，其结构形式不断完善，物料操作温度进一步降低，受热时间进一步缩短。分子蒸馏器的蒸发表面有凸面和凹面两种形式，当蒸发圆筒的直径小于 1520cm 时，多用凸面设计 47。4 分子蒸馏技术的特点(1)分子蒸馏的操作真空度高、操作温度低。由于分子蒸馏是依据分子运动平均自由程的差别将物质分开，因而可在低于混合物的沸点下将物质分离。加之其独特的结构形式决定了其操作压强很低，一般为 0.13 1.33 Pa，这又进一步降低了物质的沸点，因此分子蒸馏可在远低于混合物沸点的温度下实现物质的分离。一般来说，分子蒸馏的分离温度比传统
8、蒸馏的操作温度低 50 100。(2)受热时间短。在分子蒸馏器中，受热液体被强制分布成薄膜状，膜厚一般为 0.5 mm左右，设备的持液量很小，因此，物料在分子蒸馏器内的停留时间很短，一般几秒至十几秒，使物料所受的热损伤极小。这一特点很好地保护了被处理物料的颜色和特性品质，使得用分子蒸馏精制的产品在品质上优于传统真空蒸馏法生产的产品。(3)分离程度高。分子蒸馏比常规蒸馏有更高的相对挥发度，分离效率高。这使得聚合物可与单体及杂质进行更有效的分离。(4)工艺清洁环保。分子蒸馏技术不使用任何有机溶剂，不产生任何污染，被认为是一种温和的绿色操作工艺。5 蒸馏技术的应用分子蒸馏技术作为一种高效、新型的绿色
9、分离技术，具有常规真空精馏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。分子蒸馏技术具有脱酸、脱碱、脱色、脱臭、提纯或浓缩等多种功能。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。分子蒸馏技术作为一种温和的蒸馏分离手段，克服了传统蒸馏操作温度高、受热时间长的缺点，可解决传统蒸馏无法解决的难题，有广阔应用前景。大量工业化实践证明，分子蒸馏技术具有独特的、多方面的应用特点。主要可以应用在以下几个方面：(1)脱除热敏性物质中的轻组分。例如，聚酞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
10、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。运用常规蒸馏的方法可以使二聚体的质量分数在 75%、83% 及 87%，而采用分子蒸馏的方法可以使二聚体的质量分数达 90% 95%以上。 8(2)脱除原料或产品中的杂质及颜色。如陆韩涛 9利用分子蒸馏技术制备各种芳香油。通过分子蒸馏，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
11、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。反应后的产品都需要提纯，由于丙烯酸酯类都有一定热敏性，故采用传统真空蒸馏不仅纯度不高，而且过高的操作温度会导致产品的得率不佳，而采用分子蒸馏技术则可很好地解决上述问题 10。(4)消除或降低生产过程中的环境污染，进行清洁生产。利用分子蒸馏可以制取高纯烷基多苷。(5)脱除产品中残留的重金属离子及催化剂。如在催化剂钴膦化合物催化下用烯烃羰基合成制高级脂肪醇的工艺中，催化剂和产品醇要分开,可采用二级分子蒸馏完成。6 分子蒸馏技术的前景分子
12、蒸馏技术的特点决定了它是一项值得大力推广的分离技术，尤其是在与人们吃、穿和用关系密切相关方面，可被广泛应用。国外分子蒸馏技术的应用已十分广泛，利用分子蒸馏技术生产的产品在 100 种以上，我国在工业应用上的推广也充分显示了该项技术的巨大作用。目前，正在不断开发的日用化工产品中，如表面活性剂类产品月桂酸单甘酯、芥酸酰胺和硬脂酸单甘酯等的精制与提取、香精香料类产品，特别是天然香精香料和天然色素等的提取、化妆品类产品的羊毛醇及二十八碳醇等的纯化等，都离不开分子蒸馏技术。其他如洗涤用品、食品添加剂等方面也有许多应用分子蒸馏技术的范例。特别是我国加入WTO 之后，面临着产品市场及产品质量的国际化竞争，而
13、许多日化产品若不经过分子蒸馏精制，将无法达到产品的国际标准，也难以参与国际竞争。从这个意义上讲，分子蒸馏技术在日化中的推广应用迫在眉睫，相信该项技术在我国日用化工的发展中将会起到极大地推动作用。 1112参考文献1 Hickman RW. Distillation of heat sensitive materials:Part 1J. British Chemical Engineering, 1967,12(4):568-572.2 樊丽秋，分子蒸馏的研究D,天津大学，天津，1964：453 余国琮，樊丽秋，降膜式分子蒸馏设备基本理论的探讨 J，化工学报，1979，30(1)：18- 30
14、4 杨兴明，郭允圭等，用分子蒸馏技术精制二聚酸的研究，广东化工，1993，(1) ：22-245 邓朝霞，叶代勇等，分子蒸馏及其在精细化工上的应用J ，广州代工，2006，34(2)：6-106 翟志勇，喻健良，离心式分子蒸馏器加热装置的研究J ，化工装备技术，2000,21(3)：23-257 Oshimoto Ouishi.Proc.of the 15th int. Symp. On Rarefied Gas Dynamics, B.G. Teubner, Stuttgart, 1986, p.2518 邓朝霞，叶代勇等，分子蒸馏及其在精细化工上的应用 J，广州化学，2006，34(2)：6-109 陆韩涛，程玉镜.利用分子蒸馏精制芳香油J ，广东化工， 1992，2：39-4310 马占镖，甲基丙烯酸酯及其应用M ，北京: 化学工业出版社，2002：41-4311 陈文伟，陈钢，高荫榆，分子蒸馏的应用研究进展J，西北粮油科技，2003，5：35-3712 张逸如，降膜回流式分子蒸馏装置J ，江苏化工，1995 ，2(5)：35-37
