|
摘要：介绍了分子蒸馏技术与传统蒸馏技术的区别，并阐述了该项技术的应用特点，特别运用实例说明了其在精细化工中的应用。还介绍了我国该项技术的发展状况。
关键词：分子蒸馏 二聚酸 异氰酸酯预聚体 辣椒红色素 鱼油 润滑油
近年来，精细化学品的生产得到了迅速发展，这是由于精细化学品是化学工业中更新速度最快、用途极广、附加值最高的产品领域之一。同时，它也是技术难度大、开发费用高、产品要求纯的工业领域。因此，世界各国对精细化学品的开发和应用出现前所未有的竞争局面。
精细化学品生产中，无论是化学合成品还是天然提取品，分离技术是其关键技术之一。目前，分离技术中有化学分离（萃取）法与物理分离法之分，分子蒸馏技术是一种新型的物理法分离技术,它不仅避免了化学法的污染，而且克服了传统蒸馏技术的缺点，是精细化学品分离和提纯的理想方法。
一、分子蒸馏技术与传统蒸馏技术的区别
传统蒸馏是基于不同物质的沸点差进行分离的，因此在沸点温度下易氧化、分解或聚合的某些物质难以分离。
分子蒸馏的分离作用则是利用液体分子受热时会从液面逸出，不同种类分子逸出后的运动平均自由程不同而实现物质的分离。
分子蒸馏原理如图所示:
混合液沿加热板向下流动，被加热后，轻、重分子均向气相逸出，由于轻、重分子自由程不同，轻分子自由程大，可达到冷凝板，冷凝后沿冷凝板向下流动，重分子自由程小，达不到冷凝面而在气相中饱和，并返回液相，沿加热板向下流动，从而形成轻、重分子的分流与分离。
分子蒸馏具有操作真空度高、加热温度低、受热时间短、分离程度高等特点，因此，特别适宜于高沸点、热敏性及易氧化物质的分离。
分子蒸馏与传统蒸馏的不同可由下表看出:
由上述对比看出，分子蒸馏较传统蒸馏具有明显的技术及经济优势：
1、 产品质量高。由于分子蒸馏操作温度低、受热时间短，可以获得纯度高而且原有品质保持好的产品，对于天然物质尤其重要。
2、 产品成本低。由于分子蒸馏的分离效率高、产品得率高，从而可大大降低生产成本。
二、分子蒸馏技术的应用特点
由分子蒸馏的原理及特点可知，分子蒸馏技术具有独特的、多方面的优越性：
1、可有效地脱除热敏性物质中轻分子物质
（1）产品物质的脱臭
例1、姜油的脱臭
（2）产品物质的脱溶
例2、辣椒红色素脱溶
（3）产品物质中脱单体
例3、酚醛树脂中单体酚的脱除
2、脱除产品中重物质及颜色
精细化学品中常常有一些重分子物质、甚至金属离子等难以分离，分子蒸馏为此提供了有效方法。
例4、乳酸精制
其它如芥酸、亚油酸、亚麻酸、二聚酸、芥酸酰胺、硬脂酸单甘酯、高碳醇的精制及脱色，也需要采用分子蒸馏技术。
3、降低热敏性物质热损伤
例5、鱼油乙酯脱色及浓缩
与传统的釜式蒸馏比较，可明显看出分子蒸馏技术的优势：
不仅产品得率高，而且产品品质好，绝大多数的天然或合成香精香料都属于热敏性物质，均适合采用分子蒸馏技术提纯。
4、改进传统工艺，进行清洁生产
例6、鱼油甘三酯精制
省去了传统工艺中碱炼法脱酸，不但避免了皂化液对环境的污染，变废为宝，而且提高了主产品质量。其它类似产品有小麦胚芽油、米糠油、椰子油、大豆油脱酸等。
例7、废润滑油回收
传统工艺除去重杂质的方法为硫酸法，该方法对环境污染很大，发达国家均已经禁止，而采用分子蒸馏技术则可防止污染，变废为宝。
5、优化产品的合成工艺，提高产品的质量。
例8、烷基多苷精制
烷基多苷合成工艺中，脂肪醇过量有利于合成反应，但又直接影响产品纯度，采用分子蒸馏可有效脱醇，使合成工艺中脂肪醇的使用可根据工艺需要而定，提高了产品收率和质量。
三、分子蒸馏在精细化工中的应用
随着科学的发展，精细化学品种类越来越多，产品分类越来越细，产品纯度要求越来越高。分子蒸馏技术起到了十分重要的作用。
工业实践证明，分子蒸馏除了可代替传统蒸馏技术应用于某些产品之外，它还解决了传统蒸馏无法解决的一系列产品的纯化问题。
下面列出分子蒸馏技术可应用的部分精细化工领域及产品。
1、医药：氨基酸酯、葡萄糖衍生物、茄尼醇、萜烯酯，合成及天然维生素(维生素A、维生素E、β胡萝卜素)等；
2、农药：氯菊酯、增效醚、氧乐果等；
3、涂料：异氰酸酯预聚物、二聚酸；
4、食品添加剂及饲料添加剂：脂肪酸及其衍生物、精制鱼油、米糠油、硬脂酸单甘酯、乳酸、丙二醇酯、共轭亚油酸、α-亚麻酸、植物蜡、各类香精、香料等；
5、日用化工及化妆品：各类油脂、羊毛酸、羊毛醇、天然植物提取物、蛋白质水解物、防腐剂等；
6、塑料助剂：环氧树脂、酚醛树脂、异氰酸酯、增塑剂、丙烯酸酯、聚醚、氧化烯烃等；
7、表面活性剂：烷基多苷、芥酸酰胺、油酸酰胺等；
8、矿物油：合成润滑油及润滑剂、石蜡油、焦油、沥青、废润滑油回收等。
实例1、高纯二聚酸制取
高纯二聚酸的生产，其关键在于后提纯工艺。目前，许多工厂二聚酸的纯化采用真空蒸馏法，生产中存在蒸馏温度高、受热时间长、分离效率低等缺点，所得产品色泽差、纯度低、单酸含量高，产品纯度仅达70～75%。
北京化工大学与国内某厂合作，建成了国内第一条生产线。
工艺流程如下：
与国外引进技术、产品质量对比
例2、在聚氨酯领域的应用
聚氨酯用途十分广泛。近年来，聚氨酯涂料作为高档涂料得到广泛的应用，但该种涂料中含有有毒溶剂，特别是异氰酸酯单体毒性极大。我国聚氨酯涂料使用的异氰酸酯通常是甲苯二异氰酸酯（TDI）。
异氰酸酯聚合物粗品中含单体5～10%，传统的处理方法是采用简单真空蒸馏处理，产品中单体的含量只能达到2～3%，若采用分子蒸馏，可将单体含量降至0.5%以下。
工艺流程如下：
北京化工大学与国内某厂合作，已成功建成工业化生产线，解决了该项技术中的一系列难题，生产出合格产品。
四、分子蒸馏技术国内外发现简况
上世纪的三十年代至六十年代，是分子蒸馏技术的研发时代，至六十年代末，德、日、英、美及前苏联均有多套大型工业化装置投入工业化应用。但由于相关技术的发展还很落后，致使当时分子蒸馏技术及装备在总体上还不够完善。例如，分子蒸馏蒸发器的分离效率还有待提高、密封及真空获得技术还有待改进、应用领域还有待拓展、分离成本还有待降低等。所有这些都是后来的研究者改进的方向。从上世纪六十年代至今的五十多年来，各国研究者均十分重视这一领域的研究，不断有新的专利和文献出现。同时，也出现了一些专业的技术公司专门从事分子蒸馏器的开发制造，使分子蒸馏技术的工业应用得到了进一步发展。
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。
我国对分子蒸馏技术的研究起步较晚，上世纪中期已有国内文献及专利报导。上世纪八十年代末引进国外生产线，对我国该项技术的工业化推广起到了促进作用。
近年来，我国许多高校及科研单位对分子蒸馏技术进行了广泛的研发。
北京化工大学从上世纪九十年代初开始对分子蒸馏技术进行研究，先后建立了实验研究基地、中试基地及工业化基地。其研究重点围绕三个方面：一是分子蒸馏机理研究；二是设备结构及装置系统性能研究；三是工业化应用研究。到目前为止，已开发新产品60余种，并已先后完成了利用分子蒸馏技术精制鱼油、天然维生素E、α—亚麻酸、共轭亚油酸、二聚脂肪酸、异氰酸酯加成物、辣椒红色素、角鲨烯等多个产品的工业化生产，建成了分子蒸馏生产装置近40套，遍及全国15个省市。所有生产的产品均为填补国内空白，许多产品达到国际先进甚至领先水平。
北京化工大学更具特色的研究，是将产品工艺要求与分子蒸馏装置结构设计密切结合，并根据几十套大型工业化装置的经验，建立了具有自主知识产权的工艺及装置设计软件包。目前，可以自行研制、开发、设计并制造各种规格的大型工业化装置。鉴于上述，北京化工大学“分子蒸馏技术及工业化应用”项目，1997年通过化工部鉴定;1998年获石化局（原）科技进步一等奖；同年被国家科技部列为“国家级科技成果重点推广计划”项目;2001年获国家科技进步二等奖，2003年获北京市金桥奖项目一等奖。
我国分子蒸馏技术已达到国际先进水平，在工业化应用方面特别是精细化学品产品中，已经得到了广泛的应用，相信该项技术会对精细化学品的发展起到更大的促进作用。
|
