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分子蒸馏技术与应用李路 精细专09-1 09113070114（ 广东石油化工学院 化学学院 广东 525000 ）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：分子蒸馏技术；应用；特点；分离过程分子蒸馏技术( 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。一、分子蒸馏技术的过程及特点1.1分子蒸馏分离过程 根据分子蒸馏器设计原则, 低沸点组分首先获得足够的能量从液膜表面蒸发，径直飞向中间冷凝器并被冷凝成液相，并在重力作用下沿冷凝器壁面向下流动，进入馏出组分接收瓶，未能到达冷凝面的重组分沿加热面流下，进入残留组分接收瓶,，即分子蒸馏过程主要分为5个步骤：(1) 分子从液相主体向蒸发面扩散。通常，液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速率的主要因素，在设备设计时，应尽量减薄液层 厚度并强化液层的流动。(2) 分子从蒸发面上自由蒸发。分子在高真空远低于沸点的温度下进行蒸发。蒸发速率随着温度的升高而上升，但分离效率有时却随着温度的升高而降低，所以应以被加工物质的热稳定性为前提,选择经济合理的蒸馏温度。(3) 分子从蒸发面向冷凝面飞射，在飞射过程中，可能与残存的空气分子碰撞，也可能相互碰撞。但只要有合适的真空度，使蒸发分子的平均自由程大于或等于蒸发面与冷凝面之间的距离即可。(4) 分子在冷凝面上冷凝，冷凝面形状合理且光滑，从而完成对该物质分子的分离提取。(5) 馏出物和残留物的收集。由于重力作用，馏出物在冷凝器底部收集。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作用，滑落到加热器底部或转盘外缘。1.2分子蒸馏的特点(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 0.5mm 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。二、分子蒸馏技术的应用现状分子蒸馏技术作为一种高效、新型的绿色分离技术，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。(2)脱除原料或产品中的杂质及颜色。如陆韩涛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。(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。表1 中还列出了分子蒸馏技术在上述方面的一些应用实例。 表1：分子蒸馏技术的应用领域级实例 应用实例 分离、纯化实例天然产物分离 天然维生素的提纯 大蒜有效成分的分离 蜂蜡中二十八烷醇的分离石油化工 原油渣油及其类似物质的分离 化工中间体的精制 生产低蒸汽压油、高粘度润滑油、以及表面活性剂提纯有机合成物 脱离了聚醋中的小分子聚合物 分离、提纯间二甲苯和间甲基苯甲酸 分离烷基多昔中的高碳醇三、结束语目前, 世界各国应用分子蒸馏技术纯化分离的产品达150余种，特别是对于一些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，分子蒸馏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，分子蒸馏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：1 樊丽秋. 分子蒸馏的研究 D . 天津: 天津大学, 1964.2 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- 30.3 冯武文,杨村,于宏寄.蒸馏技术与日用化工:分子蒸馏技术的原理及特点 J . 日用化学工业, 2002, 32( 5) : 74- 76.4 栾礼侠. 分子蒸馏分离工艺研究及其在物料分离中的应用 D .天津: 天津大学, 2005.5 江和源, 段文华, 尉蕊仙. 分子蒸馏技术及 其应用 J.西部粮油科技, 2003, 28( 6) : 41- 43.6 冯武文, 杨村, 于宏奇.分子蒸馏技术及其应用 J .化工进展,1998( 6) : 26- 29.7 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- 37.8冯武文, 杨村, 于宏 奇, 等. 工业表面 活性剂技术经济文集 C.大连: 大连出版社, 2000: 373- 375.8马占镖.甲基丙烯酸酯及其应用 M .北 京:化学工业出 版社,2002.9 祝顺琴, 谈锋.分子蒸馏技术在天然产物中的应用 J . 精细化工, 2004, 21( 1) : 46- 50.10 王发松, 黄世亮, 胡海燕,等.柠檬醛分子蒸馏新工艺与毛叶木姜