ความแตกต่างระหว่างการกลั่นและการกลั่นเชิงโมเลกุลคืออะไร

การกลั่นและการกลั่นระดับโมเลกุลต่างกันอย่างเห็นได้ชัดทั้งหลักการ อุปกรณ์ และการใช้งาน

หลักการ: การกลั่นเป็นเทคโนโลยีการแยกของเหลวแบบดั้งเดิม ซึ่งขึ้นอยู่กับความแตกต่างของจุดเดือดของสารต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การกลั่นเป็นวิธีการแยกส่วนประกอบต่างๆ โดยให้ความร้อนแก่ส่วนผสมของเหลวและทำให้กลายเป็นไอ จากนั้นกลั่นตัวไอให้เป็นของเหลว การกลั่นใช้ความแตกต่างของจุดเดือดเพื่อแยกสาร ดังนั้นผลการกลั่นจะดีกว่าสำหรับสารผสมที่มีจุดเดือดสูง

เทคโนโลยีการกลั่นด้วยโมเลกุลเป็นเทคโนโลยีการแยกของเหลวขั้นสูงซึ่งขึ้นอยู่กับความแตกต่างของเส้นทางการเคลื่อนที่ของโมเลกุลโดยเฉลี่ยของสารต่างๆการกลั่นระดับโมเลกุล สามารถทำงานได้ที่ความดันต่ำมาก ดังนั้นวัสดุจึงไม่ง่ายที่จะถูกออกซิไดซ์และเสียหาย นอกจากนี้เมมเบรนการกลั่นของการกลั่นแบบโมเลกุลยังบางมากซึ่งมีประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูงและสามารถแยกสารได้เสร็จสิ้นในเวลาอันสั้น เนื่องจากการกลั่นด้วยโมเลกุลขึ้นอยู่กับความแตกต่างของเส้นทางการเคลื่อนที่ของโมเลกุลอย่างอิสระ จึงทำให้สามารถแยกสารผสมที่มีจุดเดือดต่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ส่วนประกอบของอุปกรณ์: อุปกรณ์การกลั่นมีโครงสร้างค่อนข้างเรียบง่ายและส่วนใหญ่ประกอบด้วยห้องทำความร้อนและห้องระเหย โครงสร้างอุปกรณ์ของระบบกลั่นโมเลกุลมีความซับซ้อน ซึ่งประกอบด้วยแผ่นทำความร้อน เครื่องระเหย คอนเดนเซอร์ ปั๊มสุญญากาศ และอื่นๆ

แอปพลิเคชัน: การกลั่นส่วนใหญ่จะใช้เพื่อแยกสารผสมที่มีจุดเดือดสูง เช่น การแยกส่วนของปิโตรเลียม เครื่องกลั่นระดับโมเลกุลเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแยกสารที่มีจุดเดือดสูง ไวต่อความร้อน และออกซิเดชันได้ง่าย เช่น สารประกอบโพลีเมอร์บางชนิด กรดอะมิโน และยาปฏิชีวนะ

จุดเดือดของสารตั้งต้นทั่วไป

• น้ำ (H2O) จุดเดือด 100 องศา : น้ำเป็นสารตั้งต้นที่จำเป็นในปฏิกิริยาเคมีหลายชนิด ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางของกรด-เบส ปฏิกิริยารีดอกซ์ และปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส ล้วนต้องการน้ำเพื่อเข้าร่วม
• เอทานอล (C2H5OH จุดเดือด 78.5 องศา ): เอทานอลเป็นตัวทำละลายอินทรีย์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยา เครื่องสำอาง และอาหาร นอกจากนี้ยังเป็นสารตั้งต้นของปฏิกิริยาที่สำคัญบางอย่าง เช่น เอสเทอริฟิเคชัน อีเธอริฟิเคชัน และการเร่งปฏิกิริยาด้วยกรด
• แอมโมเนีย (NH3) จุดเดือด-33.3 C: แอมโมเนียเป็นก๊าซไม่มีสีและมีกลิ่นฉุน ซึ่งมีประโยชน์อย่างมากในการผลิตปุ๋ย สารทำความเย็น และผงซักฟอก นอกจากนี้ยังเป็นวัตถุดิบสำคัญในการสังเคราะห์สารประกอบอื่นๆ เช่น ไนเตรต และการเตรียมเกลือแอมโมเนียม
• ออกซิเจน (O2) จุดเดือด-183 C: ออกซิเจนเป็นก๊าซโมเลกุลที่มีฤทธิ์สูง ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์สารอินทรีย์และกระบวนการทางชีวภาพ ตัวอย่างเช่น ทั้งปฏิกิริยาออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดักชันจำเป็นต้องมีออกซิเจนร่วมด้วย
• โซเดียมอะไซด์ (NaN3) จุดเดือดประมาณ 250 องศา : โซเดียมอะไซด์เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่สำคัญซึ่งสามารถนำไปใช้ในการเตรียมสารประกอบอื่นๆ ได้ เช่น อะไซด์ และสารประกอบอะมิโน นอกจากนี้ยังเป็นสารเคมีหลักที่ระเบิดได้ในถุงลมนิรภัยแบบพาสซีฟ
• คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จุดเดือด-78.5 C: CO2 เป็นก๊าซที่มีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติและมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางชีวภาพและสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น มีส่วนร่วมในการหายใจ การสังเคราะห์ด้วยแสง และปฏิกิริยากรด-เบส

เส้นทางการเคลื่อนที่ของโมเลกุลโดยอิสระโดยเฉลี่ยหมายถึงระยะทางเฉลี่ยที่โมเลกุลสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระระหว่างการชนกันของก๊าซหรือของเหลว เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการอธิบายปฏิสัมพันธ์และการถ่ายโอนพลังงานระหว่างโมเลกุล

ปัจจัยที่ส่งผลต่อเส้นทางการเคลื่อนที่ของโมเลกุลโดยอิสระโดยเฉลี่ย

1. เส้นผ่านศูนย์กลางโมเลกุล: ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางโมเลกุลมีขนาดใหญ่เท่าใด โอกาสที่จะชนกันก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และเส้นทางอิสระก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ในทางตรงกันข้าม เส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลมีขนาดเล็กและเส้นทางอิสระมีขนาดค่อนข้างใหญ่

2. ความเข้มข้นของโมเลกุล: เมื่อความเข้มข้นของโมเลกุลเพิ่มขึ้น ความถี่ในการชนระหว่างโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นและเส้นทางอิสระจะค่อนข้างเล็ก

3. อุณหภูมิ: เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น ความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น ความถี่ในการชนของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น และเส้นทางอิสระมีขนาดค่อนข้างเล็ก

4. คุณสมบัติตัวกลาง: ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลในตัวกลางมีอิทธิพลต่อเส้นทางการเคลื่อนที่ของโมเลกุลโดยเฉลี่ย ตัวอย่างเช่น ในของเหลวที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรง แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลจะมีขนาดใหญ่และเส้นทางอิสระจะมีขนาดเล็ก

ในกระบวนการของการกลั่นระดับโมเลกุลเส้นทางการเคลื่อนที่ของโมเลกุลโดยอิสระโดยเฉลี่ยของสารจะส่งผลต่อการแยกตัวออกจากส่วนผสม โดยทั่วไปแล้ว สารที่มีเส้นทางการเคลื่อนที่ของโมเลกุลโดยเฉลี่ยน้อยกว่านั้นจะถูกแยกออกได้ง่ายกว่า เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของพวกมันอ่อนแอและเส้นทางการเคลื่อนที่ของโมเลกุลโดยเฉลี่ยนั้นมีขนาดใหญ่ ดังนั้นพวกมันจึง "หลุด" ออกจากพื้นผิวของเหลวและเข้าไปใน เฟสไอ และในขณะเดียวกันก็ง่ายต่อการควบแน่นอีกครั้งในคอนเดนเซอร์ ดังนั้นในการกลั่นด้วยโมเลกุล โดยทั่วไปแล้ว สารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำและมีจุดเดือดต่ำจึงง่ายต่อการแยกออกจากกัน

โมเลกุลที่เหมาะสมสำหรับการแยกสารอย่างมีประสิทธิภาพโดยวิธีการกลั่นด้วยโมเลกุล

• แอลกอฮอล์ (เอทานอล): น้ำหนักโมเลกุลของแอลกอฮอล์มีขนาดเล็ก ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลอ่อนแอ และระเหยออกจากส่วนผสมได้ง่าย ดังนั้นในกระบวนการผลิตเบียร์และการผลิตแอลกอฮอล์ จึงสามารถแยกแอลกอฮอล์ออกจากน้ำซุปหมักหรือส่วนผสมได้โดยการกลั่นด้วยโมเลกุล
• น้ำและตัวทำละลายอินทรีย์: น้ำและตัวทำละลายอินทรีย์จำนวนมาก (เช่น อีเทอร์ โทลูอีน ฯลฯ) มักจำเป็นต้องแยกจากกัน เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของน้ำมีขนาดใหญ่ เส้นทางการเคลื่อนที่ของโมเลกุลอิสระโดยเฉลี่ยจึงมีน้อย ในขณะที่ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของตัวทำละลายอินทรีย์มีความอ่อนแอ และเส้นทางการเคลื่อนที่ของโมเลกุลอิสระโดยเฉลี่ยจึงมีขนาดใหญ่ ดังนั้นในกระบวนการกลั่นโมเลกุล ตัวทำละลายอินทรีย์จึงมีแนวโน้มที่จะระเหยไปที่ส่วนบนของคอนเดนเซอร์และถูกแยกออกจากกัน
• ไฮโดรคาร์บอนในปิโตรเลียม: ปิโตรเลียมเป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนหลายชนิดที่มีความยาวโซ่คาร์บอนต่างกัน เช่น มีเทน อีเทน และโพรเพน เนื่องจากน้ำหนักโมเลกุลและแรงอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอนที่แตกต่างกันค่อนข้างแตกต่างกัน จึงสามารถแยกออกจากกันได้โดยการกลั่นด้วยโมเลกุล
• ส่วนประกอบของกลิ่นในน้ำมันหอมระเหย: น้ำมันหอมระเหยเป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนที่สกัดจากพืช ซึ่งมีสารประกอบที่มีกลิ่นหอมหลายชนิด เช่น น้ำมันเมนทอลและน้ำมันยูคาลิปตัส ส่วนประกอบของน้ำหอมเหล่านี้มักจะมีน้ำหนักโมเลกุลน้อยและมีปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอ ซึ่งเหมาะสำหรับการแยกและทำให้บริสุทธิ์โดยการกลั่นด้วยโมเลกุล

เทคโนโลยีการกลั่นแบบโมเลกุลถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสกัดผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติจากสัตว์ เช่น น้ำมันปลาบริสุทธิ์ น้ำมันปลาเป็นน้ำมันชนิดหนึ่งที่สกัดจากปลาที่มีไขมัน น้ำมันปลาอุดมไปด้วยกรดไขมันไม่อิ่มตัวสูง cis ได้แก่ กรด eicosapentaenoic (EPA) และกรด docosahexaenoic (DHA) มีฤทธิ์ยับยั้งการรวมตัวของเกล็ดเลือด ลดความหนืดของเลือด ต้านการอักเสบ มะเร็ง และเสริมสร้างภูมิคุ้มกัน ถือเป็นยาธรรมชาติและอาหารเพื่อสุขภาพที่มีศักยภาพ วิธีการแยกแบบดั้งเดิมประกอบด้วยการตกตะกอนและการแช่แข็งยูเรียรวมอยู่ด้วย และอัตราการคืนสภาพต่ำ

การใช้วิธีตกตะกอนแบบรวมยูเรียสามารถกำจัดกรดไขมันอิ่มตัวและไม่อิ่มตัวต่ำออกจากผลิตภัณฑ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเพิ่มปริมาณ DHA และ EPA ในผลิตภัณฑ์ แต่เป็นการยากที่จะแยกกรดไขมันไม่อิ่มตัวสูงอื่นๆ ออกจาก DHA และ EPA สามารถสร้างด้วย (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, การกลั่นระดับโมเลกุลสามารถสร้าง w(EPA+DHA)=72.5% เท่านั้น แต่อัตราการฟื้นตัวสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 70% ผลิตภัณฑ์มีสีที่ดี กลิ่นบริสุทธิ์ และมีค่าเปอร์ออกไซด์ต่ำ สามารถแบ่งส่วนผสมออกเป็นผลิตภัณฑ์ที่มี DHA และ EPA ต่างกันได้ ดังนั้นเทคโนโลยีการกลั่นด้วยโมเลกุลจึงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการแยกและทำให้ EPA และ DHA บริสุทธิ์