چکیده: تقطیر مولکولیتقطیر مولکولی که با نام تقطیر مسیر کوتاه نیز شناخته میشود، یک فرآیند تقطیر غیرتعادلی است که جداسازی مواد را تحت خلاء بالا بر اساس تفاوت در میانگین مسیر آزاد حرکت مولکولی مواد مختلف انجام میدهد. فناوری تقطیر مولکولی دارای درجه خلاء بالا، دمای تقطیر پایین، زمان گرمایش کوتاه و راندمان جداسازی بالا است. بنابراین، میتواند هزینه جداسازی مواد با نقطه جوش بالا را بیشتر کاهش دهد، از کیفیت مواد حساس به گرما محافظت کند و برای جداسازی و خالصسازی مواد با نقطه جوش بالا، حساس به گرما و به راحتی اکسید شونده مناسب است. در حال حاضر، فناوری تقطیر مولکولی در صنایعی مانند پتروشیمی، مواد شیمیایی خالص و مواد غذایی به کار گرفته شده است. این مقاله به بررسی کاربرد فناوری تقطیر مولکولی در خالصسازی دیگلیسیریدها میپردازد.
کلمات کلیدی: فناوری تقطیر مولکولیدی گلیسیریدها؛ کاربرد خالصسازی
در تولید مواد شیمیایی، بسیاری از مواد به شکل مخلوط وجود دارند. برای برآورده کردن الزامات تولید و استفاده، این مواد باید تا خلوص خاصی جدا شوند. در میان روشهای مختلف جداسازی، تقطیر یک روش رایج است و فناوری تقطیر مولکولی مزایای قابل توجهی را ارائه میدهد. در حال حاضر، با توسعه سریع صنعت شیمیایی، این بخش تأکید بیشتری بر پیشرفت و توسعه فناوری دارد. هنگام استفاده از فناوری تقطیر مولکولی، جنبههایی مانند فرآیند تولید و محصولات نهایی باید از دیدگاه سبز مورد توجه و عمل قرار گیرند و بدین ترتیب توسعه مواد شیمیایی مرغوب سبز به واقعیت تبدیل شود.
I.مروری بر فناوری تقطیر مولکولی
۱. اصول اساسی فناوری تقطیر مولکولی
فناوری تقطیر مولکولی یک تکنیک نوظهور تولید مواد شیمیایی است که توجه قابل توجهی را در داخل و خارج از کشور به خود جلب کرده است. ویژگی منحصر به فرد آن در این است که یک فناوری جداسازی فیزیکی است که به طور قابل توجهی با روشهای تقطیر سنتی متفاوت است و از نظر قابلیت فنی و راندمان جداسازی به طور قابل توجهی از تقطیر سنتی برتر است. نیروی محرکه جداسازی در فناوری تقطیر مولکولی از حرکت مولکولهای مواد مختلف و تفاوتهای حاصل در مسیرهای آزاد میانگین آنها ناشی میشود. هنگامی که فشار در جداکننده کاهش مییابد و دما افزایش مییابد، حرکت مولکولی تسریع میشود و منجر به کاهش قطر مولکولی میشود. با عملکرد جداکننده، تفاوت در قطر مولکولی به طور فزایندهای بیشتر میشود و در نهایت جداسازی مواد حاصل میشود. دستگاه جداسازی شامل یک تبخیرکننده، صفحات گرمایشی، صفحات تغلیظ کننده و غیره است. در یک محیط خلاء بالا، عملکرد همزمان صفحات گرمایشی و صفحات تغلیظ کننده باعث میشود مولکولهای موجود در مایع خام مخلوط از هم جدا شده و به سمت صفحات تغلیظ کننده جریان یابند و در نهایت جداسازی موفقیتآمیز حاصل شود.
۲. فناوریهای کلیدی در تقطیر مولکولی
برای اینکه فناوری تقطیر مولکولی بتواند نقش مهمی در تولید مواد شیمیایی سبز ایفا کند، لازم است فناوریهای کلیدی مورد استفاده در فرآیند تقطیر به طور جامع تجزیه و تحلیل شوند. تنها با درک کامل میتوان به نتایج بهتری در کاربرد این فناوری دست یافت. چندین ابزار فنی کلیدی در تقطیر مولکولی به کار گرفته میشود. اولین مورد، فناوری آببندی خلاء بالا است. این کلید اجرای روان کل فرآیند تقطیر مولکولی است. استفاده از فناوری آببندی خلاء بالا میتواند یک محیط خلاء برای تقطیر مولکولی ایجاد کند و از این طریق عملکرد طبیعی فرآیندهای تقطیر مولکولی بعدی را تضمین کند. تبخیرکننده تقطیر مولکولی نیز بخش مهمی از این فناوری است. در فرآیند استفاده از فناوری تقطیر مولکولی، اطمینان از مطابقت ساختار تبخیرکننده با الزامات تولید ضروری است تا جداسازی مواد با کیفیت بالا تضمین شود. علاوه بر این، سیستم انتقال مواد نیز وجود دارد. این سیستم به عنوان شریان عملکرد فناوری تقطیر مولکولی عمل میکند. این سیستم برای افزایش قابلیت اطمینان فناوری تقطیر مولکولی و تضمین پیشرفت مداوم آن، نیاز به بهینهسازی بیشتر دارد.
دوم. اصول و ویژگیهای تقطیر مولکولی
۱. اصول اساسی
تقطیر مرسوم بر اساس تعادل بخار-مایع، همراه با تفاوت در فراریت نسبی بین اجزا، انجام میشود و جداسازی در دمای نقطه جوش مخلوط انجام میشود. از سوی دیگر، تقطیر مولکولی، جداسازی بین مواد را تحت خلاء بالا بر اساس تفاوت در میانگین مسیر آزاد حرکت مولکولی مواد مختلف انجام میدهد. تقطیر مولکولی یک فرآیند تقطیر با خلاء بالا است که در آن جداسازی در زیر نقطه جوش مواد انجام میشود و آن را به یک فرآیند تقطیر کاملاً غیر تعادلی تبدیل میکند. در طول عملیات تقطیر مولکولی، مولکولهای جزء سبک دارای میانگین مسیر آزاد بزرگی هستند، در حالی که مولکولهای جزء سنگین دارای میانگین مسیر آزاد کوچکی هستند. اگر یک سطح چگالشی در فاصلهای از سطح تبخیر قرار گیرد که کمتر از میانگین مسیر آزاد مولکولهای جزء سبک اما بیشتر از مولکولهای جزء سنگین باشد، مولکولهای جزء سبک روی سطح چگالشی قرار میگیرند و متراکم میشوند. این امر تعادل دینامیکی حرکت مولکولی آنها را مختل میکند و باعث میشود که آنها به طور مداوم فرار کنند. در همین حال، مولکولهای اجزای سنگین، که قادر به رسیدن به سطح چگالش نیستند، به سطح مایع اولیه برمیگردند و به سرعت به تعادل دینامیکی نزدیک میشوند. بنابراین، اجزای مختلف موجود در مخلوط از هم جدا میشوند.
۲. مزایا و محدودیتهای فناوری تقطیر مولکولی
بر اساس اصول عملیاتی فناوری تقطیر مولکولی، میتوان چندین ویژگی را خلاصه کرد. اول، برخلاف تقطیر معمولی، فرآیند جداسازی تقطیر مولکولی نیازی به محیط با دمای بالا ندارد. دلیل این امر این است که تقطیر مولکولی در درجه اول به حرکت مولکولی برای جداسازی متکی است، نه به نقاط جوش. بنابراین، در عمل، دما باید زیر نقطه جوش نگه داشته شود. در مقایسه با تقطیر معمولی، تقطیر مولکولی به فشار کمتری نیاز دارد و کاهش فشار منجر به کاهش نقطه جوش میشود. از آنجایی که دمای مورد نیاز این فناوری نیازی به رسیدن به نقطه جوش ندارد، دمای عملیاتی تقطیر مولکولی به ناچار کمتر از تقطیر معمولی است. تقطیر مولکولی یک فرآیند تقطیر غیر تعادلی با چندین مزیت است. اولین مزیت، دمای عملیاتی پایین است. در تقطیر مولکولی، اگر مولکولهای بخار از فاز مایع فرار کنند، جداسازی بدون رسیدن به حالت جوش قابل دستیابی است. مزیت دیگر فشار عملیاتی پایین است. برای به دست آوردن یک مسیر آزاد متوسط به اندازه کافی بزرگ، فشار تقطیر باید کاهش یابد. از آنجا که تجهیزات تقطیر مولکولی ساده هستند و افت فشار داخلی کم است، میتوان به خلاء بالاتری دست یافت. مورد بعدی زمان گرمایش کوتاه است. بر اساس اصل تقطیر مولکولی، مولکولهای سبک که از سطح تبخیر فرار میکنند، تقریباً بدون هیچ برخوردی به سطح چگالش میرسند و در نتیجه زمان گرمایش بسیار کوتاهی حاصل میشود. علاوه بر این، راندمان جداسازی بالا است. در عین حال، عملیات تقطیر مولکولی باید چندین شرط را برآورده کند. اول، باید تفاوت مشخصی در مسیرهای آزاد میانگین مولکولهای جزء سبک و سنگین وجود داشته باشد. دوم، فاصله بین سطح تبخیر و سطح چگالش باید کمتر از مسیر آزاد میانگین مولکولهای جزء سبک باشد. در مقایسه با تقطیر معمولی، تقطیر مولکولی مزایای برجسته بسیاری دارد، اما محدودیتهای خاصی نیز دارد. از آنجا که تقطیر مولکولی نیاز به جداسازی تحت خلاء بالا دارد، به تجهیزات نسبتاً گرانقیمت و الزامات طراحی و فنی بالاتری نیاز دارد.
III. سنتز آنزیمی دیگلیسیریدها
۱. استری شدن
استریفیکاسیون از گلیسرول و اسیدهای چرب آزاد به عنوان مواد اولیه و لیپاز به عنوان کاتالیزور برای تولید DAG (دی گلیسیرید) استفاده میکند. در طول فرآیند استریفیکاسیون، محصولات جانبی مانند TAG (تری گلیسیرید) و MAG (مونو گلیسیرید) تولید میشوند. آب تولید شده در واکنش استریفیکاسیون نه تنها مانع پیشرفت واکنش میشود، بلکه فعالیت لیپاز را نیز کاهش میدهد. بنابراین، کنترل میزان مناسب آب بسیار مهم است. به طور معمول، مقدار اسیدهای چرب آزاد تأمین شده بیشتر از گلیسرول است تا اسیدهای چرب آزاد کافی برای استریفیکاسیون با گلیسرول فراهم شود، اما نباید بیش از حد باشد، در غیر این صورت ممکن است حذف آن در پایان واکنش دشوار باشد یا به دلیل اسیدیته بالا بر فعالیت لیپاز تأثیر بگذارد. روش استریفیکاسیون مستقیم مزایایی مانند زمان واکنش کوتاه، خلوص بالای محصول و مراحل ساده واکنش دارد. با این حال، از آنجا که اسیدهای چرب آزاد بسیار گران هستند، هزینه روش استریفیکاسیون مستقیم نسبتاً زیاد است.
۲. هیدرولیز جزئی
روش هیدرولیز جزئی شامل واکنش TAG با آب و آنزیم برای به دست آوردن مخلوطی از DAG، MAG و FFA (اسیدهای چرب آزاد) است. سپس DAG با خلوص بالا با حذف آب، MAG، FFA و TAG باقیمانده از طریق تقطیر مولکولی به دست میآید. روش هیدرولیز جزئی دارای یک فرآیند واکنش ساده و کم هزینه است. با این حال، این فرآیند آب را وارد میکند که ممکن است کیفیت روغن، به ویژه روغنهایی با محتوای بالای اسیدهای چرب غیراشباع چندگانه را کاهش دهد. قبل از وقوع واکنش، ابتدا حلالیت آب در ماده چرب بر سرعت واکنش تأثیر میگذارد. بنابراین، حلالهای آلی یا سورفکتانتها اغلب به واکنش هیدرولیز جزئی اضافه میشوند تا حلالیت متقابل واکنشدهندهها را افزایش داده و بازده DAG را بهبود بخشند.
۳. گلیسرولیز
گلیسرولیز اقتصادیترین روش برای تولید DAG است. گلیسرولیز آنزیمی از TAG و گلیسرول به عنوان مواد اولیه تحت کاتالیز لیپاز برای تولید DAG استفاده میکند. در طی فرآیند گلیسرولیز، گلیسرول به تدریج اضافه میشود تا از جذب گلیسرول روی محل فعال لیپاز و تأثیر بر فعالیت کاتالیزوری آن جلوگیری شود. مشابه روش هیدرولیز جزئی، گاهی اوقات سورفکتانتهای خوراکی به واکنش گلیسرولیز اضافه میشوند تا بر مشکل عدم امتزاج بین گلیسرول و روغنها/چربیها غلبه شود.
۴. ترانساستریفیکاسیون
روش ترانس استریفیکاسیون از TAG و MAG به عنوان مواد اولیه تحت کاتالیز لیپاز برای تولید DAG استفاده میکند. روش ترانس استریفیکاسیون شامل دو مرحله است: ابتدا واکنش هیدرولیز TAG و سپس واکنش استریفیکاسیون بین لیپاز حاصل از TAG و MAG هیدرولیز شده. تعادل بین دو مرحله هیدرولیز و استریفیکاسیون کلیدی و همچنین یک چالش است. علاوه بر این، هزینه بالای MAG برای پیادهسازی صنعتی نامطلوب است.
IV. کاربرد فناوری تقطیر مولکولی در خالصسازی دیگلیسیریدها
DAG (دی گلیسیریدها) نوع جدیدی از روغن سالم است، اما محتوای آن در روغنها و چربیهای طبیعی بسیار کم است. علاوه بر این، محصول خام دی گلیسیریدهای سنتز شده مصنوعی حاوی بسیاری از محصولات جانبی دیگر نیز هست. بنابراین، خالصسازی دی گلیسیریدها بسیار مهم است. فناوری تقطیر مولکولی یکی از رایجترین فناوریهای مورد استفاده در فرآیند خالصسازی دی گلیسیریدها است. همچنین یک فناوری جداسازی و خالصسازی نسبتاً جدید و کارآمد است که با استفاده از تفاوت در میانگین مسیر آزاد حرکت مولکولی مواد مختلف، به هدف جداسازی و خالصسازی دست مییابد. این فناوری دارای دمای تقطیر پایین، زمان گرمایش کوتاه، راندمان جداسازی بالا، عدم آلودگی و طیف کاربرد وسیع است. این فناوری به ویژه برای جداسازی و خالصسازی محصولات طبیعی با نقاط جوش بالا، حساسیت به گرما و اکسیداسیون آسان مناسب است. این روش همچنین میتواند به طور مؤثر از تخریب حرارتی اجزای حساس به گرما و به راحتی اکسید شده جلوگیری کند. همچنین میتوان از آن برای جداسازی موادی با نقاط جوش بالا یا تفاوتهای کوچک در نقاط جوش استفاده کرد. این فناوری چشمانداز کاربرد گستردهای در خالصسازی دی گلیسیریدها دارد. با این حال، در کاربرد فناوری تقطیر مولکولی برای خالصسازی دیگلیسیریدها، مشکلاتی نیز وجود دارد. به عنوان مثال، تجهیزات تقطیر مولکولی نیاز به عملکرد آببندی بالا و گرانقیمت دارند. در حال حاضر، هیچ فناوری مرتبطی نمیتواند این مشکلات را حل کند و لازم است انواع جدیدی از ابزارهای فنی با فناوری تقطیر مولکولی ادغام شوند.
به طور خلاصه، قابلیت اطمینان فناوری تقطیر مولکولی در عمل کاملاً نشان داده شده است و میتواند توسعه و پیشرفت مهندسی شیمی سبز را ارتقا دهد. از آنجایی که فناوری تقطیر مولکولی ارتباط نزدیکی با توسعه فناوریهای مرتبط دارد، چین باید تبادلات و همکاریهای فنی گسترده بین شرکتها، مؤسسات و دانشگاهها را بیشتر تقویت کند تا پایه و اساس بهینهسازی پارامترهای فرآیند برای کاربرد صنعتی تقطیر مولکولی را بنا نهد. فناوری تقطیر مولکولی مزایای منحصر به فردی در جداسازی و خالصسازی داروهای طبیعی دارد. این فناوری به طور فزایندهای در جداسازی و خالصسازی داروهای طبیعی مورد استفاده قرار گرفته است.
اگر در مورد فناوری تقطیر مولکولی یا زمینههای مرتبط سؤالی دارید، یا اگر مایل به کسب اطلاعات بیشتر هستید، لطفاً با ما تماس بگیرید.تماس با ما تیم حرفهای. ما متعهد به ارائه خدمات با بالاترین کیفیت به شما هستیم وراهکارهای آماده تحویل.
زمان ارسال: ۱۶ آوریل ۲۰۲۶
