分子蒸馏满足条件

⑴ 分子蒸馏技术及其在中药生产中的应用

分子蒸馏技术，作为对高沸点、热敏性物料进行有效分离的手段，自上世纪30年代出现以来，得到了世界各国的重视。至上世纪60年代，为适应浓缩鱼肝油中维生素A的需要，分子蒸馏技术得到了规模化的工业应用。当时，日、英、美、德、俄罗斯相继设计制造了多套蒸馏装置，用于浓缩天然维生素A，但由于各种原因，应用面太窄，导致发展速度缓慢。此后，随着人们对项新的液-液分离技术的逐渐重视，对分离装置不断改进、完善，不断探索、扩展新的应用领域，特别是自上世纪80年代末以来，随着人们对天然物质的青睐，回归自然潮流的兴起，推动了分子蒸馏技术的迅猛发展。
一、原理
传统意义上的蒸馏是将液体加热后，根据其中不同成分的沸点不同，来进行分离提纯的一种技术。但分子蒸馏的原理与此完全不同，它的核心概念是分子运动自由程，因此在远低于液体沸点的情况下即可进行，更适用于高沸点和热敏性物质的分离。
那么什么是分子运动自由程呢？在这里，我们首先需要了解几概念。
1．分子碰撞：众所周知，分子与分子之间存在着相互作用力。当两个分子离得较远时，分子之间的作用力表现为吸引力；但当两分子接近到一定程度后，分子之间的作用力就会变为排斥力，且这种排斥力随其接近程度的增加而迅速增加。当两分子接近到一定程度，排斥力的作用就会使两分子分开，这种由接近而至排拍态蔽斥分离的过程就是分子的碰撞过程。
2．气体分子运动自由程:由于分子间作用力的存在，因此分子总是处于不停的运动变化中，从排斥到吸引，甚至碰撞，它们之间的距离也在不停地变化着。而所谓的气体分子平均自由程，就是指气体分子在两次连续碰撞之间所走路程的平均值。袭州
弄清了这两个概念，什么是分子蒸馏这个问题就可以迎刃而解了。分子蒸馏就是在高真空状态下，使蒸发面（加热面）和冷凝面的间距小于或等于轻组分物料的蒸气分子的平均自由程，即使蒸发面逸闭消出的分子可以毫无阻碍地奔射并凝集到冷凝面上。
具体一点讲，根据分子运动理论，液体混合物的分子受热后运动会加剧，当分子获得足够能量时，就会从液面逸出而成为气相分子。随着液面上方气相分子的增加，有一部分气体就会返回液体。在外界条件保持恒定的情况下，最终会达到分子运动的动态平衡，从宏观上看，液体系统达到了平衡。
在一定温度下，压力越低，气体分子的平均自由程越大。但由于不同分子的分子量不同，导致轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小。此时若在离液面小于轻分子的平均自由程而大于重分子的平均自由程处设置一捕集器，使得轻分子不断被捕集，从而破坏了轻分子的动态平衡而使混合液中的轻分子不断逸出，而重分子因达不到捕集器很快趋于动态平衡，不再从混合液中逸出，这样，便达到了混合物分离的目的。
分子蒸馏装置就是通过降低蒸发空间的压力（10－2～10－4mmHg），使冷凝表面靠近蒸发表面，当其间的垂直距离小于轻气体分子的平均自由程而大于重分子的平均自由程时，从蒸发表面气化的轻气体分子，就可以不与其他分子碰撞，直接到达冷凝表面而冷凝。
下面是分子蒸馏的四个步骤。
1.分子从液相主体向蒸发面扩散；
2.分子从蒸发面（加热面）上自由蒸发；
3.分子从蒸发面向冷凝面飞射，在飞射过程中，可能与残存的空气分子碰撞，也可能相互碰撞。但只要有合适的真空度，使蒸发分子的平均自由程大于或等于两面（蒸发面与冷凝面）之间的距离即可，过高提高真空度毫无意义；
4.分子在冷凝面上冷凝，冷凝面形状合理且光滑，从而完成对该物质分子的分离提取。
二、分子蒸馏的特点
1.分子蒸馏的操作温度远低于物料的沸点：分子蒸馏过程中，混合物的分离是由于不同种类的分子逸出液面的平均自由程不同来实现的，并不需要沸腾，所以分子蒸馏是在远低于沸点的温度下进行操作的。这点与常规蒸馏有本质的区别。
2.蒸馏压强低：分子蒸馏能在很低的压强下进行操作，一般为10－1Pa数量级。
3.受热时间短：分子蒸馏装置要求受加热的液面与冷凝面间的距离小于或等于轻分子的平均自由程，使由液面逸出的轻分子，几乎未经碰撞就到达冷凝面，所以受热时间很短。与真空蒸馏相比，在真空蒸馏条件下需受热1小时分离的物质，分子蒸馏仅需十几秒。
三、分子蒸馏在中药提取过程中的优势
1.由于分子蒸馏真空度高，操作温度低和受热时间短，能较好地保护中药有效成分，尤其对于高沸点和热敏性及易氧化物料的分离，有常规方法不可比拟的优点。
2.能效地去除液体中的低分子物质，如：有机溶剂、臭味等，并有利于脱色，因此能有效改善中药成品的色泽，保持终产品的纯天然、无污染。
3. 分离能力强，可分离出常规蒸馏不易分开的物质，且分离后有效成分高度富集，可提高药物质量。
分子蒸馏技术已被列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录（2000年修订）》，并在现代中药产业中得到了逐步的推广和应用，且与超临界流体萃取技术相提并论。

⑵ 精油是怎样提取的

精华答案 历史上最早的应用的天然香料包括原始而未加工过的直接应用的动植物发香部位，通过物理方法进行提取或精炼加工而未改变其原来成分的天然香料。早在五千年前，中国人民对大自然中芳香花卉所散发出来的“香气”，即有美的、愉悦的感觉，就认为“香”是快感的享受。皇帝贵族以燃烧芳香植物表示尊敬、庄重和精神上的享受；这就是历史上的熏香时期。在西方，香料的应用也是从熏香开始的。后来熏香又应用于献神、拜佛、洁身的宗教仪式。 总之，这个时期所应用的香料都是天然的、未加工过的固体芳香植物。当时的香料仅限于少数人使用。 在这时期中，香料是一种贵重的商品，成为贵族阶层的嗜好品。因此，珍奇的香料往往在世界各地遭到掠夺。随着历史的发展，应用范围也逐步扩大，在这种情况下，香料的需要量也大为增加，仅采集芳香植物已感到运输不便，同时芬芳花卉也不是四季都有，而且不可能持久地保存下去，这就不能满足使用者的需求。因此，到了16世纪就发明了用水蒸气蒸馏提取芳香植物精油的方法。至此，香料的应用从固态芳香植物的直接应用发展到天然芳香植物经加工提取出芳香成分。这不但给运输贸易开了方便之门，而且香气可以较持久保存下来，给各方面的用户创造了条件。从此，天然香料不仅仅应用于熏香，进而应用于药物、化妆品、饮食品和调味品等。天然香料的应用价值就进一步获得发挥，这为整个香料工业的兴起和发展奠定了基础。 由于香料用途的进一步扩大，当时的天然香料又不能满足实际需要，到了19世纪，天然香料的提取方法也随着化学工业和机械工业的发展而发展，当时除了水蒸气蒸馏法外，天然香料还可以通过减压分馏和水蒸气蒸馏的方法而得到提纯和单离，然后单离物再通过化学合成方法获得新香料，这样单离合成香料就在19世纪下半时期诞生了。那时，挥发性溶剂浸提法也开始应用。在这之前，在法国和某些欧洲国家，曾盛行过脂肪冷吸法和油脂温浸法来提取那些用蒸馏法无法提取到的娇嫩香花的天然芬芳物质——香脂或香脂净油。自从挥发性溶剂浸提法出现后，上述这两种吸附方法很快被溶剂浸提法所取代。到1874年，席尔采（Hirzel）倡议用石油醚作浸提溶剂，为了配合这种新溶剂，高尔聂（Garnier）设计了相应的转动式浸提器。后来又发展有旁吨（Bondon）或转动浸提设备。这种新的生产方法首先在法国应用，后来又推广到东欧和中东一些国家。 另一些柑桔类精油，如采用水蒸汽蒸馏法，往往会严重损害柑桔油的香气质量，从而影响使用。也在这一时期，天然香料制造者开始用手工压榨，进而发展到用机器进行冷榨、冷磨方法来提取柑桔油，因而柑桔油的品质得到大大改善，这为饮料、食品的加香提供了极有利的条件。 近十几年来，压缩丁烷和超临界二氧化碳萃取技术用来提取新鲜香花精油和辛香料等取得了新发展，使所得萃取物具有天然原料逼真的香气和香味。另外，精油的深加工采用了分子蒸馏技术，使那些沸点较高、色泽较深、粘度大、香气粗糙的精油和一些净油类产品得到精制、提纯和脱色。

⑶ 分子蒸馏简介

分子蒸馏是一种在特定温度下进行的蒸馏技术，它利用压力低的条件，使得气体分子的平均自由程增大。当蒸发空间内的压力降到10-2 ～10-4 mmHg时，通过将冷凝表面放置接近蒸发表面，且两者之间的垂直距离小于气体分子的平均自由程，使得从蒸发表面汽化的蒸气分子能够直接达到冷凝表面而冷凝。

这一过程依赖于压力的控制与表面间的精确距离，以确保蒸气分子在未与其他分子碰撞的情况下，有效进行冷凝。通过这种方法，分子蒸馏可以在低压力环境下，实现高效、纯净的液体分离。相比于传统蒸馏技术，分子蒸馏在处理高沸点或热敏性物质时具有明显优势，能有效避免物质在高温下分解，保持其原有性质。

分子蒸馏的应用范围广泛，包括但不限于化工、制药、食品加工等多个领域。在化工行业中，它常用于分离和纯化有机化合物，如溶剂回收、油脂精炼等；在制药领域，分子蒸馏技术用于提取有效成分、去除杂质，以提高药品的纯度和稳定性；在食品加工中，则用于浓缩果汁、乳制品等，有效去除水分，保持产品的新鲜度和口感。

总之，分子蒸馏作为一种高效的液体分离技术，通过控制压力和优化表面距离，使得蒸气分子在低温下直接冷凝，从而实现纯净、高效的物质分离。这一技术的应用广泛，为多个行业提供了更加高效、环保的分离手段。

分子蒸馏是一种在高真空下操作的蒸馏方法，这时蒸气分子的平均自由程大于蒸发表面与冷凝表面之间的距离，从而可利用料液中各组分蒸发速率的差异，对液体混合物进行分离。

⑷ 分子蒸馏条件

为了实现分子蒸馏，必须满足特定的条件，确保蒸发过程不受阻碍。首要条件是保持残余气体的分压极低。这一要求使得残余气体分子的平均自由程长度与蒸馏器和冷凝器之间的距离成倍数关系，从而为蒸发过程提供一个近乎真空的环境。

其次，在饱和压力条件下，蒸汽分子的平均自由程长度应与蒸发器和冷凝器表面之间的距离相匹配。在此理想的条件下，蒸发过程在没有任何干扰的情况下发生。所有的蒸汽分子在直接到达冷凝器表面前，不会遇到其他分子或返回液体。这意味着蒸发速度在给定温度下达到最大可能值，与压力成正比。因此，分子蒸馏所产生的馏出液量相对较少。

在大中型短程蒸馏过程中，冷凝器和加热表面之间的距离通常在20至50毫米之间。当残余气体的压力降至10-3毫巴时，残余气体分子的平均自由程长度约为冷凝器和蒸发器表面距离的两倍。这种设计完全符合分子蒸馏所需的条件，使得短程蒸馏器能够满足这一过程的所有必要条件。

分子蒸馏是一种在高真空下操作的蒸馏方法，这时蒸气分子的平均自由程大于蒸发表面与冷凝表面之间的距离，从而可利用料液中各组分蒸发速率的差异，对液体混合物进行分离。

⑸ 分子蒸馏的基本条件

分子蒸馏技术在分离提纯过程中展现出高效与安全优势，尤其适用于热稳定性差的分子与低挥发性、高沸点化合物的分离。在高真空环境下操作，分子蒸馏能够以较低温度、短时间加热，实现快速分离，广泛应用于石油化工、医药化工、精油提取、化妆品香水纯化等领域。

分子蒸馏的基本条件如下：

1、要确保残余气体的分压极低，使得残余气体分子的平均自由程长度接近蒸发器与冷凝器表面之间的距离，以保证蒸发过程不受阻碍。

2、在饱和压力下，蒸汽分子的平均自由程长度应与蒸发器和冷凝器表面间的距离大致相当，以确保蒸发过程的高效进行。

在理想条件下，蒸发在没有干扰的情况下发生，所有蒸汽分子在到达冷凝器表面前不与其它分子碰撞或返回至液态。蒸发速度在给定温度下达到理论最大值，与压力呈正比关系。因此，分子蒸馏的产物量相对较少。

短程蒸发器中，冷凝器与加热表面间距离约为20—250mm，根据设备尺寸有所不同。在残余气体压力约10-3mbar的环境下，残余气体分子的平均自由程长度约等于蒸发器与冷凝器表面间距离的两倍。这种短程蒸发器能够满足分子蒸馏所需的全部条件。

⑹ 分子蒸馏的应用

1、单甘酯的生产
分子蒸馏技术广泛应用于食品工业,主要用于混合油脂的分离。可得到w(单脂肪酸甘油酯)>90%的高纯度产品。从蒸馏液面上将单甘酯分子蒸发出来后立即进行冷却,实现分离。利用分子蒸馏可将未反应的甘油、单甘酯依次分离出来。单甘酯即甘油一酸酯,它是重要的食品乳化剂。单甘酯的用量目前占食品乳化剂用量的三分之二。在商品中它可起到乳化、起酥、蓬松、保鲜等作用,可作为饼干、面包、糕点、糖果等专用食品添加剂。单甘酯可采用脂肪酸与甘油的酯化反应和油脂与甘油的醇解反应两种工艺制取,其原料为各种油脂、脂肪酸和甘油。采用酯化反应或醇解反应合成的单甘酯,通常都含有一定数量的双甘酯和三甘酯,通常w(单甘酯)=40%～50%,采用分子蒸馏技术可以得到w(单甘酯)>90%的高纯度产品。此法是目前工业上高纯度单甘酯生产方法中最常用和最有效的方法,所得到的单甘酯达到食品级要求。分子蒸馏单甘酯产品以质取胜,逐渐代替了纯度低、色泽深的普通单甘酯,市场前景乐观,开发分子蒸馏单甘酯可为企业带来丰厚的利润。
2、鱼油的精制
从动物中提取天然产物,也广泛采取分子蒸馏技术,如精制鱼油等[8]。鱼油中富含全顺式高度不饱和脂肪酸二十碳五烯酸(简称EPA)和二十二碳六烯酸(简称DHA),此成分具有很好的生理活性,不仅具有降血脂、降血压、抑制血小板凝集、降低血液黏度等作用,而且还具有抗炎、抗癌、提高免疫能力等作用,被认为是很有潜力的天然药物和功能食品。EPA、DHA主要从海产鱼油中提取,传统分离方法是采用尿素包合沉淀法[9]和冷冻法[10]。运用尿素包合沉淀法可以有效地脱除产品中饱和的及低不饱和的脂肪酸组分,提高产品中DHA和EPA的含量,但由于很难将其他高不饱和脂肪酸与DHA和EPA分离,只能使w(DHA+EPA)<80%。而且产品色泽重,腥味大,过氧化值高,还需进一步脱色除臭后才能制成产品,回收率仅为16%;由于物料中的杂质脂肪酸的平均自由程同EPA、DHA乙酯相近,分子蒸馏法尽管只能使w(EPA+DHA)=72 5%,但回收率可达到70%,产品的色泽好、气味纯正、过氧化值低,而且可以将混合物分割成DHA与EPA不同含量比例的产品。因此分子蒸馏法不失为分离纯化EPA、DHA一种有效方法。
3、油脂脱酸
在油脂的生产过程中,由于从油料中提取的毛油中含有一定量的游离脂肪酸,从而影响油脂的色泽和风味以及保质期。传统工业生产中化学碱炼或物理蒸馏的脱酸方法有一定的局限性。由于油品酸值高,化学碱炼工艺中添加的碱量大,碱在与游离脂肪酸的中和过程中,也皂化了大量中性油使得精炼得率偏低;物理精炼用水蒸气气提脱酸,油脂需要在较长时间的高温下处理,影响油脂的品质,一些有效成分会随水蒸气溢出,从而会降低保健营养价值。
马传国等在对高酸值花椒籽油脱酸的研究中,利用分子蒸馏对不同酸值的花椒籽油进行脱酸,能获得比较高的轻(脂肪酸)、重(油脂)馏分得率,这是目前化学碱炼或物理蒸馏等工艺所不能达到的。对酸值为28mgKOH/g和41 2mgKOH/g的高酸值油脂用分子蒸馏法脱酸后,油脂的酸值分别下降到2 6mgKOH/g和3 8mgKOH/g,油脂的得率分别为86%和80 9%,中性油脂基本没有损失。所以利用分子蒸馏技术对高酸值油脂脱酸具有良好的效果,具有广阔的应用前景。
4、高碳醇的精制
高碳脂肪醇是指二十碳以上的直链饱和醇,具有多种生理活性。目前最受关注的是二十八烷醇和三十烷醇,它们具有抗疲劳、降血脂、护肝、美容等功效,可做营养保健剂的添加剂,某些国家也作为降血脂药物,发展前景看好。
精制高碳醇,其工艺十分复杂,需要经过醇相皂化,多种及多次溶剂浸提,然后用多次柱层析分离,最后还要采用溶剂结晶才能得到一定纯度的产品。日本采用蜡脂皂化、溶剂提取、真空分馏的方法得到w(高碳醇)=10%～30%的产品。而刘元法等对米糠蜡中二十八烷醇精制研究中得出,经多级分子蒸馏后,可得到w(高碳醇)=80%的产品。张相年等利用富含二十八烷醇的长链脂肪酸高碳醇酯,还原得到二十八烷醇。即以虫蜡为原料,在乙醚中加氢化铝锂(AlLiH4),在70～80℃还原2 5h得到高碳醇混合物,经分子蒸馏纯化,高碳醇纯度达到w(高碳醇)=96%,其中w(二十八烷醇)=16 7%。利用分子蒸馏技术精制高碳醇,工艺简单,操作安全可靠,产品质量高。 （二）在精细化工中的应用
分子蒸馏技术在精细化工行业中可用于碳氢化合物、原油及类似物的分离;表面活性剂的提纯及化工中间体的制备;羊毛脂及其衍生物的脱臭、脱色;塑料增塑剂、稳定剂的精制以及硅油、石蜡油、高级润滑油的精制等。在天然产物的分离上,许多芳香油的精制提纯,都应用分子蒸馏而获得高品质精油。
1、芳香油的提纯
随着日用化工、轻工、制药等行业和对外贸易的迅速发展,对天然精油的需求量不断增加。精油来自芳香植物,从芳香植物中提取精油的方法有:水蒸气蒸馏法、浸提法、压榨法和吸附法。精油的主要成分大都是醛、酮、醇类。且大部分都是萜类,这些化合物沸点高,属热敏性物质,受热时很不稳定。因此,在传统的蒸馏过程中,因长时间受热会使分子结构发生改变而使油的品质下降。
陆韩涛等用分子蒸馏的方法对山苍子油、姜樟油、广藿香油等几种芳香油进行了提纯,结果见表3。结果表明,分子蒸馏技术是提纯精油的一种有效的方法,可将芳香油中的某一主要成分进行浓缩,并除去异臭和带色杂质,提高其纯度。由于此过程是在高真空和较低温度下进行,物料受热时间极短,因此保证了精油的质量,尤其是对高沸点和热敏性成分的芳香油,更显示了其优越性。
此外,利用分子蒸馏技术分离毛叶木姜子果油中的柠檬醛可得到w(柠檬醛)=95%,产率53%的产品;对干姜的有效成分的分离中,通过调节不同的蒸馏温度和真空度可得到不同的有效成分种类及其相对含量,调节适宜的蒸馏温度和真空度可获得相对含量较高的有效成分。
2、高聚物中间体的纯化
在由单体合成聚合物的过程中,总会残留过量的单体物质,并产生一些不需要的小分子聚合体,这些杂质严重影响产品的质量。传统清除单体物质及小分子聚合体的方法是采用真空蒸馏,这种方法操作温度较高。由于高聚物一般都是热敏性物质,因此温度一高,高聚物就容易歧化、缩合或分解。例如,对聚酰胺树脂中的二聚体进行纯化,采用常规蒸馏方法只能使w(二聚体聚酰胺树脂)=75%～87%,采用分子蒸馏技术则可以使w(二聚体聚酰胺树脂)=90%～95%。在对酚醛树脂和聚氨酯的纯化中,采用分子蒸馏的方法可以使酚醛树脂中的单体酚含量脱除到w(单体酚)<0 .01%,使w(二异氰酸酯单体)<0 .1%。分子蒸馏技术能极好地保护高聚物产品的品质,提高产品纯度,简化工艺,降低成本。
3、羊毛脂的提取
羊毛脂及其衍生物广泛应用于化妆品。羊毛脂成分复杂,主要含酯、游离醇、游离酸和烃。这些组分相对分子质量较大,沸点高,具热敏性。用分子蒸馏技术将各组分进行分离,对不同成分进行物理和化学方法改性,可得到聚氧乙烯羊毛脂、乙酰羊毛脂、羊毛酸、异丙酯及羊毛聚氧乙烯脂等性能优良的羊毛脂系列产品。 利用分子蒸馏技术,在医药工业中可提取天然维生素A、维生素E;制取氨基酸及葡萄糖的衍生物;以及胡萝卜和类胡萝卜素等。现以维生素E为例:天然维生素E在自然界中广泛存在于植物油种子中,特别是大豆、玉米胚芽、棉籽、菜籽、葵花籽、米胚芽中含有大量的维生素E。由于维生素E是脂溶性维生素,因此在油料取油过程中它随油一起被提取出来。脱臭是油脂精练过程中的一道重要工序,馏出物是脱臭工序的副产品,主要成分是游离脂肪酸和甘油以及由它们的氧化产物分解得到的挥发性醛、酮碳氢类化合物,维生素E等。从脱臭馏出物中提取维生素E,就是要将馏出物中非维生素E成分分离出去,以提高馏出物中维生素E的含量。曹国峰等将脱臭馏出物先进行甲脂化,经冷冻、过滤后分离出甾醇,经减压真空蒸馏后再在220～240℃、压力为10-3～10-1Pa的高真空条件下进行分子蒸馏,可得到w(天然维生素E)=50%～70%的产品。采取色谱法、离子交换、溶剂萃取等可对其进一步精制。此外,在分子生物学领域中,可以将分子蒸馏技术作为生物研究的一种前处理技术,以保存原有组织的生物活性和制备生物样品等。
综上所述，分子蒸馏技术作为一种特殊的新型分离技术,主要应用于高沸点、热敏性物料的提纯分离。实践证明,此技术不但科技含量高,而且应用范围广,是一项工业化应用前景十分广阔的高新技术。它在天然药物活性成分及单体提取和纯化过程的应用还刚刚开始,尚有很多问题需要进一步探索和研究。