分子蒸餾技術(shù)課件

分子蒸餾技術(shù)MolecularDistillationTechnology2010-4-18Contents分子蒸餾技術(shù)發(fā)展背景1分子蒸餾的概念和原理2分子蒸餾的優(yōu)缺點(diǎn)3分子蒸餾的應(yīng)用42010-4-18分子蒸餾技術(shù)發(fā)展背景國(guó)外在20世紀(jì)20年代出現(xiàn)分子蒸餾技術(shù)，并在60年代開始工業(yè)化應(yīng)用。日本、美國(guó)、德國(guó)都設(shè)計(jì)制造了各種式樣的分子蒸餾裝置。我國(guó)上世紀(jì)60年代才有研究者開始研究。1986年，蔡沂春申請(qǐng)了關(guān)于M型分子蒸餾器的專利。至上世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了幾套分子蒸餾生產(chǎn)線，用于硬脂酸單甘油酯的生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)許多單位進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室技術(shù)研究。目前分子蒸餾已在油脂化學(xué)工業(yè)如甘油酯、雙甘酯、長(zhǎng)鏈脂肪酸、維生素E、高碳醇、甾醇等濃縮和制取中得到廣泛的應(yīng)用。2010-4-18分子碰撞

分子與分子之間存在著相互作用力，當(dāng)兩分子離得較遠(yuǎn)時(shí)，分子之間的作用力表現(xiàn)為吸引力，但當(dāng)兩分子接近到一定程度后，分子之間的作用力會(huì)改變?yōu)榕懦饬?，并隨其接近距離的減小，排斥力迅速增加。當(dāng)兩分子接近到一定程度時(shí)，排斥力的作用使兩分子分開。這種由接近而至排斥分離的過(guò)程．就是分子的碰撞過(guò)程。幾個(gè)基本概念2010-4-18分子有效直徑

分子在碰撞過(guò)程中，兩分子質(zhì)心的最短距離（即發(fā)生斥離的質(zhì)心距離）稱為分子有效直徑。分子運(yùn)動(dòng)自由程

一個(gè)分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經(jīng)過(guò)的路程分子運(yùn)動(dòng)平均自由程

任一分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都在不斷變化自由程，而在一定的外界條件下，不同物質(zhì)的分子其自由程各不相同。在某時(shí)間間隔內(nèi)自由程的平均值稱為平均自由程2010-4-18設(shè)vm為某一分子的平均速度；f為碰撞頻率；λm為平均自由程

則λm=vm/f∴f=vm/λm由熱力學(xué)原理可知：則2010-4-18

溫度、壓力及分子有效直徑是影響分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的主要因素。當(dāng)壓力一定時(shí)，一定物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)平均自由程隨溫度增加而增加。當(dāng)溫度一定時(shí)，平均自由程λm與壓力p成反比，壓力越小（真空度越高），λm越大，即分子間碰撞機(jī)會(huì)越少、不同物質(zhì)因其有效直徑不同，因而分子平均自由程不同。2010-4-18根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程公式，不同種類的分子，由于其分子有效直徑不同，故其平均自由程也不同，即從統(tǒng)計(jì)學(xué)觀點(diǎn)看，不同種類分子逸出液面后不與其他分子碰撞的飛行距離是不同的分子蒸餾的分離作用就是依據(jù)液體分子受熱會(huì)從液面逸出，而不同種類分子逸出后，在氣相中其運(yùn)動(dòng)平均自由程不同這一性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的2010-4-18分子蒸餾應(yīng)滿足的兩個(gè)條件①輕、重分子的平均自由程必須要有差異，且差異越大越好；②蒸發(fā)面與冷凝面間距必須小于輕分子的平均自由程。2010-4-18分子蒸餾的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

為了充分了解分子蒸餾過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)，首先有必要提到間歇式、降膜式和刮膜式蒸發(fā)系統(tǒng)的物理局限性。

以此為基礎(chǔ)，分子蒸餾的優(yōu)點(diǎn)就顯而易見。2010-4-18真空間歇蒸餾

物料在蒸餾釜內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，且處于沸點(diǎn)狀態(tài)，所以殘留物甚至餾出物經(jīng)常發(fā)生熱破壞。2010-4-18降膜式蒸發(fā)器

成膜質(zhì)量主要取決于:重力、物料的粘度和給料流率;降膜成層流狀態(tài)，導(dǎo)致膜上出現(xiàn)“死點(diǎn)”，使物料過(guò)熱而熱分解;膜層中存在較大的溫度梯度，妨礙了最佳蒸餾效果2010-4-18刮膜式蒸發(fā)器

機(jī)械“刮膜”，溫度梯度和死點(diǎn)被大大減小極限真空有限，有較高的流阻2010-4-18分子蒸餾裝置

內(nèi)部冷凝器，流阻小，極限真空高2010-4-18

分子蒸餾技術(shù)的局限性

1、由于分子蒸餾要求在高真空下進(jìn)行分離,所需要的設(shè)備成本過(guò)高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)計(jì)技術(shù)要求高,相應(yīng)的配套設(shè)備也多,投資過(guò)大,國(guó)內(nèi)尚未見大規(guī)模運(yùn)用;

2、分子蒸餾受設(shè)備結(jié)構(gòu)和加熱面積的限制,設(shè)備體積比常規(guī)蒸餾設(shè)備體積大,在大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用中有不少困難。2010-4-18分子蒸餾器的模式離心薄膜式轉(zhuǎn)子刮膜式主要區(qū)別在于物料形成薄膜的方法不同現(xiàn)在國(guó)內(nèi)、外的工業(yè)化裝置以轉(zhuǎn)子刮膜式為主2010-4-18轉(zhuǎn)子刮膜式分子蒸餾器2010-4-18分子蒸餾的適用范圍1.分子蒸餾適用于不同物質(zhì)分子量差別較大的液體混合物系的分離，特別是同系物的分離，分子量必須要有一定差別。2.分子蒸餾也可用于分子量接近但性質(zhì)差別較大的物質(zhì)的分離，如沸點(diǎn)差較大、分子量接近的物系的分離。3.分子蒸餾特別適用于高沸點(diǎn)、熱敏性、易氧化（或易聚合）物質(zhì)的分離。2010-4-18應(yīng)用情況簡(jiǎn)介石油化工方面塑料工業(yè)方面食品工業(yè)方面醫(yī)藥方面香料工業(yè)方面2010-4-181．鹽基油2.亮庫(kù)存油3.潤(rùn)滑油4.石蠟油5.瀝青殘留物6.焦油石油化工2010-4-18化工1．醇類2.—酯3.乙二醇醚4.除草劑5.全能碳?xì)浠衔?．殺蟲劑7.硅油8.妥爾革柔油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.天然和合成維生素7.互葉白千層油8.辣椒堿9.大蒜素的精制10.川芎11.當(dāng)歸姜油中草藥有效成分的提純制藥2010-4-181．脂肪酸及衍生物2.二聚酯肪酸3.魚油4.小麥胚芽油5．種子油6.單甘油酯7.雙甘油酯8.生育酚9.黃油食品工業(yè)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、鮮花、根菜作物、辣椒的提取物日化2010-4-181．廣藿香油2.玫瑰油3.山倉(cāng)子油4.桉葉油（茶樹油）5.香茅油6.橙油7.紫羅蘭酮香料香精2010-4-181、分子蒸餾在多糖酯提純純化中的應(yīng)用多糖酯（sucrosepolyester.簡(jiǎn)稱SPE）蔗糖分子中有6個(gè)以上的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)時(shí)（即酯化度DS=6~8）生成的一類蔗糖酯。粗產(chǎn)物中，除目標(biāo)產(chǎn)物SPE外，還有表面親和劑脂肪酸鉀皂、未反應(yīng)的脂肪酸甲酯（FAME）、游離脂肪酸和色素等雜質(zhì)?；旌衔锎妓幚?，乙醇或低碳烷烴洗滌，然后分子蒸餾。蔗糖脂肪酸酯在170℃以上易于熱分解。常壓蒸餾（200~240℃）真空蒸餾（50Pa,170℃以上）熱敏性，需脫色分子蒸餾（120~150℃）2010-4-182、分子蒸餾技術(shù)在油脂工業(yè)中的應(yīng)用EPA（二十碳五烯酸）DHA（二十二碳六烯酸）魚油：5~36%DHA，2~16%EPA，最佳來(lái)源常規(guī)提取：低溫溶劑區(qū)分法，尿素沉淀法，硝酸銀法等。近年來(lái)：分子蒸餾，其中張相年、李兆新等分子蒸餾工業(yè)化提取含量（DHA+EPA）高于70%。由于EPA、DHA不飽和程度高，高溫易聚合、氧化，且脂肪酸沸點(diǎn)高，所以分子蒸餾前須先進(jìn)行乙?；?。(1)EPA和DHA富集2010-4-18(2)大豆脫臭餾出物中維生素E的提取大豆脫臭餾出物的主要成分是游離脂肪酸和甘油，以及由它們的氧化物分解得到的揮發(fā)性醛、酮、碳?xì)漕惢衔?。其中最引人注目的是天然維生素E。維生素E具有熱敏性，其的沸點(diǎn)很高，用普通的真空精餾很容易使其分解，萃取法步驟繁瑣回收率低。趙國(guó)志等用離心式分子蒸餾器分離大豆脫臭餾出物：甲醇酯化，分離出甾醇結(jié)晶，在1.33~0.133Pa的高真空下進(jìn)行分子蒸餾。采取多級(jí)蒸餾的方法，可以得到純度在70%以上的維生素E濃縮物，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鏈飽和脂肪醇，它們長(zhǎng)于高級(jí)脂肪酸結(jié)合成酯。存在于蟲蠟或植物蠟中，如蜂蠟、糠蠟、蔗蠟、棉子蠟等。其中二十八烷醇和三十烷醇可以改善人體酶的利用，降低血清膽固醇，減輕肌肉疲勞、疼痛，增強(qiáng)爆發(fā)力、耐力等。他們深受國(guó)內(nèi)外科學(xué)家關(guān)注。高碳脂肪醇精制工藝：醇相皂化、多種多次溶劑浸提，然后用柱層析分離，而為提高純度，須反復(fù)層析，溶劑結(jié)晶得到一定純度的混合醇產(chǎn)品。2010-4-18日本采取蠟酯皂化、溶劑提取、真空分餾得到含量為10~30%二十八碳醇產(chǎn)品。如用分子蒸餾工藝可避免有機(jī)溶劑的污染與損害，而且對(duì)原溶劑可以有效脫除。劉元法對(duì)米糠蠟中二十八醇精制，運(yùn)用分子蒸餾技術(shù)得到30%左右二十八碳醇產(chǎn)品。經(jīng)多級(jí)分子蒸餾，最終可得到80%產(chǎn)品。分子蒸餾用于高碳醇精制工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，操作安全可靠，自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量也相當(dāng)高。其它方面的應(yīng)