分子蒸馏装置 分子蒸馏技术的发展研究

技术的发展对于制药装备而言是极大的推动力,分子蒸馏装置近年来,分子蒸馏技术逐步在医药、食品、化妆品等行业中加大了应用。分子蒸馏技术是一项比较新的液-液分离技术,主要在高真空条件下进行,也被称为短程蒸馏,还尚未广泛使用于工业化生产中,但是其蒸馏温度低,体系真空度高,物料受热时间短,分离程度高等特点,在应用过程中可以解决大量常规蒸馏技术不能解决的问题。我国对分子蒸馏技术的应用研究起步较晚,偶见60年代的少量报道,到80年代末期,国内引进了几套分子蒸馏生产线用于硬脂酸单甘酯等的生产,目前处于起步阶段。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不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。由于轻分子只走了很短的距离即被冷凝,所以分子蒸馏亦称短程蒸馏)。分子蒸馏装置分子蒸馏技术无毒、无害、无污染、无残留,可得到纯净安全的产物,且操作工艺简单,设备少,因而适用于分离高沸点、热敏性和易被氧化的物质,在医药行业的维生素和中草药有效成分的提取、食品、化妆品和石化行业已有比较广泛的应用。一套完整的分子蒸馏设备有分子蒸发器、脱气系统、进料系统、加热系统、冷却真空系统和控制系统等六大部分组成。其中分子蒸发器是最核心的组成部分。最常用的有降膜式、刮膜式和离心式三种分子蒸馏设备。(1)降膜式分子蒸馏器,是最早使用的分子蒸馏设备,结构简单,操作简便,危险性较小,蒸馏过程可以连续进行,生产力较大,但是由于液膜厚,效率差,已经较少使用。(2)刮膜式蒸发器,可以形成比较薄的液膜,生产效率较高,从而强化了物料的传热和传质过程,提高了分离效能,但是降膜的结构较为复杂,因而对工艺要求较高。(3)离心式蒸发器,通过离心力来形成液态膜,成膜效果好,为提高分离效率,往往需要采用多级串联使用而实现不同物质的多级分离,设备的制造成本高。进行分子蒸馏的样品需要的前处理:1. 蒸馏温度低,分子蒸馏是在远低于沸点的温度下进行操作的,只要存在温度差就可以达到分离目的,这是分子蒸馏与常规蒸馏的本质区别。2. 蒸馏真空度高,分子蒸馏装置其内部可以获得很高的真空度,通常分子蒸馏在很低的压强下进行操作,因此物料不易氧化受损。3. 蒸馏液膜薄,传热效率高。4. 物料受热时间短,受加热的液面与加冷凝面之间的距离小于轻分子的平均自由程,所以由液面逸出的轻分子几乎未经碰撞就达到冷凝面。因此,蒸馏物料受热时间短,在蒸馏温度下停留时间一般几秒至几十秒之间,减少了物料热分解的机会。5. 分离程度更高,分子蒸馏能分离常规不易分开的物质6. 没有沸腾鼓泡现象,分子蒸馏是液层表面上的自由蒸发,在低压力下进行,液体中无溶解的空气,因此在蒸馏过程中不能使整个液体沸腾,没有鼓泡现象。7. 无毒、无害、无污染、无残留,可得到纯净安全的产物,且操作工艺简单,设备少。分子蒸馏技术能分离常规蒸馏不易分离的物质。8. 分子蒸馏设备价格昂贵,分子蒸馏装置必须保证体系压力达到的高真空度,对材料密封要求较高,且蒸发面和冷凝面之间的距离要适中,设备加工难度大,造价高。9. 产品耗能小,由于分子蒸馏整个分离过热损失少,且由于分子蒸馏装置独特的结构形式,内部压强极低,内部阻力远比常规蒸馏小,因而可大大节省能耗。 从分子蒸馏技术以上的特点可知,它在实际工业化的应用中比常规蒸馏技术具有以下明显的优势:(1)对于高沸点、热敏及易氧化物料的分离,分子蒸馏提供了最佳分离方法。因为分子蒸馏在远低于物料沸点的温度下操作,而且物料停留时间短;(2)分子蒸馏可极有效地脱除液体中的物质如有机溶剂、臭味等,这对于采用溶剂萃取后液体的脱溶是非常有效的方法;(3)分子蒸馏可有选择地蒸出目的产物,去除其它杂质,通过多级分离可同时分离2种以上的物质;(4)分子蒸馏的分馏过程是物理过程,因而可很好地保护被分离物质不受污染和侵害。


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