中物料是在远低于自身沸点的温度下被分离的,因此分子蒸馏具有操作温度低和操作压强低的特点;其蒸馏温度可以比普通蒸馏低60~100℃以上,而真空度也可以达到10-1~10Pa数量级。同时,由于分子蒸馏是基于分子运动平均自由程的不同来实现分离的,蒸发面和冷凝面的间距通常很短(10-2~10-1m),加热面液膜很薄,因此物料受热时间很短,一般仅为几s到10几s。另外由分子蒸馏的相对挥发度公式αr=α×(Mb/Ma)1/2可知采用分子蒸馏时的相对挥发度比普通蒸馏大(Mb/Ma)1/2倍,很多挥发度相近但相对分子质量不同的物系可以采用分子蒸馏进行分离。 2 分子蒸馏的应用
分子蒸馏作为一种温和、高效、清洁的分离技术,受到国内外科研工作者的青睐;其研究已经渗透到诸如天然产物、塑料、化妆品和油脂工业等众多分支中,以下简单介绍近年来分子蒸馏在这些领域的应用进展。
2.1 分子蒸馏在塑料和石油化工中的应用
2,5-二异氰甲基-1,4-二噻烷是一种用于制造高折光率塑料镜片的物质,通过2,5-二甲氨基-1,4-二噻烷和光气的化学反应制得;Sugimoto Yoshiaki等采用二级分子蒸馏装臵对上述产物进行提纯,蒸馏温度均为130℃,压强分别为30~40Pa和5Pa
,产物收率达到66%,纯度高达99.6%。
InadaShuji等将废弃的聚酯类产品(如废瓶等)中的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)在乙二醇中解聚,并采用分子蒸馏法对其进行提纯,去除二乙二醇和低聚物等杂质,回收得到的双-2-羟乙基对苯二甲酸乙二酯(BHET)是合成聚酯树脂的重要中间体,有较好的工业应用前景。
Takatsu
Haruyoshi等用有机溶剂回收废弃显示器板中的液晶并用分子蒸馏和吸附法对回收物进行分离提纯,回收得到的液晶各项技术指标均与原产品相近。
另外Sbaite
P.等还将分子蒸馏作为理论研究的手段应用于石油工业中,对描述减压蒸馏釜底重油残压的真沸点曲线进行了扩展,并获得了较高的精度。
2.2 分子蒸馏在化妆品工业中的应用
生产化妆品的原料是具有高附加值的产品,采用分子蒸馏对其进行提纯在经济上十分可行。白芒花油是深受喜爱的润肤成分,Isbell
TerryA.等应用多级分子蒸馏装臵从白芒花油混和物中提取活性的二聚体成分,得到了高纯度、低色度的产品。关于这方面中试规模的工艺研究也有报道,Cermark Steven C.等将分子蒸馏提纯白芒花油的工艺研究扩大到100L规模,对各项工艺参数均进行了考察,为工业大生产提供参考。
2.3 分子蒸馏在食品工业中的应用
(1)甘油酯的生产
甘油酯类产品主要用做食品乳化剂和饮料添加剂等,分子蒸馏技术在这个领域应用比较广泛,如Yamauehi
Yoshie等采用分子蒸馏技术对共轭脂肪酸聚甘油酯的提纯;Yamaguchi Takashi等采用酶催化的酯交换反应和分子蒸馏生产高密度甘油三酯;Kaplon
Jacek等对单甘酯分子蒸馏生产工艺的优化研究等。随着分子蒸馏成本的下降,在甘油酯生产中的应用还会有很大的发展空间。
(2)鱼油多不饱和脂肪酸的提取
二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)是主要源于深海鱼油的ω-3型多不饱和脂肪酸,对人体健康有益,受到全世界人们的普遍青睐,EPA和DHA的提取技术也是众多研究人员关注的热点。普遍采用的尿素包合法有很多缺点,如:工
艺复杂、成本高、产率低、产品过氧化值高、有害杂质多等,难以满足各方面需求。冯武文等通过多年的实验室研究和工业化探索,实现了分子蒸馏技术提取EPA和DHA的工业化生产,填补了国内空白,同时取得了较大经济效益。关于这方面的应用已经趋于成熟,不再赘述。
(3)共轭亚油酸的生产
共轭亚油酸的生产一般首先从富含亚油酸的植物油中提取高纯度的亚油酸,经共轭化反应和分离纯化得到共轭亚油酸,在分离纯化这一步分子蒸馏法优势明显。NagaoToshihiro等采用分子蒸馏法提纯共轭亚油酸,得到的碳9、11双键产物和碳10、12双键产物的纯度分别高达93.1%和95.3%。另外,王宝刚也对分子蒸馏浓缩提纯共轭亚油酸的工艺进行了研究,并介绍了该工艺中设备的特点。
2.4 分子蒸馏在医药领域中的应用
(1)中草药有效成分的提取分离
中药现代化面临的瓶颈问题之一在于有效成分的分离提纯,而中药有效成分中常常含有高沸点、热敏性、易分解的物质,分子蒸馏正适合于对这类物质的分离提纯。
王鹏等人采用超临界CO2萃取和分子蒸馏联用的技术对连翘挥发油进行提取和分离。结论是采用分子蒸馏法可以在较温和的条件下将连翘挥发油主要有效成分萜品醇-4和α-萜品醇进行分离,而超临界CO2萃取和分子蒸馏联用的技术也为中药有效成分的提取分离提供了一条可行的路线。古维新等利用超临界CO2萃取-分子蒸馏技术对独活化学成分进行了分离提纯的研究。结果表明,超临界萃取产物经过分子蒸馏分离后,化学成分明显减少,分子蒸馏产物中药用有效成分的相对含量也明显提高。
周本杰等采用分子蒸馏技术对川芎的超临界萃取产物进行了提取和
分离研究。与川芎的超临界萃取物相比,经分子蒸馏得到的川芎挥发油的化学成分明显减少,挥发油中的主要成分2,3-丁二醇、α-蒎酸、桧烯等含量明显提高。
(2)制药中间体的分离提纯
这方面的研究是近年来关于分子蒸馏应用的新的尝试,开辟了将该项技术用于西药关键生产环节的探索。
天津大学许松林等采用分子蒸馏法分离合成抗组胺药的重要中间体对乙酰氨基苯乙酸乙酯,以改变对位和间位同分异构体产物的比例,为后续的结晶除杂奠定基础。通过4级分子蒸馏操作,使间位和对位产物的质量比由0.948降到0.405,达到了结晶分离技术对同分异构体两组分相对含量的要求。
应安国等应用刮膜式分子蒸馏装臵对帕罗西汀的提纯进行了研究,得到提纯帕罗西汀的最适宜工艺条件。通过初步估计,以年产1000kg帕罗西汀计算,可产生利润约7000万元,体现了分子蒸馏技术在高附加值产品中的应用价值。
(3)天然维生素E的提取
维生素E又称生育酚,绿色化学的兴起,使天然维E的需求量不断增加,工业上普遍采用从油脂真空脱臭的馏出物中提取,但是溶剂萃取法收率和产品纯度较低,超临界萃取一次性投资太大,化学处理法又存在有机物