分子蒸馏技术及绿色精细化工的几点思考

时间：2024-05-17

尹有军

（大庆龙凤湿地自然保护区管理处，黑龙江大庆 163711）

1 精细化工绿色化

精细化工绿色化主要是指原料的绿色化、产品的绿色化、生产过程的绿色化，也就是说在精细化工的整体生产过程中要尽量做到无毒或是低毒、无害、无污染。下面笔者从原料、生产、产品这三个方面来对精细化工的绿色化进行详细深入的分析与探讨。

1.1 原料绿色化

在精细化工的原料选择方面，主要分为天然品原料和化学合成品原料，天然品原料的有毒物质含量是几乎为零的，而在化学合成品原料中的有毒物质含量或多或少总会有一些，因此，在原料选择方面，我们一定要从天然物质中提取一些有效物质，例如从农产物、植物、还产物、林产物中提取一些有效物质或成分，这样能够有效的保证精细化工原料的绿色化。相反，如果选用化学合成品作为精细化工的原料，那么化学合成品中的有毒物质在经过化学反应之后，是有可能会转化为无毒产品的，但是在生产过程中，有毒原料还是极有可能会在经过一些化学反应后，将有毒物质带入到产品中，最终导致产品中也含有一定含量的有毒物质。那么为了达到原料绿色化的标准，我们不仅要依靠对天然植物和农作物等进行适当的开发，还要致力于清除原料中的有害物质的工作，例如在提取天然品作为原料时，提取农作物的过程中，可能在农作物中会有一些农药的残留物等，那么我们就要对农药的残留物进行脱除的工作，这样才能够为原料的绿色化提供保障。

1.2 生产过程绿色化

大部分产品的生产原料都是要经过精制或是预处理的，处理过程中采用的方法多为化学精制的方法，例如酸法、碱法、化学溶剂法等等，那么这样一来，新的污染便会随之而产生。因此，如何利用新型的精细技术来代替原有的化学精制技术便成为了比较重要的问题，采用新型的精细技术取代上述的方法，或是利用新型的技术来对残留溶剂进行脱除是一个值得研究的问题，也是达到生产过程绿色化的重要保证之一。

1.3 产品绿色化

精细化学产生的产品大多为高纯度、且高附加值的产品，在国际上，精细产品的竞争主要集中在产品的高纯度和无毒害物质残留方面，因此为了实现产品的绿色化，新型的分离技术便随之产生。高新分离技术对精细化工的作用是至关重要的。

2 分子蒸馏技术

通过上文的分析和探究，我们已经看到了新型的分离技术在绿色精细化工的发展中起着至关重要的作用，而分子蒸馏技术是目前国际上受到高度重视的一种高科技物理分离技术，不同与传统的蒸馏技术依靠沸点差进行分离，分子蒸馏技术是依靠不同的物质分子在运动时的平均自由程的差别来对其进行分离。

2.1 分子蒸馏技术的基本原理

我们通过热力学的原理不难知道，一个分子相邻两次分子碰撞之间所走的路程为分子运动自由程，针对单个分子来讲，在某个时间间隔内自由程的平均值为平均自由程。压力降低、温度提高能够加大分子的运动自由程，分子有效直径的减小，能够使分子的运动自由程加大，且在一定的压力和温度中，不同有效直径的物质的分子运动自由程也不尽相同，而分子有效直径之间的差别越大，则分子运动的平均自由程的差别也越大。分子蒸馏分离的原理如下图1所示。通过图1，我们可以看出：加热板和冷凝板在一定程度的高真空情况之下，在混合液自上部加入到加热板受热到一定的温度时，混合液中的不同的轻分子和重分子会开始溢出液面，并且向着冷凝板开始进行移动，但是轻分子和重分子的有效直径是不相同的，因此各个分子的运动平均自由程也是不相同的，所以当分子从加热面溢出之后，不同分子的飞行距离也是不相同的，对于加热板和冷凝板之间的距离进行适当的设定后，飞行距离较远的轻分子在到冷凝板之后会变成液体，并且沿着冷凝板向外流出去，重分子的飞行距离不能够达到冷凝板，在气相中会进行饱和，最终实现了在混合液中的不同物质的分离。

图1 分子蒸馏分离原理

2.2 分子蒸馏技术的特点分析

通过上文基本原理的分析中，我们可以总结出分子蒸馏技术具有以下特点：1.操作时的温度较低，分子蒸馏的分离并不是依靠沸点的，因此操作时的温度要控制在低于沸点的温度；2.蒸馏压强较低，一般为0.1～50Pa即可，这样一来，物质的沸点也有一定程度的降低，且实际的分离温度也低于沸点，因此分子蒸馏操作的温度会比传统的蒸馏温度低。3.受热时间较短，轻分子的运动自由程是大于分子蒸馏加热面和冷凝面的间距的，因此，自液面溢出的轻分子在达到冷凝面之前几乎是未发生过碰撞的。

2.3 分子蒸馏中的关键技术

北京化工大学对分子蒸馏技术的发展做出了巨大的贡献，经过十几年的工业化实践工作，攻克了许多技术上的难关，极大程度的带动了我国的分子蒸馏技术的发展，使我国的分子蒸馏技术逐渐在世界上处于较为领先的地位，北京化工大学在分子蒸馏中研究出的主要关键技术为：1.长期、稳定的高真空密封技术和高真空的获得技术。2.多种独特新颖的分子蒸馏蒸发器结构，使得物料的分离更为高效、先进。3.开发出了多种物料输送系统，且都适用于分子蒸馏操作。

3 分子蒸馏技术在绿色精细化工中的应用及前景

分子蒸馏技术是一种较为温和的蒸馏分离手段，不但解决了传统蒸馏技术中无法解决的问题，还克服了传统蒸馏操作中温度较高、受热时间较长等问题，可见其应用前景是十分广阔的。通过大量的工业化实践证明，分子蒸馏技术的应用特点是较为独特、全面的。分子蒸馏技术属于物理法分离技术，其本身并不会造成环境污染，且还可以对污染物进行清除，例如产品中的农药化学、有害重金属等物质，分子蒸馏技术目前已经成为中草药提取、天然物质提取的重要手段和关键技术，其应用的领域较为广泛，例如工业中的增效醚、氧乐果等农药的提纯；化妆品工业中的羊毛醇、藻类、花类、苔藓类等的提取；塑料工业中的环氧树脂、增塑剂、聚醚、聚氧化烯径；食品工业中的脂肪酸和其衍生物、鱼油、种子油、乳酸等；医药工业中的氨基酸酯、茄尼酵等；化学工业中的高碳醇、硅油、润滑油、沥青和焦油等。