㈠ 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。
㈡ 分餾和蒸餾在原理和裝置上有哪些異同
分餾和蒸餾的異同
一、原理異同
* 相同點:
分餾和蒸餾都是基於物質的沸點差異來實現物質分離的方法。它們都是通過加熱使液體沸騰,然後收集不同沸點的液體來實現分離。
* 不同點:
蒸餾通常用於從混合液體中分離出單一純凈的液體,如從酒精和水的混合物中分離酒精。而分餾則更常用於對多組分混合物進行分離,通過不同組分的沸點差異進行精細化分離,得到多種純凈的組分。
二、裝置異同
* 相同點:
分餾和蒸餾的裝置在結構上有很多相似之處,主要包括熱源、反應器(如蒸餾鍋)、冷凝器以及收集器。它們都需要利用這些裝置來完成加熱、蒸發、冷凝和收集的過程。
* 不同點:
在裝置復雜性上,分餾通常需要使用更為精細的設備,如分餾柱,以便更有效地分離混合物中的不同組分。而蒸餾的裝置相對簡單,通常只需要基本的蒸餾器具即可完成。此外,分餾在操作過程中還需要特別注意溫度的控制,以確保各組分的准確分離。
三、應用場合的異同
* 相同點:
兩者都廣泛應用於化學實驗室、石油化工、制葯等行業。
* 不同點:
蒸餾通常用於簡單的液體混合物分離,操作較為簡單。而分餾則更多地應用於需要精細分離的場合,如石油精煉、香料生產等,需要更高的技術要求和操作經驗。
綜上所述,分餾和蒸餾在原理和裝置上有許多相似之處,但也存在明顯的差異。它們在應用場合和具體操作上各有優勢,選擇使用哪種方法取決於實際需求和物質特性。