Sự khác biệt giữa chưng cất và chưng cất phân tử là gì

Chưng cất vàchưng cất phân tửrõ ràng là khác nhau về nguyên tắc, thiết bị và ứng dụng.

Nguyên tắc: Chưng cất là công nghệ tách chất lỏng truyền thống, dựa trên sự khác biệt về điểm sôi của các chất khác nhau. Cụ thể, chưng cất là phương pháp tách các thành phần khác nhau bằng cách đun nóng hỗn hợp lỏng và làm bay hơi nó, sau đó ngưng tụ hơi thành chất lỏng. Quá trình chưng cất sử dụng sự chênh lệch nhiệt độ sôi để tách các chất nên hiệu quả chưng cất sẽ tốt hơn đối với hỗn hợp có nhiệt độ sôi lớn.

Công nghệ chưng cất phân tử là công nghệ tách chất lỏng tiên tiến hơn, dựa trên sự khác biệt về đường chuyển động tự do trung bình của các phân tử khác nhau.Chưng cất phân tử có thể hoạt động ở áp suất rất thấp nên vật liệu không dễ bị oxy hóa và hư hỏng. Ngoài ra, màng chưng cất của quá trình chưng cất phân tử rất mỏng, có hiệu suất truyền nhiệt cao và có thể hoàn thành việc tách các chất trong thời gian ngắn. Bởi vì quá trình chưng cất phân tử dựa trên sự khác biệt về đường chuyển động tự do của phân tử nên nó cũng có thể đạt được sự phân tách hiệu quả đối với các hỗn hợp có điểm sôi nhỏ.

Linh kiện thiết bị: Thiết bị chưng cất có cấu trúc tương đối đơn giản và chủ yếu bao gồm buồng gia nhiệt và buồng bay hơi. Cấu trúc thiết bị của hệ thống chưng cất phân tử rất phức tạp, bao gồm tấm gia nhiệt, thiết bị bay hơi, bình ngưng, bơm chân không, v.v.

Ứng dụng: Chưng cất chủ yếu được sử dụng để tách các hỗn hợp có điểm sôi lớn, chẳng hạn như phân đoạn dầu mỏ. Máy chưng cất phân tử đặc biệt thích hợp để tách các chất có nhiệt độ sôi cao, nhạy nhiệt và dễ bị oxy hóa như một số hợp chất polymer, axit amin và kháng sinh.

Điểm sôi của chất phản ứng thông thường

• Nước (H2O), nhiệt độ sôi 100 độ: Nước là chất phản ứng thiết yếu trong nhiều phản ứng hóa học. Ví dụ, phản ứng trung hòa axit-bazơ, phản ứng oxi hóa khử và phản ứng thủy phân đều cần nước tham gia.
• Ethanol (C2H5OH, nhiệt độ sôi 78,5 độ): Ethanol là dung môi hữu cơ được sử dụng rộng rãi trong ngành dược phẩm, mỹ phẩm và thực phẩm. Nó cũng là chất phản ứng của một số phản ứng quan trọng, chẳng hạn như quá trình este hóa, ete hóa và xúc tác axit.
• Amoniac (NH3), nhiệt độ sôi-33.3 C: Amoniac là chất khí không màu, có mùi nồng, có ứng dụng quan trọng trong sản xuất phân bón, chất làm lạnh và chất tẩy rửa. Nó cũng là nguyên liệu thô quan trọng để tổng hợp các hợp chất khác, chẳng hạn như quá trình nitrat hóa và điều chế muối amoni.
• Oxy (O2), điểm sôi-183 C: Oxy là một loại khí phân tử có hoạt tính cao, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp hữu cơ và các quá trình sinh học. Ví dụ, cả phản ứng oxy hóa và phản ứng khử đều cần có sự tham gia của oxy.
• Natri azide (NaN3), nhiệt độ sôi khoảng 250 độ: Natri azide là một hợp chất vô cơ quan trọng, có thể dùng để điều chế các hợp chất khác như azide và các hợp chất amin. Nó cũng là chất nổ hóa học chính trong túi khí thụ động.
• Carbon dioxide (CO2), điểm sôi-78.5 C: CO2 là chất khí tồn tại rộng rãi trong tự nhiên và đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh học và môi trường. Ví dụ, nó tham gia vào quá trình hô hấp, quang hợp và phản ứng axit-bazơ.

Đường đi tự do trung bình của chuyển động phân tử của vật chất đề cập đến khoảng cách trung bình mà các phân tử có thể di chuyển tự do giữa các va chạm trong chất khí hoặc chất lỏng. Đây là một tham số quan trọng để mô tả sự tương tác và truyền năng lượng giữa các phân tử.

Các yếu tố ảnh hưởng đến đường đi tự do trung bình của chuyển động phân tử của vật chất

1. Đường kính phân tử: Đường kính phân tử càng lớn thì khả năng va chạm càng lớn và đường đi tự do càng nhỏ. Ngược lại, đường kính phân tử nhỏ và đường tự do tương đối lớn.

2. Nồng độ phân tử: khi nồng độ phân tử tăng, tần số va chạm giữa các phân tử tăng lên và đường đi tự do tương đối nhỏ.

3. Nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng, động năng trung bình của các phân tử tăng lên, tốc độ chuyển động của phân tử tăng lên, tần số va chạm của các phân tử tăng lên và đường đi tự do tương đối nhỏ.

4. Tính chất của môi trường: sự tương tác giữa các phân tử trong môi trường có ảnh hưởng đến đường chuyển động tự do trung bình của phân tử. Ví dụ, trong chất lỏng có tương tác mạnh, lực hút giữa các phân tử lớn và đường tự do nhỏ.

Trong quá trìnhchưng cất phân tử, đường chuyển động tự do trung bình của phân tử của một chất sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả tách nó ra khỏi hỗn hợp. Nói chung, các chất có đường chuyển động tự do trung bình nhỏ hơn của phân tử sẽ dễ dàng tách ra hơn, vì tương tác giữa các phân tử của chúng yếu và đường chuyển động tự do trung bình của phân tử lớn nên chúng dễ dàng "thoát" khỏi bề mặt chất lỏng và đi vào pha hơi, đồng thời chúng dễ dàng được ngưng tụ lại trong bình ngưng. Do đó, trong quá trình chưng cất phân tử, nói chung, các chất có trọng lượng phân tử thấp và nhiệt độ sôi thấp sẽ dễ dàng tách ra hơn.

Các phân tử thích hợp để phân tách hiệu quả bằng phương pháp chưng cất phân tử

• Rượu (etanol): Trọng lượng phân tử của rượu nhỏ, tương tác giữa các phân tử yếu và dễ bay hơi khỏi hỗn hợp. Do đó, trong quá trình sản xuất bia và sản xuất rượu, rượu có thể được tách ra khỏi dịch lên men hoặc hỗn hợp bằng cách chưng cất phân tử.
• Nước và dung môi hữu cơ: Nước và nhiều dung môi hữu cơ (như ether, toluene, v.v.) thường cần được tách riêng. Do tương tác giữa các phân tử của nước lớn nên đường chuyển động tự do trung bình của phân tử nhỏ, trong khi tương tác giữa các phân tử của dung môi hữu cơ yếu và đường chuyển động tự do trung bình của phân tử lớn. Do đó, trong quá trình chưng cất phân tử, dung môi hữu cơ có nhiều khả năng bay hơi lên phần trên của bình ngưng và do đó được tách ra.
• Hydrocarbon trong dầu mỏ: Dầu mỏ là hỗn hợp phức tạp, chứa nhiều hợp chất hydrocarbon có độ dài mạch cacbon khác nhau như metan, etan và propan. Do trọng lượng phân tử và lực tương tác giữa các phân tử của các hydrocacbon khác nhau khá khác nhau nên chúng có thể được tách ra bằng cách chưng cất phân tử.
• Thành phần hương liệu trong tinh dầu: Tinh dầu là một hỗn hợp phức tạp được chiết xuất từ ​​thực vật, chứa nhiều hợp chất có mùi thơm như tinh dầu bạc hà và dầu khuynh diệp. Các thành phần nước hoa này thường có trọng lượng phân tử nhỏ và tương tác giữa các phân tử yếu nên thích hợp cho việc tách và tinh chế bằng phương pháp chưng cất phân tử.

Công nghệ chưng cất phân tử được sử dụng rộng rãi để chiết xuất các sản phẩm tự nhiên từ động vật, chẳng hạn như dầu cá tinh chế. Dầu cá là một loại dầu được chiết xuất từ ​​cá béo. Dầu cá rất giàu axit béo không bão hòa cao cis, axit eicosapentaenoic (EPA) và axit docosahexaenoic (DHA). Nó có tác dụng ức chế kết tập tiểu cầu, giảm độ nhớt của máu, chống viêm, ung thư và tăng cường khả năng miễn dịch. Nó được coi là một loại thuốc tự nhiên và thực phẩm chức năng tiềm năng. Các phương pháp tách truyền thống bao gồm kết tủa và đông lạnh bằng urê, và tỷ lệ thu hồi thấp.

Sử dụng phương pháp kết tủa bao gồm urê có thể loại bỏ hiệu quả các axit béo bão hòa và không bão hòa thấp khỏi sản phẩm và tăng hàm lượng DHA và EPA trong sản phẩm, nhưng rất khó để tách các axit béo không bão hòa cao khác khỏi DHA và EPA. Có thể tạo ra w(DHA+EPA)<80%. In addition, the product has heavy color, strong fishy smell and high peroxide value. The product needs further decoloration and deodorization, and the recovery rate is only 16%. Because the average free path of impurity fatty acids in the material is similar to EPA and DHA ethyl ester, chưng cất phân tửchỉ có thể tạo ra w(EPA+DHA)=72,5% nhưng tỷ lệ thu hồi có thể đạt trên 70%. Sản phẩm có màu sắc đẹp, mùi thơm tinh khiết, hàm lượng peroxide thấp, có thể chia hỗn hợp thành các sản phẩm có hàm lượng DHA và EPA khác nhau. Vì vậy, công nghệ chưng cất phân tử là phương pháp hiệu quả để tách và tinh chế EPA và DHA.