❶ 分子蒸餾的過程
短程蒸餾器還適合於進行分子蒸餾。分子流從加熱面直接到冷凝器表面。分內子蒸餾過程容可發如下四步: 只要保證冷熱兩面間有足夠的溫度差(一般為70~100℃),冷凝表面的形式合理且光滑則認為冷凝步驟可以在瞬間完成,所以選擇合理冷凝器的形式相當重要。
❷ 分子蒸餾設備的基本簡介
分子蒸餾亦稱短程蒸餾,它是一項較新的尚未廣泛應用於工業化生產的液回-液分離技術,其應用能解決答大量常規蒸餾技術所不能解決的問題。
一套完整的分子蒸餾設備主要包括:分子蒸發器、脫氣系統、進料系統、加熱系統、冷卻真空系統和控制系統。分子蒸餾裝置的核心部分是分子蒸發器,其種類主要有3種:(1)降膜式:為早期形式,結構簡單,但由於液膜厚,效率差,當今世界各國很少採用;(2)刮膜式:形成的液膜薄,分離效率高,但較降膜式結構復雜;(3)離心式:離心力成膜,膜薄,蒸發效率高,但結構復雜,真空密封較難,設備的製造成本高。為提高分離效率,往往需要採用多級串聯使用而實現不同物質的多級分離。
❸ 分子蒸餾技術及其在中葯生產中的應用
分子蒸餾技術,作為對高沸點、熱敏性物料進行有效分離的手段,自上世紀30年代出現以來,得到了世界各國的重視。至上世紀60年代,為適應濃縮魚肝油中維生素A的需要,分子蒸餾技術得到了規模化的工業應用。當時,日、英、美、德、俄羅斯相繼設計製造了多套蒸餾裝置,用於濃縮天然維生素A,但由於各種原因,應用面太窄,導致發展速度緩慢。此後,隨著人們對項新的液-液分離技術的逐漸重視,對分離裝置不斷改進、完善,不斷探索、擴展新的應用領域,特別是自上世紀80年代末以來,隨著人們對天然物質的青睞,回歸自然潮流的興起,推動了分子蒸餾技術的迅猛發展。
一、原理
傳統意義上的蒸餾是將液體加熱後,根據其中不同成分的沸點不同,來進行分離提純的一種技術。但分子蒸餾的原理與此完全不同,它的核心概念是分子運動自由程,因此在遠低於液體沸點的情況下即可進行,更適用於高沸點和熱敏性物質的分離。
那麼什麼是分子運動自由程呢?在這里,我們首先需要了解幾概念。
1.分子碰撞:眾所周知,分子與分子之間存在著相互作用力。當兩個分子離得較遠時,分子之間的作用力表現為吸引力;但當兩分子接近到一定程度後,分子之間的作用力就會變為排斥力,且這種排斥力隨其接近程度的增加而迅速增加。當兩分子接近到一定程度,排斥力的作用就會使兩分子分開,這種由接近而至排拍態蔽斥分離的過程就是分子的碰撞過程。
2.氣體分子運動自由程:由於分子間作用力的存在,因此分子總是處於不停的運動變化中,從排斥到吸引,甚至碰撞,它們之間的距離也在不停地變化著。而所謂的氣體分子平均自由程,就是指氣體分子在兩次連續碰撞之間所走路程的平均值。襲州
弄清了這兩個概念,什麼是分子蒸餾這個問題就可以迎刃而解了。分子蒸餾就是在高真空狀態下,使蒸發面(加熱面)和冷凝面的間距小於或等於輕組分物料的蒸氣分子的平均自由程,即使蒸發面逸閉消出的分子可以毫無阻礙地奔射並凝集到冷凝面上。
具體一點講,根據分子運動理論,液體混合物的分子受熱後運動會加劇,當分子獲得足夠能量時,就會從液面逸出而成為氣相分子。隨著液面上方氣相分子的增加,有一部分氣體就會返回液體。在外界條件保持恆定的情況下,最終會達到分子運動的動態平衡,從宏觀上看,液體系統達到了平衡。
在一定溫度下,壓力越低,氣體分子的平均自由程越大。但由於不同分子的分子量不同,導致輕分子的平均自由程大,重分子的平均自由程小。此時若在離液面小於輕分子的平均自由程而大於重分子的平均自由程處設置一捕集器,使得輕分子不斷被捕集,從而破壞了輕分子的動態平衡而使混合液中的輕分子不斷逸出,而重分子因達不到捕集器很快趨於動態平衡,不再從混合液中逸出,這樣,便達到了混合物分離的目的。
分子蒸餾裝置就是通過降低蒸發空間的壓力(10-2~10-4mmHg),使冷凝表面靠近蒸發表面,當其間的垂直距離小於輕氣體分子的平均自由程而大於重分子的平均自由程時,從蒸發表面氣化的輕氣體分子,就可以不與其他分子碰撞,直接到達冷凝表面而冷凝。
下面是分子蒸餾的四個步驟。
1.分子從液相主體向蒸發面擴散;
2.分子從蒸發面(加熱面)上自由蒸發;
3.分子從蒸發面向冷凝面飛射,在飛射過程中,可能與殘存的空氣分子碰撞,也可能相互碰撞。但只要有合適的真空度,使蒸發分子的平均自由程大於或等於兩面(蒸發面與冷凝面)之間的距離即可,過高提高真空度毫無意義;
4.分子在冷凝面上冷凝,冷凝面形狀合理且光滑,從而完成對該物質分子的分離提取。
二、分子蒸餾的特點
1.分子蒸餾的操作溫度遠低於物料的沸點:分子蒸餾過程中,混合物的分離是由於不同種類的分子逸出液面的平均自由程不同來實現的,並不需要沸騰,所以分子蒸餾是在遠低於沸點的溫度下進行操作的。這點與常規蒸餾有本質的區別。
2.蒸餾壓強低:分子蒸餾能在很低的壓強下進行操作,一般為10-1Pa數量級。
3.受熱時間短:分子蒸餾裝置要求受加熱的液面與冷凝面間的距離小於或等於輕分子的平均自由程,使由液面逸出的輕分子,幾乎未經碰撞就到達冷凝面,所以受熱時間很短。與真空蒸餾相比,在真空蒸餾條件下需受熱1小時分離的物質,分子蒸餾僅需十幾秒。
三、分子蒸餾在中葯提取過程中的優勢
1.由於分子蒸餾真空度高,操作溫度低和受熱時間短,能較好地保護中葯有效成分,尤其對於高沸點和熱敏性及易氧化物料的分離,有常規方法不可比擬的優點。
2.能效地去除液體中的低分子物質,如:有機溶劑、臭味等,並有利於脫色,因此能有效改善中葯成品的色澤,保持終產品的純天然、無污染。
3. 分離能力強,可分離出常規蒸餾不易分開的物質,且分離後有效成分高度富集,可提高葯物質量。
分子蒸餾技術已被列入《當前國家重點鼓勵發展的產業、產品和技術目錄(2000年修訂)》,並在現代中葯產業中得到了逐步的推廣和應用,且與超臨界流體萃取技術相提並論。
❹ 分子蒸餾的設備發展
1. 北京新特科技發展公司分子蒸餾設備,北京新特科技發展公司是由北京化工大學創辦的全資高科技公司,成立十幾年來,所開發的分子蒸餾(短程蒸餾)技術及工業化裝置得到了迅猛發展,該項目於1998年獲國家石化局(原化工部)科技進步一等獎,同年被國家科技部列為全國重點推廣項目,另外完成「863」國家項目一項,並獲得2001年度國家科技進步二等獎。被專家們譽為「國內領先、國際先進,是產、學、研相結合的典範」。
2. 美國POPE科學公司成立於1963年,(前身是AUTHOR SMITH公司,世界最早的從事分子蒸餾技術開發和設備製造的先驅)。是專業從事蒸餾、精餾設備的製造廠家,產品涵蓋實驗室、中試和工業生產用設備。Pope採用的刮板式工藝(Wiped-Film Style)的特點是:短暫的進料液體滯留時間、憑借高真空性能的充分降溫、最佳的混合效率,以及最佳的物質和熱傳導。這種高效的熱分離技術的結果是:最小的產品降解和最高的產品質量。物料暴露給加熱壁的時間非常短(僅幾秒鍾),這部分歸因於帶縫隙的刮板設計,它迫使進料液體向下運動,並且滯留時間、薄膜厚度和流動特性都受到嚴格控制。
3. 德國NGW公司分子蒸餾設備,又稱短程蒸餾,英文名稱為:short-path evaporator,其操作壓力范圍為:0.001-1000mbar。採用兩級回收瓶,真空的密封性能更好。在蒸餾的同時,重相和輕相組份均能連續取樣進行檢測,取樣次數可以達到10次以上。在0.001mar的真空條件下進行的薄膜蒸發過程稱為短程蒸發過程,蒸發器中部保證集成冷凝器,在小於或等於0.001mbar的真空條件下進行的薄膜蒸發過程統稱為分子蒸餾.分子蒸餾能達到0.001mbar的超低真空度,這是因為蒸發面和冷凝面的距離小於或等於被分離物料的分子平均自由程,而這是傳統類型的蒸餾無法達到的。
4. 德國威帝恩公司為真空蒸餾設備的專業生產廠家,提供刮膜蒸發和短程/分子蒸餾設備。產品從小試,中試,到大型生產設備。世界上最大的短程蒸餾設備即為VTA提供。這些設備專門用於熱敏物質和高沸點物質的蒸餾分離和提純,短程蒸餾真空度可達0.001毫巴,使物質的沸點降低,蒸餾的持續時間縮短,避免對蒸餾產品的破壞。
5.德國UIC公司成立於1950年,UIC公司專攻於蒸餾設備的設計和交鑰匙工程,為客戶的各種需求提供最佳解決方案,並且有世界上最小的實驗研究用的短程蒸餾設備。採用上部進料,物料從進料管進入後加到物料分配盤上,物料盤旋轉離心分配物料到蒸發器四周側壁,不會出現結焦現象。全加熱型蒸發器為模塊化設計,具有三個獨立的加熱區域(蒸發區域、重組分出料區域、餾分出料區域和內置冷凝器)以保證物料在整個蒸餾過程中具有良好的流動性。UIC設備具有一次離心成膜+ 一次機械成膜,膜更均勻,真空度可達0.001毫巴。
❺ 分子蒸餾的工作原理
分子蒸餾是一種特殊的液--液分離技術,它不同於傳統蒸餾依靠沸點差分離原理,而是靠不同物質分子運動平均自由程的差別實現分離。
當液體混合物沿加熱板流動並被加熱,輕、重分子會逸出液面而進入氣相,由於輕、重分子的自由程不同,因此,不同物質的分子從液面逸出後移動距離不同,若能恰當地設置一塊冷凝板,則輕分子達到冷凝板被冷凝排出,而重分子達不到冷凝板沿混合液排出。這樣,達到物質分離的目的。在沸騰的薄膜和冷凝面之間的壓差是蒸汽流向的驅動力,對於微小的壓力降就會引起蒸汽的流動。在1mbar下運行要求在沸騰面和冷凝面之間非常短的距離,基於這個原理製作的蒸餾器稱為短程蒸餾器。短程蒸餾器(分子蒸餾)有一個內置冷凝器在加熱面的對面,並使操作壓力降到0.001mbar。
短程蒸餾器是一個工作在1~0.001mbar壓力下熱分離技術過程,它較低的沸騰溫度,非常適合熱敏性、高沸點物。其基本構成:帶有加熱夾套的圓柱型筒體,轉子和內置冷凝器;在轉子的固定架上精確裝有刮膜器和防飛濺裝置。內置冷凝器位於蒸發器的中心,轉子在圓柱型筒體和冷凝器之間旋轉。
短程蒸餾器由外加熱的垂直圓筒體、位於它的中心冷凝器及在蒸餾器和冷凝器之間旋轉的刮膜器組成。
蒸餾過程是:物料從蒸發器的頂部加入,經轉子上的料液分布器將其連續均勻地分布在加熱面上,隨即刮膜器將料液刮成一層極薄、呈湍流狀的液膜,並以螺旋狀向下推進。在此過程中,從加熱面上逸出的輕分子,經過短的路線和幾乎未經碰撞就到內置冷凝器上冷凝成液,並沿冷凝器管流下,通過位於蒸發器底部的出料管排出;殘液即重分子在加熱區下的圓形通道中收集,再通過側面的出料管中流出。