分子蒸馏技术是一种高新分离技术,作为共性技术已广泛应用于工业、农业、水产业、国防等,近几十年来在国际上得到了十分迅速的发展。该项技术在工业化推广应用中已越来越多地涉及各个领域,分子蒸馏技术在动物化学品的方面也具有广阔的应用前景。
一、分子蒸馏技术原理及特点
分子蒸馏技术的原理不同于常规蒸馏,它突破了常规蒸馏依靠沸点差分离的原理,而是依靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现物质的分离,因此,它具有常规蒸馏不可比拟的优点,如蒸馏压强低、受热时间短、操作温度低和分离程度高等。
1、分子蒸馏基本原理
根据分子运动理论,液体混合物的分子受热后运动会加剧,当接受到足够能量时,就会从液面逸出成为气相分子。随着液面上方气相分子的增加,有一部分气体就会返回液体。在外界条件保持恒定情况下,最终会达到分子运动的动态平衡,从宏观上看,达到了平衡。
根据分子运动平均自由程公式知,不同种类的分子,由于其分子有效直径不同,故其平均自由程也不同,即不同种类分子,从统计学观点看,其逸出液面后不与其他分子碰撞的飞行距离是不同的。
分子蒸馏的分离作用就是依据液体分子受热会从液面逸出,而不同种类分子逸出后,在气相中其运动平均自由程不同这一性质来实现的。
2、分子蒸馏技术的特点
(1)分子蒸馏技术特点
①操作温度低
常规蒸馏是靠不同物质的沸点差进行分离,而分子蒸馏是靠不同物质的分子运动平均自由程的差别进行分离,也就是说后者在分离过程中,蒸汽分子一旦由液相中逸出(挥发),就可实现分离,而并非达到沸腾状态。因此,分子蒸馏是在远离沸点下进行操作的。
②蒸馏压强低
由分子运动平均自由程公式可知,要想获得足够大的平均自由程,必须通过降低蒸馏压强来获得。另外,由于分子蒸馏装置独特的结构形式,其内部压降极小,可获得很高的真空度。尽管常规真空蒸馏也可以采用较高的真空度,但由于其内部结构上的制约(特别是填料塔或板式塔),其阻力较分子蒸馏装置大得多,因而难以达到高的真空度。一般常规真空蒸馏其真空度仅达50mbar,而分子蒸馏真空度可达0.001~1mbar。
由上述两点可知,分子蒸馏是在极高真空度下操作,又远离物质的沸点,因此,分子蒸馏的实际操作温度比常规真空蒸馏低得多,一般可低50~100℃。
③受热时间短
鉴于分子蒸馏是基于不同物质分子运动平均自由程的差别而实现分离,因而装置中被加热面与冷凝面的间距要小于轻分子的运动平均自由程(即间距很小),这样,由液面逸出的轻分子几乎未发生碰撞即达到冷凝面,所以受热时间很短。另外,若采用较先进的分子蒸馏结构,使混合液的液面达薄膜状,这时,液面与加热面面积几乎相等,那么,物料在设备中的停留时间很短,因此,蒸余物料的受热时间也很短。假定真空蒸馏受热数十分钟,则分子蒸馏受热仅为几秒或几十秒。
④分离程度及产品收率高
分子蒸馏常常用来分离常规蒸馏难以分离的物质,然而就此两种方法均能分离的物质而言,分子蒸馏的分离程度更高。
二、分子蒸馏技术的工业化应用
分子蒸馏技术作为一种最温和的蒸馏分离手段,克服了常规蒸馏操作温度高、受热时间长的缺点,可解决常规蒸馏无法解决的难题,因此有广阔的应用前途,根据分子蒸馏的分离原理和技术特点,同时,通过大量的工业化应用实践,可以证明,分子蒸馏在工业化应用中具有独特的、多方面的优越性。
1、脱除热敏性物质中的轻分子组分
工业中许多产品气味不纯、溶剂大量残存、杂质(单体)清除不净,表现为在该类产品中有大量轻分子物质分离不彻底,这类问题可运用分子蒸馏技术来解决。
(1)产品的脱臭
产品中的臭馏分为轻组分,如香精香料脱臭、大蒜油脱臭、姜油脱臭、油脂的脱臭等。
【例1】姜油脱臭
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