1、 目錄摘 要1關鍵詞1Abstract.2Keywords.2緒 論31分子蒸餾的基本原理.32分子蒸流器43分子蒸餾步驟.54分子蒸餾的優點65分子蒸餾應用的研究進展.76結束語.8參考文獻.9 分子蒸餾技術及應用 應用化學專業 杜鵬濤摘要：分子蒸餾技術是一種在高真空度條件下進行的液一液分離的連續蒸餾過程，屬于高新物理分離技術。它突破了傳統一般蒸餾利用沸點差的原理，而依靠分子運動平均自由程的差別來實現物質的分離。我國許多高校和科研單位對分子蒸餾技術進行了廣泛的研究，我國分子蒸餾技術現已達到國際先進水平，工業上已得到廣泛的應用。關鍵詞：分子蒸餾 分離技術 應用Molecular distill

2、ation technology and its application Applied Chemistry Specialty Du PengtaoAbstract: molecular distillation technology is the continuous distillation separation process of a kind of high vacuum degree under the condition of the liquid, which belongs to the high physical separation technology. It bro

3、ke through the traditional distillation using the principle of boiling point difference, and rely on the mean free path of molecular motion differences to achieve material separation. Many of our universities and scientific research units for a wide range of research on molecular distillation techno

4、logy, molecular distillation technology in China has reached the international advanced level, have been widely used in industry.Keywords: molecular、distillation、technology、application 緒論 分子蒸餾技術是一種新型的物理法分離技術，是當今分離領域的高新技 術。分子蒸餾(molecular distillation)又叫短程蒸餾(short path distillation)，是一種非平衡蒸餾，它依據不同物質分子

5、運動平均自由程的差別在高真空(壓強一般小于5Pa)下實現物質間的分離。分子蒸餾過程中。待分離物質組分可在遠低于常壓沸點的溫度下揮發，并且各組分的受熱過程很短，因此成為目前分離目的產物最溫和的蒸餾方法，特別適合高沸點、粘度大、熱敏性的天然物料的分離。目前分子蒸餾技術已成功應用于食品、醫藥、化妝品、精細化工、香料工業等行業1。1. 分子蒸餾的基本原理常規蒸餾是建立在氣液相平衡的基礎上，根據蒸餾物質在氣一液相組成的不同進行分離，分離操作是在蒸餾物質的沸點溫度下進行的。分子蒸餾不同于常規蒸餾，它是運用不同物質分子運動平均自由程的差別而實現物質的分離。由分子的平均自由程公式為hm=vmf(hm：分子的平

6、均自由程；vm：某一分子的平均速度；f：碰撞頻率)可知，不同的分子由于其運動速度和有效分子直徑不同，它們的平均自由程是不相同的，輕分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，分子蒸餾的分離作用就是利用不同分子的平均自由程不同來實現的。分子蒸餾技術的核心是分子蒸餾裝置。液體混合物達到分離的目的。首先進行加熱，能量足夠的分子逸出液面，輕分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小。若在離液面小輕分子的平均自由程而大于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到達不了捕集器很快趨于動態平衡，不再從混合液逸出，這樣液體混合物便達到

7、了分離的目的。2. 分子蒸流器完整的分子蒸餾裝置主要由脫氣系統、真空系統、控制系統和蒸餾器(包括加熱器、冷凝器、捕集器等)組成。脫氣系統是將物料中所溶解的揮發性組分盡量排出，避免蒸餾過程中發生爆沸。真空系統是保證分子蒸餾過程能夠進行的前提2。 分子蒸餾器是實現分子蒸餾技術的關鍵，大體可分為簡單蒸餾型與精密蒸餾型，現今使用的裝置大多為簡單蒸餾型。根據分子蒸餾器的結構形式及操作特點，又可分為間歇式、降膜式、刮膜式和離心式分子蒸餾器。 間歇式分子蒸餾器(batch molecular stil1)：出現最早，結構最簡單，由蒸餾釜和內置冷凝器組成，類似于簡單蒸餾實驗裝置。其特點是有一個靜止物料輸入系統

8、不動的水平蒸發表面，按其形狀不同，可分為釜式、盤式等。物料在分子蒸餾過程中靜止不動，停留時間較長（幾分鐘），分離效果差，熱分解危險性大，生產能力低，一般只適用于實驗室及小批量生產，工業生產已不采用。 降膜式分子蒸餾器(falling-film molecular stil1)：主要由圓柱形的蒸發器和同軸的冷凝器組成，蒸發面位于中央，冷凝面位于外周且相距很近。物料從頂部進入，靠重力作用在蒸發表面流動形成一層薄膜，液膜在流動過程中被蒸發，逸出的分子被冷凝器表面冷凝。與間歇式分子蒸餾器相比，蒸發表面所形成的液膜厚度小，停留時間短(數10秒)，熱分解幾率降低，并且蒸餾過程可以連續進行，生產能力有很大的

9、提高。但液體在向下流動時常發生翻滾現象，不能保證蒸發表面都形成均勻薄膜，容易形成過熱點使熱敏性組分分解，降低了分離效率。雖然在實驗室及工業生產中有一定應用，但生產規模非常有限。 刮膜式分子蒸餾器(wiped-film molecular stil1)：是在降膜分子蒸餾裝置內設置一個轉動的刮膜器，刮膜器結構有刷膜式、刮板式、滑動式和滾筒式等多種形式。物料在從頂部進入時，借助刮膜器的機械作用，使物料在蒸發表面形成厚度均勻、連續更新的液膜，液膜呈湍流流動，既強化了物料的傳熱和傳質過程，又可避免局部過熱。同降膜式分子蒸餾器相比，物料停留時間更短，液膜厚度更薄且均勻，熱分解可能性更小。可是液體分配裝置還

10、是難以保證所有的蒸發表面都被液膜均勻覆蓋，過程中產生的霧沫也常濺到冷凝面上。但由于該裝置結構相對簡單，價格相對低廉，操作參數容易控制，維修也較方便，故是實驗室及工業生產中應用較為廣泛的一種分子蒸餾設備。 離心式分子蒸餾器(centrifugal molecular stil1)：內部有一個高速旋轉的圓錐盤，物料被輸送到高速旋轉的轉盤中央，在離心力作用下，物料沿蒸發面自由向外移動并在旋轉面擴展形成均勻薄膜，同時液膜受熱蒸發并在對面的冷凝面上冷凝。與其它裝置相比，由于轉盤高速旋轉，可得到極薄且分布更均勻的連續液膜，停留時間更短(幾秒)，蒸餾過程中幾乎沒有壓力損失，很少有發泡的危險，處理量更大，分離

11、效果好，非常適用于熱敏性強及高粘度的物料分離，是目前工業上較為理想的分子蒸餾裝置。但是其結構復雜，轉盤的高速旋轉需要高真空密封技術，制造難度大，相對投資較大。隨著人們對分子蒸餾技術的深入研究，對分子蒸餾器進行了許多有效的改進，特別是針對不同的物料，其裝置結構與配套設備有不同的特點，相繼出現了多種不同類型的分子蒸餾器，如E型、V型、M 型、擦膜式和立式等。目前應用范圍最廣泛的還是刮膜式和離心式分子蒸餾器。不論采用上述何種分子蒸餾器，分子蒸餾過程一般可分為以下5個步驟：物料在加熱表面上形成連續液膜；液膜在加熱表面上的自由蒸發；蒸發逸出的分子向冷凝面運動；蒸發分子在冷凝面上冷凝；餾出物和殘留物的收集

12、3。3. 分子蒸餾的步驟 （1）物料在加熱表面上形成液膜：通過重力或機械力在蒸發面形成快速移動、厚度均勻的薄膜； （2）分子在液膜表面自由蒸發：分子在高真空和遠低于常壓沸點的溫度下進行蒸發； （3）分子從加熱面向冷凝面的運動：只要分子蒸餾器保證足夠高的真空度，使蒸發分子的平均自由程大于或等于加熱面和冷凝面之間的距離，則分子向冷凝面的運動和蒸發過程就可以迅速進行； （4）分子在冷凝面的捕獲：只要加熱面和冷凝面之間達到足夠的溫度差，冷凝面的形狀合理且光滑，輕組分就會在冷凝面上瞬間冷凝；餾出物和殘留物的收集：餾出物在冷凝器底部收集，殘留物在加熱器底部收集。沒有蒸發的重組分和返回到加熱面上的極少輕組分

13、殘留物由于重力或離心力作用，滑落到加熱器低部或轉盤外緣。 4.分子蒸餾的優點 （1）操作溫度低。常規蒸餾是靠不同物質的沸點差進行分離，因此料液必須加熱至沸騰；而分子蒸餾是靠不同物質分子運動自由程的差別進行分離，因此是在遠低于沸點條件下進行分離。故分子蒸餾可以處理高沸點、熱敏性物料，且可以分離常規蒸餾中難以分離的共沸混合物4。 （2）蒸餾壓力低：分子蒸餾由于其特殊的結構，系統內真空度較高，壓強只有0.5-lPa，而常規蒸餾盡管可提高真空度，但由于其結構上的制約(特別是板式塔或填料塔)，其阻力較分子蒸餾要大得多。因此，常規蒸餾真空度要比分子蒸餾小的多。分子蒸餾分離可有效避免易氧化物質的氧化分解。另

14、外，對于混合液中的低分子物質(如有機溶劑、臭味物等)的脫除，分子蒸餾要較常規蒸餾也有效得多。 （3）受熱時間短：分子蒸餾裝置加熱液面與冷凝面間的距離小于輕分子的平均自由程，受熱液體呈薄膜狀，一般為0.5 mm左右。而受熱面與冷凝面間距很小，比輕分子移動距離還要小。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，在蒸餾溫度下停留時間一般幾秒至幾十秒之間。由于分子蒸餾溫度低，受熱時間短，對物料的影響很小。因此，它特別適合對高沸點、熱敏性物料進行有效的分離。 （4）分離效率高：由分子蒸餾的原理知，輕分子繼續不斷逸出而重分子因達不到冷凝面，很快趨于動態平衡，分子蒸餾較常規蒸餾具有更高的揮發

15、度，加之真空度高、操作溫度低、受熱時間短，因此其分離效率遠比常規蒸餾高。5.分子蒸餾應用的研究進展5.1石油化工行業 分子蒸餾技術經過幾十年的發展，已經廣泛應用于化工、醫藥、輕工、食品、石油等領域中，如高黏度潤滑油的制取、廢機油的回收、環氧樹脂的生產、聚合物中的溶劑和單體的分離以及高碳醇的生產、油脂脫臭餾出物的回收和利用等過程。5.1 1粘度潤滑油的制造 硅氧烷類化合物是很好的潤滑油，常用于光盤的制造中，可提高光盤的光滑性，以及光盤在不同濕度和高溫下的穩定性，即延長了光盤的使用壽命。由于硅氧烷類化合物屬熱敏性物質且沸點均在200上，常規蒸餾的分離方法容易使其變性，而通過分子蒸餾不但可使潤滑油中

16、成色物質的含量大大減少，而且使蒸餾相同量的硅氧烷的時間減少了40%。5.1.2廢機油的回收 由于引擎內機油的不完全燃燒而產生的碳以膠體和粗糙粒子的形式存在，它的存在將大大損害廢油的重新精餾回收過程。傳統的回收方法采用在廢油中加入極性物質如表面活性劑、無機鹽、低濃度酒精等作為絮凝劑，然后過濾回收，這會造成二次污染；或是通過放電、超聲波等物理過程來回收，這幾種方法不但效率低且費用較高。利用分子蒸餾的方法不但機油的回收率達到了72，而且把廢油中的含灰量從0.83%降到0.00%，含碳量從2.30%降到0.6%的使用標準。5.1.3 環氧樹脂的生產 由于環氧樹脂的透光性能非常好，廣泛應用于光學、光電子

17、學、醫藥學和生物學，并可作為特殊涂料。生產環氧樹脂主要的方法有兩種：一種是用非常純的反應原料并且嚴格控制合成時的反應條件；另一種是在反應結束后對反應產物進行物理或化學處理。工業中常用的是對反應產物進行分離提純的方法。Spychaj 分別用分子蒸餾法和分離沉淀法對波蘭的兩種已經商業化的樹脂Epidian5和Epidian6進行了分離，結果顯示，用分子蒸餾法得到的環氧樹脂明顯好于用分離沉淀法得到的環氧樹脂，可完全用于光電子設備的生產5。5.1.4 在聚合物中的應用 在由單體合成聚合物的過程中總會殘留過量的單體組分，并會產生一些無用的小分子化合物，這些雜質嚴重影響著產品的質量。一般清除單體組分及小分

18、子聚物的方法是采用真空精餾，這種方法的操作溫度較高，高聚物容易歧化、縮合或分解。采用分子蒸餾技術可以在較低溫度下分離體或雜質，能極好地保護高聚物的品質。Harmsen等利用分子蒸餾技術完全地脫除了聚酯中的小分子聚合物，并且使產品中相對分子質量小于800的聚酯含量低于20% ，使其完全符合用作生產聚氯乙烯薄膜的添加劑6。5.1.5 高濃度單甘酯的制備甘油單酸酯是一種優質高效食用乳化劑和表面活性劑，在食品、化妝品、醫藥、精細化工行業有著廣泛用途。甘油單酸酯是在堿催化下由甘油和脂肪酸直接酯化得到的。酯化后的粗產品中含有甘油單酸酯、甘油二酸酯、甘油三酸酯、甘油、脂肪酸和金屬皂化物。Szelag等利用分

19、子蒸餾技術可以從粗產品中分離出濃度高達95%以上的甘油單酸酯。5.1.6重金屬的脫除Guerbet醇作為一種原料，廣泛應用于化妝品、制藥、紡織和潤滑油等工業。在合成Guerbet醇過程中需要用堿金屬、鎳、鈦等物質的氧化物作為共催化劑，因此，在粗產品中含有金屬鹽和金屬皂化物。有學者利用分子蒸餾技術對由l-丁醇催化反應制取2-基辛醇的粗產品進行處理，發現2-基辛醇的收率很高且完全不含堿金屬、重金屬和金屬皂化物。很多學者仍在不斷開發分子蒸餾的應用范圍，如二十八碳醇的精純。5.1.7石油工業中渣油的處理 原油真空精餾后的殘余物占進料總量25%左右，實踐中采用溶劑萃取的方法對剩余物進行后處理。但是溶劑萃

20、取法存在以下缺點：很難用溶劑萃取出全部的潤滑油和石蠟，且會萃取出高分子的物質，這對產品的獲得很不利；溶劑萃取后的殘余餾分中，瀝青和瀝青烯會形成膠體沉淀下來；溶劑的回收能耗很大。利用分子蒸餾技術處理渣油有以下優點：可以切割出更多的餾分；餾分間的切割更清晰，提高了產品質量；處理量提高好幾倍；餾出物與殘余物間的碳氫比顯著增加；分離出的潤滑油不含金屬元素，無需加入添加劑即可直接應用7。5.2 醫藥、食品工業5.2.1天然維生素E的分離純化 維生素E，即DL-d-生育酚，簡稱生育酚。它作為治療習慣性流產、不孕癥、性營養不良癥及延緩生殖系統萎縮和退化的有效藥物；它的抗氧化作用主要是能消除脂肪及脂肪酸自動氧

21、化過程中產生的自基，使細胞膜和細胞內免受過氧化物的氧化破壞。維生素E和硒共同維持細胞膜的完整、維持骨骼肌、心肌、平滑肌和心血管系統的正常功能。動物試驗證明，維生素E可使動物的平均壽命延長。因此，作為營養補充劑和抗氧化劑，被廣泛應用于醫藥、化妝品、食品和飼料工業。它在體內不能合成，攝入是唯一的來源。維生素E產品有人工合成（由中間體三甲基氫醌和芳樟醇異植物醇反應合成）和天然提取之分，目前市場上以人工合成法生產為主。但天然提取維生素E比合成維生素E有更好的生理活性，前者生理活性約為后者的1.3-1.4倍，故其市場前景被普遍看好8。 目前天然維生素E的提取方法有萃取法(包括最新采用的超臨界二氧化碳萃取

22、)、皂化法、硅膠法、醇法、酯化法、尿素絡合法以及凝膠過濾法等）。依提取原理可分為溶劑萃取、化學處理和分子蒸餾。Botistella等采用模型化方法對從植物油中提純維生素E的分子蒸餾過程進行了模擬，一步蒸餾就可將維生素E的含量從8%提高到40%。Shi-mada等利用分子蒸餾技術對大豆脫臭餾出物進行分離，其利用脂肪酶和醇之間的酶化作用首先分離出甾醇，然后分別于蒸餾壓力為 26.6Pa、5.3Pa、4.0Pa的真空度下采用三級分子蒸餾的方法，最后得到純度為65%的維生素E，回收率近90%。Fisher等只經過一級分子蒸餾，就將維生素D的含量由30%提高到75%以上。 目前我國主要采用先進的分子蒸餾

23、法，其主要原料為大豆油、米糠油、棉籽油、菜籽油等植物油的脫臭蒸餾物，即俗稱的油腳或油渣。油渣中的維生素的總含量為1%- 20%。提取時先用甘油對植物油腳中的游離脂肪酸進行酯化成為高沸點酯，然后對其進行真空蒸餾，所得產物維生素E同系物混合物，再用硅膠柱精制將其含量提高到98%，其中生育酚含量約10%。由北京新特科技發展公司開發成功了生產天然維生素E的全套分子蒸餾技術及相關配套裝置，并在江蘇省泰興新光生物制藥廠建成了我國第一條年產50噸天然維生素E生產線，該生產線總體技術達到國際先進水平，產品質量穩定，收率達到60%。5.2.2 在中藥有效部位和有效成分提取、分離中的應用 具有能較好地保護效成分，

24、尤其是適用于不耐熱、易氧化有效成分的提取、分離，分離能力強，有效成分富集程度高，便于質量標準控制與提高藥物效能；利用脫除溶劑與脫色。能有效去除殘溶和改善成品色澤；分離率高且能耗低，能分離常規蒸餾不易分開的物質；可連續進料，利于工業化大生產，運行成本低于超臨界二氧化碳流體萃取技術；工藝簡單，操作方便，不耗用任何有機溶劑，無污染且運行安全等特點9。 應用分子蒸餾技術提取分離精制當歸油、其脫萜效果可由萜含量0.1%-0.5%降到10ppm；用于姜油分離精制可得到純度為99.0%的姜素：用于桉葉油的分離精制可使其桉葉醇含量由45.0%提高到90.0%-95.0%；用于藿香油分離精制可使藿香醇由20.0

25、%提高到40.0%；用于山蒼子油分離精制可使其檸檬醇由50.0%提高到85.0%-95.0%；用于紫蘇子油分離精制可使d-亞麻酸由70.0%提高到90.0%；用于大蒜油可使其大蒜素由0.5%提高到80等。辣椒中所含的辣椒堿具有強而持久的消炎鎮痛作用，同時還具有一定抗癌性，對各類型神經痛、類風濕性關節炎、跌打損傷均具有顯著療效。采用分子蒸餾技術實現了辣椒色素與辣椒堿的分離，得到辣椒堿標準提取物(含量20%、60%)和辣椒堿純品。姜油產品是美國銷量最大的食品補充劑之一，姜油的主要成分是姜辣素(姜烯酚、姜烯、姜酚等)，具有明顯的抗胃潰瘍、抗運動病、止嘔、降壓、抗衰老、抗血小板聚集、保肝、利膽等一系列

26、生理活性，也是功能食品的主要原料，采用分子蒸餾技術使姜辣素含量由原料的5%提高到85%以上10。采用分子蒸餾技術對川芎的SFE萃取產物進行提取和分離研究，在蒸餾溫度為130、蒸餾壓力0.8-1.0kPa、進料速率為1.8-2.0ml/min的條件下蒸餾7h，收集到黃色油狀物，經GC-MS對蒸餾產物進行分析，與川芎的SFE萃取物相比，經分子蒸餾得到的川芎揮發油的化學成分明減少，揮發油中的主要成分2,3-丁二醇、蒎酸、檜烯等含量明顯提高，分別從0.11、0.03%、0.11%提高到0.76%、0.16%、0.5%；采用分子蒸餾技術對大蒜的SFE-CO：萃取物進行分離研究，并用GC-MS對提取物和純

27、化產物進行分析，結果從SFE-CO 萃取產物中鑒定出16個組分；在蒸餾壓力為0.1 -0.15kPa、蒸餾溫度50-55的條件下經分子蒸餾后得到了4個主要成分：二烯丙基二硫、3-乙烯基-1,2-二硫代環己烯-5、2-乙烯基-1,3-二硫代環己烯-5和二烯丙基三硫，含量分別為11.9%、15.0%、59.6%和13.5%；利用SFE-CO、分子蒸餾技術并結合超濾技術對大蒜注射液進行制備研究。測試結果表明，其注射液的各項指標均符合CP2000年版附錄IB注射劑項下的各項規定。采用二級分子蒸餾對連翹的SFF-CO萃取物進行分離研究，其中一級分子蒸餾在蒸餾壓力為100Pa、蒸餾溫度為100的條件下進行

28、，主要產物是萜品醇-4和萜品醇，含量分別達87.61%、12.39%；二級蒸餾在蒸餾壓力為5Pa、蒸餾溫度為200的條件下進行，主要蒸餾產物是B-蒎烯和萜品醇-4，含量分別為54.46%和26.40%；利用SFE-分子蒸餾技術對獨活化學成分進行分離提純的研究，GC-MS分析結果表明，SFE萃取產物經分子蒸餾后，化學成分明顯減少。分子蒸餾產物中藥用有效成分的相對含量也明顯提高；采用薄膜蒸發和多級分子蒸餾技術，控制適當的蒸餾條件，可以將植物藥品標準品與其它組分進行高效分離，使單體達到非常高的純度。文獻報道，美國試驗人員利用分子蒸餾技術脫除中藥制劑中的殘留農藥和重金屬，提高了中藥制劑的品質。5.2.

29、3精制小麥胚芽油中的應用 小麥胚芽油是以小麥制粉廠的副產品、麥胚芽為原料制取的一種谷物胚芽油，它富含維生素E、亞油酸、二十八碳醇、谷維酸及一些微量生理活性成分，具有很高的營養價值，是一種寶貴的功能食品。其中維生素E含量為植物油之冠，它具有抗氧化、減緩人體器官衰老、提高人體免疫功能、增強防癌和抗癌作用，還有抗不孕癥，防止早產及促進皮膚新陳代謝、護膚美容的作用。亞油酸可降低血液中脂質濃度和膽固醇含量、預防動脈硬化，預防高血壓、糖尿病、調節人體代謝、增強人體活力等作用。廿八碳醇可以增強人體體力、耐力、爆發力和改善肌肉機能等。小麥胚芽油早在20世界70年代即已在美歐等發達國家風靡市場。我國80年代開始

30、研究，目前國內已采用分子蒸餾新技術開發出精制小麥胚芽油，1998年獲化工部科技進步一等獎11。5.2.4魚油中DHA/EPA分離中的應用日本在20世界60年代采用分子蒸餾技術從魚肝油中分離維生素A，日蒸餾量可達6噸魚肝油。我國近年來才開始采用分子蒸餾技術從魚油中分離DHA(二十二碳六烯酸)/EPA(十碳五烯酸)。國家海洋局第三海洋研究所藥物開發研究中心于1994年開始采用分子蒸餾技術分離DHA/EPA魚油乙酯已獲得成功。采用降膜式高真空分子蒸餾法制取DHA/EPA。與目前廣泛應用的尿素法相比，具有許多優點：在尿素法中，要先將尿素一乙醇溶液及魚油加熱，乙醇的雜質、尿素、魚油加熱會氧化，氧化產生的紅色氧化物進入產品會使產品變成紅色。而采用分子蒸餾，因為是在高真空條件下進行產品蒸餾(氣體及水分在第一級脫氣階段已被去除)。且被蒸餾物與熱接觸時間短，所以魚油的雙鏈不易被氧化，所得產品質量高、味道小、色澤好(透明，幾近無色)。而魚油制品的有害作用主要是過氧化物，有致癌作用。6.結束語 分子蒸餾技術作為一種特殊的液一液分離技術。其發展代表了一個國家的分離技術水平，它的推廣應用將會帶來巨大的社會環境和經濟效益。我們深信：隨著回歸大自然，追求天然潮流的發展，分子蒸餾技術