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分子蒸馏几种形式及应用

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分子蒸馏作为一种新型的分离技术,应用于医药、石油化工等行业。那么分子蒸馏器的几种形式您了解吗?  
完整的分子蒸馏装置一般包括分子蒸馏器、真空系统、加热系统、冷却系统以及进出料系统与控制系统等。而分子蒸馏器根据形成蒸发液膜的不同设计与结构差异,大致可以分为静止式、降膜式、离心式与刮膜式。  
静止式分子蒸馏器已经是被淘汰的分子蒸馏设备,这种分子蒸馏设备出现最早,它的特点是有一个静止不动的水平蒸发面,根据形状的不同还有釜式、盘式等之分,结构简单。但它的液膜很厚,物料持续加热时间长,使物料热分解的可能性增大,分离效率低。  
静止式与降膜式分子蒸馏器结构  
降膜式也是较早出现的一种结构形式。如上图,料液经分布器在重力作用下沿蒸发表面形成连续液膜,轻组分蒸发后飞向冷凝面,在冷凝面被凝结收集从轻组分出口排出,而重组分则留在重组分收集器中。这种分子蒸馏其效率高于静止式,但由于蒸发面上的料液受流量和粘度的影响不能形成均匀的液膜,流动能力差,传质传热效率不高,影响蒸发面积与蒸馏效率,因此应用的也不多。  
刮膜式分子蒸馏器是在降膜式的基础上作了改进而来,也是目前应用较广的一种分子蒸馏器形式。引入刮膜器后,可以将料液在蒸发面上刮成厚度均匀、连续更新的涡流液膜,增强了传质传热效率,并有效控制了液膜厚度以及料液停留时间,正蒸馏效率提高,热分解可能性  降低。刮膜式与离心式分子蒸馏器结构 剩下一种离心式是分子蒸馏器中较为理想的一种装置,料液会被送到高速旋转的转盘上,在离心力作用下扩散成均匀的薄膜。与其他形式相比,它的液膜非常薄而且均匀,料液停留时间短,蒸发效率高,分离效果好。但离心式转盘装置特殊,结构复杂,且对真空密封技术要求很高,适用于大规模生产和高经济效益物质的分离。  
分子蒸馏的应用   
(一)石油化工中的应用  
1.工业中渣油的处理 原油真空精馏后的残余物占进料总量的25%左右, 实践中常采用溶剂萃取的方法对残余物进行后处理。但是用溶剂萃取法很难萃取出全部的润滑油和石蜡, 且在过程中会萃取出高分子物质, 从而影响产品质量。利用分子蒸馏技术处理渣油可以切割出更多的馏分, 且馏分间的切割清晰, 生产能力增加, 分离出的润滑油不含金属元素, 产品品质好, 无需加入添加剂即可直接应用。国内运用分子蒸馏技术对沙轻减压渣油深拔分离, 切割出多个重馏分油, 不但可使减压渣油中的理想组分饱和烃充分回收, 而且能有效地脱除减压渣油中的大部分重金属, 质量远远优于减压渣油, 可直接进行催化裂化。  
2.润滑油的回收 传统废润滑油的回收方法是在废油中加入极性物质, 如表面活性剂、无机盐等作为絮凝剂, 然后过滤回收; 或是通过放电、超声波等物理方法来回收;或是通过化学法回收再生物达标。这几种方法不但收率低、费用较高, 而且还会造成二次污染。   
3.精度润滑油的制造 硅氧烷类化合物是很好的润滑油, 可提高光盘的光滑性以及光盘在不同湿度和高温下的稳定性。由于硅氧烷类化合物属热敏性物质且沸点均在200e 以上, 常规蒸馏的分离方法容易使其变性, 而通过分子蒸馏不但可使润滑油中成色物质的含量大大减少, 而且使蒸馏相同量的硅氧烷的时间减少了40%。  
4.产品中间体的纯化 许多石油化工产品存在气味不纯、溶剂大量残存、聚合单体清除不净等问题, 这些"杂质"严重影响着产品的质量, 传统清除这些杂质的方法往往是采用需温度较高、耗能较大的方法, 如真空蒸馏。而采用分子蒸馏技术则可解决其他方法中因操作温度较高引起的产品歧化、缩合或分解的问题, 从而保证了产品的质量。   
(二)食品加工中的应用   
1.芳香油的精制 随着日用化工、轻工、制药工业等行业及对外贸易的飞速发展, 对天然精油的需求量不断增加。芳香油的主要成分是醛、酮、醇类, 且大部分为萜类。这些化合物沸点高, 属热敏性物质。在传统的蒸馏加工过程中, 因受热时间长、温度高, 易引起分子重排、氧化、水解甚至聚合反应, 使芳香成分遭受破坏。利用分子蒸馏在不同真空度下, 可将不同的组分提纯并除去带色杂质和异臭, 保证了芳香油的质量和品位。另外, 通过分子蒸馏制备的无论是茉莉精油还是大花茉莉精油, 其香气均非常浓郁、新鲜, 其特征香尤为突出。  
2.维生素的提纯和精制 随着生活水平的提高, 人们对保健食品的需求越来越大。天然维生素E 的原料可以用富含维生素E 的植物油( 如豆油、小麦胚芽油、菜油等) 或其脱臭馏出物及皂脚等。如果以植物油为原料, 则成本较高、得率较低; 若用脱臭馏出物及皂脚作原料,则成本较低, 但因脱臭馏出物及皂脚的液体混合物组分复杂, 难以提纯, 技术难度较大。由于维生素E 的分子量较大, 沸点较高、热敏性差, 易氧化, 若采用普通蒸馏, 产品质量难以进入国际市场参与竞争。因此天然维生素E 的浓缩精制采用分子蒸馏的工艺较好。   
3.天然色素的提取 天然食用色素以其安全、无毒和有营养的特点, 越来越受到人们的青睐。现代科学研究表明,类胡萝卜素等天然食用色素是人们必需的维生素来源, 具有抗菌和防治疾病的作用。传统提取类胡萝卜素的方法有皂化萃取、吸附和酯基转移法, 但由于有剩余溶剂的存在等问题影响了产品质量。采用分子蒸馏法提取得到的类胡萝卜素, 不含外来的有机溶剂, 而且产品的色价很高。   
4.胆固醇的脱除  胆固醇的含量是一个人是否患心血管疾病的标志。人体血液中含少量的胆固醇对人的健康非常重要, 它用于人体形成细胞膜、激素和其他一些人体必需的组织。胆固醇存在于猪油等动物脂肪当中, 而猪油等动物脂肪是人们的日常食物,如果摄入过多, 易导致人们患上疾病病。Lanzani等应用分子蒸馏技术, 不但成功地脱除了动物脂肪中的胆固醇, 使其达到食用标准, 而且没有破坏脂肪中对人体有益的三酸甘油酯等热敏性物质。   
(三)药学领域的应用   
1.对天然物中功能性脂肪酸的分离提纯 功能性脂肪酸是特指那些来源于人类膳食油脂, 为人体营养、健康所需要。如脂肪酸包括A- 亚麻酸、亚油酸、EPA、DHA 等。现已发现的人体一些相应缺乏症和内源性疾病, 特别是先进社会文明病如癌症、糖尿病等, 一类脂肪酸成分对其有积极防治作用。   
2.对油脂中脂溶性微量成分的富集与提纯  在某些天然产物中极富生物功效或药用价值的维生素、蛋白质等, 这些物质往往含量微小, 一般随着油脂被提出。这类物质具有较高价值, 但是因为其含量微小、耐热性差的特点, 常规方法往往无法有效提取。近年来采用分子蒸馏技术对高附加值的以天然维生素E 为代表的脂溶性微量成分进行富集甚至工业化尝试, 已获得较好效果。   
3.对挥发油成分的分离提纯 挥发油(volatile oils) 又称精油( essential oils) , 是一类具有芳香气味的油状液体的总称。该类成分在植物界的分布很广, 主要存在种子植物, 尤其是芳香植物中。挥发油多具有祛痰、止咳、平喘、祛风、健胃、解热、镇痛、抗菌消炎作用, 因此被广阔应用于医药领域。挥发油的常规提取分离方法往往具有产物纯度低、易氧化、易热解, 且带入有机溶剂, 整体提取分离效率低下等缺点。分子蒸馏技术具有受热时间短、分离程度高、无需添加溶剂、不可逆等优点, 故采用该技术提取挥发油成分, 将较好的解决常规方法的不足。

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