浅谈分子蒸馏技术
摘要：分子蒸馏技术是进几十年来发展起来的一种先进的液液分离技术。介绍分子蒸馏技术的基本原理、分离过程、特点、设备及工业应用。简述分子蒸馏技术的研究方向。
关键词：分子蒸馏原理；分子蒸馏特点：蒸馏设备；工业应用
中图分类号：TQ0
文献标识码：A
文章编号：1671－7597(2010)0710043－01
0 引言
分子蒸馏技术最早可以追溯到第二次世界大战以前，伴随真空技术和真空蒸馏技术发展起来的液相分离技术。早在1920年，最早的发明人之一Hickmarz博士利用分子蒸馏设备做过大量的小试实验，并发展到中试规模。第二次世界大战以后，Kawala和Stephan实验发现，在原有设备和温和操作条件下，适当增大蒸发面和冷凝面之间的距离，对分子蒸馏蒸发速率和分离效率影响不大，而处理量大大增加，因此他们提出“分子蒸馏”又称为“短程蒸馏”。20世纪60年代初，分子蒸馏技术得到了迅速的发展，广泛应用于与人民生活息息相关的日用化工行业。20世纪90年代以来，随着人们对天然物质的青睐以及垒球回归自然潮流的兴起，特别是中药现代化、国际化进程的迫近，分子蒸馏技术在高沸点、热敏性天然物质的分离方面得到了前所未有的发展。目前，分子蒸馏技术已发展为国内外正在进行工业化开发应用的高新液一液分离技术。
1 分子蒸馏的基本原理
分子蒸馏的原理是依靠不同物质分子逸出后的运动平均自由程的差来实现物质的分离。轻组分分子的平均自由程大，重组分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的液面，从而使混合物分离。以下是分子蒸馏原理示意图，其蒸馏过程分为以下五个步骤：
1)物料在加热面上的液膜形成：通过机械方式在蒸馏器加热面上产生快速移动、厚度均匀的薄膜。2)分子在液膜表面上的自由蒸发：分子在高真空远低于沸点的温度下进行蒸发。3)分子从加热面向冷凝面的运动：只要短程蒸馏器保证足够高的真空度，使蒸发分子的平均自由程大于或等于加热面和冷凝面之间的距离，则分子向冷凝面的运动和蒸发过程就可以迅速进行。4)分子在冷凝面上的捕获：只要加热面和冷凝面之间达到足够的温度差。冷凝面的形状合理且光滑，轻组分就会在冷凝面上进行冷凝，该过程可以在瞬间完成。5)馏出物和残留物的收集：由于重力作用，馏出物在冷凝器底部收集。没有蒸发的重组分和返回到加热面上的极少轻组分残留物由于重力和离心力作用，滑落到加热器底部或转盘外缘。
2 分子蒸馏技术的特点
与普通蒸馏相比，短程蒸馏具有以下特点：1)普通蒸馏是在沸点温度下进行分离，而分子蒸馏只要冷热两面之间达到足够的温度差，就可在任何温度下进行分离。2)普通蒸馏的蒸发和冷凝是可逆过程，液相和气相之间达到了动态平衡；分子蒸馏中，从加热面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，理论上没有返回到加热面的可能性，所以分子蒸馏是不可逆过程。3)普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象：而分子蒸馏是在液膜表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象，即分子蒸馏是不沸腾下的蒸发过程。4)普通蒸馏分离能力只与组分的蒸气压之比有关；而分子蒸馏的分离能力与相对分子量也有关。5)分子蒸馏蒸发过程中，物料受热时间短，冷凝迅速，对易挥发、热敏性物质的保存率高，从而避免了因受热时间长而造成某些组分分解或聚合的可能。6)操作温度与普通蒸馏相比较低。7)无毒、无害、无污染、无残留，可得到纯净安全的产物。8)操作工艺简单，设备少。
3 分子蒸馏技术的工业应用
分子蒸馏技术是一种比较温和、能最大限度保持物质本来属性的分离手段，特别适用于高沸点和热敏性及易氧化物料的分离。目前。已被广泛应用于各行各业。主要应用领域如下：1)石油化工：用于碳氢化合物的分离，炼油渣油及其类似物质的分离，表面活性剂的提纯及化工中间体的精制等，如高碳醇及烷基多苷、乙烯基吡咯烷酮等的纯化，羊毛酸酯、羊毛醇酯等的制取。2)塑料工业：用于增塑剂的提纯，高分子物质的脱臭，树脂类物质的精致等。3)食品工业：用于分离混合油脂，可获纯度达g096以上的单甘油酯，如硬脂酸单甘油酯、月桂酸单甘油酯、丙二醇甘油脂等；提取脂肪酸及其衍生物，生产二聚脂肪酸等：从动植物中提取天然物质，如鱼油、米糠油、小麦胚芽油等。4)医药工业：适用于提取合成及天然维生素A、E，制取氨基酸及葡萄糖衍生物等。5)香料工业：适用于处理天然精油，脱臭、脱色、提高纯度，使天然香料的品位大大提高。如桂皮油、玫瑰油、香根油、香茅油、山苍子油等。
4 结语
近年来，我国分子蒸馏技术理论虽然趋于完善。但还存在很多不足之处。例如实际分子蒸馏过程中，由于液相存在着质量和热量传递阻力、蒸发空间气体分子之间存在相互碰撞以及冷凝表面存在分子的再蒸发等影响因素，使得实际分子蒸馏速率要小于以液膜主体温度和浓度为基准计算的理论分子蒸发速率，而且实际分离因数也与理论分离因数有差别。因此，我国应当加强对影响分子蒸馏速率和分离因数的各种因素的研究，通过创新解决各种蒸馏技术问题，提高国际竞争力。