生物反應器3.ppt

1、生物反應器的設計,生物反應器設計的重要方面包括改善生物催化劑，更好的進行過程控制，有更好的無菌條件以及能克服速度限制因素（特別是熱量和質量傳遞）等。 微生物反應器設計的基本要求 （1）避免將需蒸汽滅菌的部件與其它部件連接，因為即使閥門關閉，細菌也可在閥門內生長；,（2）盡量減少法蘭連接，因為設備震動和熱膨脹會引起連接處的移位，導致染菌。如有可能，應采用全部焊接結構，焊接部位一定要確實磨光，以消除積蓄耐滅菌的固體物質的場所； （3）防止死角、裂縫等一類情況，以避免固體物質在此堆積，形成使雜菌獲得熱抗性的環(huán)境； （4）發(fā)酵系統(tǒng)的某些部分應能單獨滅菌； （5）與反應器相通的任何連接都應采用蒸氣加以密

2、封，如取樣口在不取樣時也要一直通蒸氣； （6）所有閥門要易清洗、易使用、易滅菌，比較好的閥們有球閥、隔膜閥和截止閥等；,（7）反應器應始終保持正壓以排除滲漏； （8）為了便于清洗，反應器主體應盡量簡單。 生物反應器的類型: 微生物有厭氧和好氧兩大類，培養(yǎng)這兩大類微生物的發(fā)酵設備有很大的區(qū)別。 根據(jù)發(fā)酵類型和設備特點，反應器基本上可以分成兩類：厭氧和好氧發(fā)酵設備。,厭氧發(fā)酵設備： 厭氧發(fā)酵也稱靜止培養(yǎng)，其發(fā)酵設備因不需供氧，所以設備和工藝都較好氧發(fā)酵簡單。 厭氧發(fā)酵技術常用于部分固體發(fā)酵、液體發(fā)酵和固定化細胞發(fā)酵中。 酒精、丙酮、丁醇、乳酸和啤酒等都是采用液體厭氧發(fā)酵工藝生產的。,厭氧液體深層發(fā)

3、酵幾種除氧方法： (1)在培養(yǎng)初期充入非氧氣體（如N2或CO2），并維持輕微的正壓。 (2)罐內的發(fā)酵液應盡量裝滿，以便減少上層氣相的影響。 (3)使用大劑量接種（一般接種量為總操作體積的1020），使培養(yǎng)物迅速生長，減少培養(yǎng)物對外部氧滲入的敏感性。 (4)一旦厭氧培養(yǎng)物已經活躍生長起來，就不一定再向罐內充無氧氣體了。此時，發(fā)酵罐的排氣口要安裝水封裝置，以防氧氣擴散進入罐內上部空間。 (5)厭氧發(fā)酵的培養(yǎng)基應先通過加熱或噴入無氧氣體來預還原。,第一節(jié) 酒精發(fā)酵設備,酒精發(fā)酵罐的結構必須首先滿足工藝要求。此外，從結構上還應考慮有利于發(fā)酵液的排出、設備的清洗、維修以及設備制造安裝方便等問題。,酒精

4、發(fā)酵罐,1.冷卻水入口 2.取樣口 3.壓力表 4. CO2 氣體入口 5.噴淋水入口 6.料液及酒母入口 7.人孔 8.冷卻水出口 9.溫度計 10.噴淋水收集槽 11.噴淋水出口 12.發(fā)酵液及污水排出口,酒精發(fā)酵罐的筒體為圓柱形,底蓋和頂蓋均為蝶形或錐形. 發(fā)酵的冷卻裝置：小型-罐頂噴水膜狀冷卻；大型-罐內冷卻蛇管和噴淋結合。 酒精發(fā)酵罐的洗滌：噴射洗滌裝置 酒精發(fā)酵罐的計算： 發(fā)酵罐結構尺寸：V體積=V發(fā)酵液量/(0.85-0.9) 發(fā)酵罐罐數(shù)確定：N=(nt/24)+1(個) n-每天加料的罐數(shù),t-一次發(fā)酵周期所需時間 發(fā)酵罐冷卻面積計算：A=Q/KTm (m2 ),第二節(jié) 啤酒發(fā)

5、酵設備,1、前發(fā)酵設備 傳統(tǒng)的前發(fā)酵槽均置于發(fā)酵室內，發(fā)酵槽大部分為開口式。 前發(fā)酵槽可由鋼板或鋼筋混凝土制成，形式以長方形或方形為主。 了防止啤酒中有機酸對各種材質的腐蝕，前發(fā)酵槽內均要涂布一層特殊涂料作為保護層。,開放式前發(fā)酵槽 1.槽體 2.冷卻水管 3.出酒閥,前發(fā)酵槽的計算：,（1）發(fā)酵槽數(shù)目的確定 N=n t n每日糖化次數(shù)； t 前發(fā)酵時間。 （2）前發(fā)酵槽體積的確定 V=ZV0/ (m3) V0 糖化一次麥汁量，m3 ； Z 容納一次麥汁量的整倍數(shù)； 裝液系數(shù)，取0.80.85。,（3）前發(fā)酵槽冷卻面積計算 Q=sq/24t J/(m3 h) 2、后發(fā)酵設備 后發(fā)酵槽又稱貯酒罐

6、，其設備主要完成嫩啤酒的繼續(xù)發(fā)酵，并飽和二氧化碳，促進啤酒的穩(wěn)定、沉清和成熟。 后發(fā)酵槽是金屬的圓筒形密閉容器，有臥式和立式兩種，大多數(shù)工廠采用臥式。,后發(fā)酵槽,A臥式 1.人孔 2.連通接頭（排二氧化碳等） 3.取樣旋塞 4.啤酒放出閥 5.壓力表和安全閥,B立式 1.壓力調節(jié)裝置 2.取樣口 3.人孔 4.啤酒放出口,3、新型啤酒發(fā)酵設備,圓筒體錐底立式發(fā)酵罐（簡稱錐形罐） 可單獨用于前發(fā)酵或 后發(fā)酵，也可將前、后 發(fā)酵合并在該罐進行。 操作清洗方便，無菌條 件高，又利于二氧化碳 氣體的回收和酵母的收 集，所以，已廣泛用于 啤酒生產。,聯(lián)合罐,Universal型的發(fā)酵罐（美國、日本） 結

7、構：淺錐底的大直徑、機械攪拌。既可用于前、后發(fā)酵，也能用于多罐法及一罐法生產。圖1-3-12 朝日罐 日本試制的前發(fā)酵、后發(fā)酵合一的大型室外發(fā)酵罐，斜底圓柱型，外部有冷卻夾套、泡沫塑料保溫。圖1-3-13,4、CIP清洗系統(tǒng),清洗程序分7個步驟： 預沖洗：30s，10次；堿預洗：16分；中間清洗：清水4分；清水噴沖：3次，每次30S ；堿噴沖：15分；清水沖洗；酸性水沖洗。 圖1-3-14,第三節(jié) 連 續(xù) 發(fā) 酵,定義：在發(fā)酵罐內連續(xù)不斷地加入培養(yǎng)液，同時又連續(xù)不斷地排出發(fā)酵液，使發(fā)酵罐中的微生物一直維持在生長加速期，同時降低代謝產物的積累，縮短了發(fā)酵周期，提高了設備利用率。 連續(xù)發(fā)酵時間的確

8、定： t2303 0 生長速率 0 、發(fā)酵開始、發(fā)酵時間t后的發(fā)酵 基質液濃度 兩罐連續(xù)發(fā)酵串聯(lián)物料平衡圖：圖1-3-15,連續(xù)發(fā)酵流程：,（一）酒精連續(xù)發(fā)酵流程 圖1-3-17 圖1-3-18 （二）啤酒連續(xù)發(fā)酵流程 圖1-3-19 （塔式） 圖1-3-22（多罐式）,第一節(jié) 植物細胞培養(yǎng)反應器,1、懸浮培養(yǎng)生物反應器 機械攪拌式反應器：圖1-4-2 非機械攪拌式（氣體攪拌式）反應器：圖1-4-3 應用例子 2、固定化細胞生物反應器 填充床反應器：圖1-4-5 流化床反應器：(圖1-4-6 見書) 膜反應器：圖1-4-8 例子,第二節(jié) 動物細胞培養(yǎng)反應器,動物細胞培養(yǎng)方法： 1、貼壁培養(yǎng)成纖

9、維細胞和上皮細胞等貼壁依賴性細胞在培養(yǎng)中要貼附于壁上，迅速鋪展，有絲分裂，很快進入對數(shù)生長期。 2、懸浮培養(yǎng)在培養(yǎng)器中細胞自由懸浮生長的過程。主要用于非貼壁依賴性細胞培養(yǎng)。 3、固定化培養(yǎng)包埋培養(yǎng)對兩類細胞都適應，細胞生長密度高，抗剪切力和抗污染能力強。,細胞培養(yǎng)的操作方法 1、分批式操作 2、流加式操作 3、半連續(xù)式操作 4、連續(xù)式操作 5、灌注培養(yǎng) 動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)反應器 1、通氣攪拌式細胞培養(yǎng)反應器 圖 1-4-15 2、氣升式動物細胞培養(yǎng)反應器圖 1-4-16,3、中空纖維(聚礬和丙烯的聚合物)細胞培養(yǎng)反應器 4、微囊培養(yǎng)系統(tǒng)(把活性物質或細胞包在薄的半透膜的技術) 5、大載體系統(tǒng)(

10、海藻酸鈉聚合細胞成2.6mm直徑) 6、微載體培養(yǎng)系統(tǒng)(利用固體小顆粒(葡聚糖)作載體,細胞附著在表面) 動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術的應用 疫苗 干擾素 單克隆抗體 其他基因重組產品,第一節(jié) 固體物料的處理與粉碎設備,一、固體物料的篩選除雜設備 1、大麥粗選機：圖2-1-1（SZ振動篩） 是帶有風力除塵的振動篩，篩面傾斜作前后往復運動，稱平搖傾斜篩。（重點） 2、磁力除鐵器 固定形磁鋼裝置 永磁磁滾筒（圖2-1-2） 3、大麥精選機 4、大麥分級機（平板分級篩和圓筒分級篩）（圖2-1-7和2-1-8）,二、固體物料的粉碎設備 1、固體物料的粉碎種類（重點） 擠壓、沖擊、研磨、剪切、劈裂粉碎（圖2-

11、1-9） 2、物料的粉碎度（粉碎比）X=D1/D2 3、粉碎機械 錘式粉碎機、棍式粉碎機（兩棍圖2-1-13）多棍（圖2-1-14、15、16） 圓盤鋼磨 三、固體物料的加水粉碎（濕法粉碎）,采用一級或二級粉碎，主要部分：輸料裝置、加料器、粉碎機和加熱器等。流程圖見圖2-1-19。 四、微細粉碎和超微細粉碎 圖2-1-21、22、23、24,第二節(jié) 液體培養(yǎng)基的制備及殺菌設備,一、糖蜜原料的稀釋與澄清 1、間歇式稀釋設備 2、糖蜜連續(xù)稀釋器（水平式圖2-1-25，立式圖2-1-26、27、28、29） 3、糖液的酸化澄清設備 酸化目的：在糖液中加入硫酸，滅菌，灰渣沉淀澄清，達到發(fā)酵需要。 二、

12、淀粉質原料的蒸煮糖化設備,（一）目的 （二）蒸煮設備 連續(xù)性蒸煮設備（罐式和柱式）圖2-1-31 （三）真空冷卻器（圓筒錐底，料液以切線進入，器內為真空，醪液產生自蒸發(fā)，大量二次蒸汽進冷凝器。錐底排醪液。）圖2-1-34 （四）糖化設備 連續(xù)糖化罐圖2-1-35，真空糖化裝置 三、啤酒生產中麥芽汁的制備,（一）啤酒糖化設備的組合方式 四器組合：糊化鍋、糖化鍋、過濾槽、煮沸鍋。六器組合：糊化鍋、糖化鍋、過濾槽2個、煮沸鍋2個。 （二）糊化鍋 圖2-1-37 （三）糖化鍋 圖2-1-39 （四）煮沸鍋 圖2-1-40 （五）過濾槽 圖2-1-45,四、液體培養(yǎng)基的滅菌（重點）,連續(xù)滅菌流程 優(yōu)點：

13、高產量，設備利用率高；質量好，耗能均衡，好操作；受熱時間短，營養(yǎng)成分保留多；勞動強度低，自動控制。 流程：圖2-1-50、55、58。,第一節(jié) 過濾速度的強化,一、發(fā)酵液的預處理 加熱、凝聚和絮凝、加入鹽類、調節(jié)PH、加入助濾劑。 二、過濾介質選擇和操作條件優(yōu)化,第二節(jié) 過濾設備,分類：常壓過濾機、加壓過濾機和真空過濾機。 一、板框式壓濾機（圖2-2-5、6） 二、真空過濾機 （圖2-2-11、12）,第三節(jié) 離心分離設備,分類：過濾式離心分離和沉降式離心分離 一、離心分離原理與分離因數(shù)（管式和碟式離心機） 分離因數(shù)：是指離心力與重力的比值或離心加速度與重力加速度的比值。f=F/m=a/gr

14、二、常用離心機結構及選型 1、分類：f3000（普通） f50000（超速） f=3000-50000（高速） 1、結構圖（ 2-2-17、18）,第四節(jié) 膜分離設備,一、膜分離的方法（表2-2-11） 二、膜（表2-2-12） 三、膜分離過程 四、膜分離設備 板式、管式、中空纖維式螺旋卷式分離器等。,第一節(jié) 萃取分離原理及設備,一、溶劑萃?。▎渭?、多級：錯流和逆流。影響因素：萃取劑和PH、溫度、鹽析、帶溶劑、去乳化） 二、雙水相萃取 三、離心萃取機,第二節(jié) 離子交換分離原理及設備,一、離子交換樹脂及其分離原理 二、離子交換設備及計算 離子交換罐（圖2-3-13、14、15、16、18、19）

15、,第三節(jié) 吸附分離原理與設備(略),第四節(jié) 色譜分離原理及設備(略) 第五節(jié) 分子蒸餾原理 第六節(jié) 超臨界流體萃取的原理,糖蜜是甘蔗或甜菜糖廠的一種副產品，又稱廢糖蜜，俗稱桔水。糖蜜含糖量較高，因其本身就含有相當數(shù)量的可發(fā)酵性糖，只須添加酵母便可直接發(fā)酵生產酒精，是大規(guī)模工業(yè)生產制造酒精的良好原料。隨著我國制糖工業(yè)的發(fā)展，糖密的產量日益增加，我國不少糖廠都附設酒精車間，作為綜合利用糖蜜生產酒精。從糖蜜酒精發(fā)酵的特點，可清楚看到糖密干物質濃度很大，糖分高，產酸細菌多，灰分與膠體物質很多，如果不預先進行處理，酵母是無法直接進行發(fā)酵的。因此必須進行預處理，糖密的處理程序包括稀釋、酸化、滅菌、澄清和添

16、加營養(yǎng)鹽等過程。,薯類和谷類以及野生植物原料經過加壓蒸煮，淀粉糊化成為溶解狀態(tài)，但是還不能直接被酵母菌利用，發(fā)酵生成酒精。因此，經過蒸煮以后的糊化醪，在發(fā)酵前必須加入一定量的糖化劑，使溶解狀態(tài)的淀粉，變?yōu)榻湍改軌虬l(fā)酵的糖類，這一個由淀粉轉變?yōu)樘堑倪^程，稱為糖化。糖化過程是淀粉酶或酸水解的作用，把淀粉糖化變成可發(fā)酵性糖。 蒸煮設備:為了提高蒸煮醪質量和減輕勞動強度，目前我國個酒精廠廣泛采用連續(xù)蒸煮的方法，這是我國酒精生產中一項重大技術革新，常用的有罐式連續(xù)蒸煮，管式連續(xù)蒸煮，柱式連續(xù)蒸煮等三種方法，各有特點。,概述 生物工業(yè)中的下游加工工藝很大程度上取決于產品的性質及產品所要求的純度。當制品為菌

17、體本身時，則工藝比較筒單。一般來說，下游加工過程可分為4個階段：發(fā)酵液的預處理和固液分離。產物提取。產物精制。成品加工。其中發(fā)酵液的預處理和固液分離，已在上一章討論，產物的提取和精制過程通常采用萃取、離子交換、分子蒸餾、超臨界萃取、吸附、色譜分離方法等。本章主要討論這幾種方法的分離原理及設備。,第一節(jié) 萃取分離原理及設備 1.簡介 萃取( extraction)是利用液體或超臨界流體為溶劑提取原料中目標產物的分離純化操作，所以，萃取操作中至少有一相為流體，一般稱該流體為萃取劑(extractant)。以液體為萃取劑時，如果含有目標產物的原料也為液體，則稱此操作為液-液萃??；如果含有目標產物的原

18、料為固體，則稱此操作為液-固萃取或浸取(Leaching )。以超臨界流體為萃取劑時，含有目標產物的原料可以是液體，也可以是固體，稱此操作為超臨界流體萃取。另外，在液-液萃取中，根據(jù)萃取劑的種類和形式的不同又分為有機溶劑萃取(簡稱 溶劑萃取)、雙水相萃取、液膜萃取和反膠束萃取等。溶劑萃取一般用于小分子物質的提取，雙水相萃取常用于蛋白質等大分子物質的提取。,萃取分離的特點：1、 比化學沉淀法分離程度高；2、 比離子交換法選擇性好、傳質快；3、 比蒸餾法能耗低， 生產能力大，周期短，連續(xù)操作，可以自動化控制；4、 和其他新型分離技術相結合，產生了一系列新型分離技術,單級萃取 單級萃取只包括一個混合

19、器和一個分離器，如圖231所示。料液F和溶劑S加入混合器中經接觸達到平衡后，用分離器分離得到萃取液L和萃余液R。設料液體積為VF，溶劑的體積為Vs，則經過萃取后。溶質在萃取相中的濃度為山，在萃余相中的濃度為 C2,多級錯流萃取 (多級逆流 ),離子交換法主要是基于一種合成的離子交換劑作為吸附劑，以吸附溶液中需要分離的離子。生物工業(yè)中最常用的交換劑為離子交換樹脂，廣泛用于提取氨基酸、有機酸、抗生素等小分子生物制品。在提取過程中，生物制品從發(fā)酵液中吸附在離子交換樹脂上，然后在適宜的條件下用洗脫劑將吸附物從樹脂上洗脫下來，達到分離、濃縮、提純的目的。 離子交換法的特點是樹脂無毒性且可反復再生使用，少

20、用或不用有機溶劑，因而成本低，設備簡單，操作方便。目前已成為生物制品提純分離的主要方法之一。但離子交換法也有生產周期長，PH變化范圍大，甚至影響成品質量等缺點。此外，離子交換樹脂法還廣泛用于脫色、硬水軟化及制備無鹽水等.,離子交換樹脂及其分離原理 離子交換樹脂是一種具有網狀立體結構、且不溶于酸、堿和有機溶劑的固體高分子化合物離子交換樹脂的單元結構由兩部分組成。一部分是不可移動且具有立體結構的網絡骨架，另一部分是可移動的活性離子?；钚噪x子可在網絡骨架和溶液間自由遷移，當樹脂處在溶液中時，其上的活性離子可與溶液中的同性離子產生交換過程。這種交換是等當量進行的。如果樹脂釋放的是活性陽離子，它就能和溶

21、液中的陽離子發(fā)生交換，稱陽離子交換樹脂；如果釋放的是活性陰離子，它就能交換溶液中的陰離子，稱陰離子交換樹脂。,離子交換設備 根據(jù)離子交換的操作方式不同，可分為靜態(tài)和動態(tài)交換設備兩大類。靜態(tài)設備為一帶有攪拌器的反應罐，反應罐僅作靜態(tài)交換用，交換后利用沉降、過濾或水力旋風將樹脂分離，然后裝入解吸罐（柱）中洗滌和解吸。這種設備目前較少采用，生產中多采用動態(tài)離子交換罐或交換柱。 按操作方式不同分間歇操作的固定床和連續(xù)操作的流動床兩類。固定床有單床（單柱或單罐操作）見圖、多床（多柱或多罐串聯(lián)）見圖、復床（陽柱、陰柱）及混合床（陽、陰樹脂混合在一個柱或罐中）。根據(jù)溶液進入交換柱（罐）的方向又有正吸附（溶液

22、在柱中至上而下流動）和反吸附（溶液至下而上流過）兩種。連續(xù)流動床是指溶液及樹脂以相反方向均連續(xù)不斷流入和離開交換設備，一般也有單床、多床之分。 圖是一個最常見的離子交換柱，,A、單柱,雙柱串聯(lián),1、什么是分子蒸餾 分子蒸餾技術不同于一般蒸餾技術,它是一種利用不同物質分子運動自由程的差別,對含有不同物質的物料在液-液狀態(tài)下進行分離的技術。它能使液體在遠低于其沸點的溫度下將其所含的不同物質分離 , 鑒于其在高真空下運行 ,且因其特殊的結構型式 ,因而它又具備蒸餾壓強低、受熱時間短、分離程度高等特點 ,能大大降低高沸點物料的分離成本 ,極好地保護熱敏性物質的品質。從而能解決大量常規(guī)蒸餾技術所不能解決

23、的問題。,為了實現(xiàn)分子蒸餾 ,各國研制了多種結構的分子蒸餾體系 ,主要表現(xiàn)三種類型： 一是降膜式,二是刮膜式,三是離心式。降膜式裝置為早期形式,結構簡單,但由于液膜厚,效率差,現(xiàn)在世界各國很少采用。刮膜式分子蒸餾裝置,形成液膜薄,分離效率高,但較降膜式結構復雜。離心式分子蒸餾裝置離心力成膜,膜薄,蒸發(fā)效率高。但結構復雜,制造及操作難度大。為了提高分離效率,往往需要采用多級串聯(lián)使用。即離心薄膜式和轉子刷膜式 ,前一種體系的處理量大 ,適用于工業(yè) ;實驗室用的多為刮 (刷 )膜蒸發(fā)器。不管何種形式的分子蒸餾 ,其原理都是相同的。,分子蒸餾技術的特點 鑒于分子蒸餾在原理上根本區(qū)別于常規(guī)蒸餾, 因而它

24、具備著許多常規(guī)蒸餾無法比擬的優(yōu)點。 操作溫度低。常規(guī)蒸餾是靠不同物質的沸點差進行分離的, 而分子蒸餾是靠不同物質分子運動自由程的差別進行分離的,因此, 后者是在遠離(遠低于)沸點下進行操作的。 蒸餾壓強低。由于分子蒸餾裝置獨特的結構形式, 其內部壓強極小, 可以獲得很高的真空度。同時, 由分子運動自由程公式可知, 要想獲得足夠大的平均自由程, 可以通過降低蒸餾壓強來獲得, 一般為X10-1Pa數(shù)量級。,3受熱時間短。鑒于分子蒸餾是基于不同物質分子運動自由程的差別而實現(xiàn)分離的因而受加熱面與冷凝面的間距要小于輕分子的運動自由程(即距離很短), 這樣由液面逸出的輕分子幾乎未碰撞就到達冷凝面, 所以受

25、熱時間很短。另外, 若采用較先進的分子蒸餾結構, 使混合液的液面達到薄膜狀, 這時液面與加熱面的面積幾乎相等, 那么, 此時的蒸餾時間則更短。假定真空蒸餾受熱時間為1h, 則分子蒸餾僅用十幾秒。 4分離程度高。分子蒸餾常常用來分離常規(guī)蒸餾不易分開的物質,然而就這兩種方法均能分離的物質而言, 分子蒸餾的分離程度更高。分子蒸餾的揮發(fā)度一般用下式表示: = p1/p2 (M2 / M1)1/2。式中M1為輕組分分子量；M2為重組分分子量；p1、p2分別是組分1和2的蒸氣壓。,分子蒸餾工藝流程圖,D冷阱 TKi物料泵 H預熱器 Pi進料泵 BM薄膜蒸發(fā)器 ML分子蒸餾器,分子蒸餾設備裝置圖,變速機組

26、2、刷膜蒸發(fā)器缸 3、重組分接收瓶 4、輕組分接收瓶 5、恒溫水泵 6、導熱油爐 7、旋轉真空計 8、液氮冷阱 9、油擴散泵 10、導熱油控溫計 11、熱油泵 12、前級真空泵 13、刮膜轉子 14、進料閥 15、原料瓶 16、冷凝柱 17、旁路閥,分子蒸餾技術的應用,分子蒸餾技術作為一種新型、有效的分離手段，自20世紀30年代出現(xiàn)以來，得到了世界各國的重視。至20世紀60年代，已成功地應用于從魚肝油中提取維生素的工業(yè)化生產。如今，美、日、德、蘇 (前 )等發(fā)達國家相繼設計制造出多套工業(yè)化分子蒸餾裝置。隨著人們對天然物質的青睞，回歸自然的潮流興起，新產品的不斷出現(xiàn)，分子蒸餾技術得到了迅速發(fā)展。

27、 1、石油化工生產低蒸汽壓油(如真空泵油等); 蒸餾制取高粘度潤滑油; 碳氫化合物的分離; 原油的渣油及其類似物質的分離; 表面活性劑的提純及化工中間體的精制等, 如高碳醇及烷基多苷、乙烯基吡咯烷酮等的純化, 羊毛酸酯、羊毛醇酯等的制取，等等。利用分子蒸餾可以制取高純烷基多苷。經三級分子蒸餾可達到殘留脂肪醇0.5%的高純產品。,2、食品工業(yè)混合油脂的分離, 可獲得純度達90%95%以上的單脂肪酸酯, 如硬脂酸單甘油酯、月桂酸單甘油酯、丙二醇酯等; 從動植物中提取天然產物, 如精制魚油、米糠油、小麥胚芽油等。 3、在天然藥物分離純化中的應用，可用以蒸餾天然魚肝油，濃縮維生素; 提取濃縮藥用級合成

28、及天然維生素及-胡蘿卜素等；通過分子蒸餾獲得激素縮體; 制取氨基酸及葡萄糖衍生物等；制備天然藥物標品，脫除中藥制劑中的有害重金屬等。 4、農藥的精制。如氯菊酯、增效醚、氧樂果的提純。 在天然產物分離過程中，常用的分離技術有：水蒸氣蒸餾法、吸附樹脂法、超臨界流體萃取法和分子蒸餾法。前兩種方法適合產品的粗制，而后兩種方法都是利用特殊條件下的物性進行分離的，超臨界流體萃取法適合于分離過程的前階段，即從天然原料中將所需成分提取出來，而分子蒸餾適合于把粗產品中高附加值的成分進行分離和提純，并且這種分離是其它常用分離手段難以完成的,分子蒸餾技術國內外發(fā)展現(xiàn)狀 上世紀的三十年代至六十年代，是分子蒸餾技術的研

29、發(fā)時代，至六十年代，日、英、美、德、法及前蘇聯(lián)均有多套大型工業(yè)化裝置投入工業(yè)應用。但由于相關技術的發(fā)展還很落后，致使當時分子蒸餾技術及裝備在總體上還不夠完善。例如，分子蒸餾蒸發(fā)器的分離效率還有待提高、密封及真空獲得技術還有待改進、應用領域還有待拓展、分離成本還有待降低等。所有這些都是后來的研究者改進的方向。從上世紀六十年代至今的五十多年來，各國研究者均十分重視這一領域的研究，不斷有新的專利和文獻出現(xiàn)。同時，也出現(xiàn)了一些專業(yè)的技術公司專門從事分子蒸餾器的開發(fā)制造，使分子蒸餾技術的工業(yè)應用得到了進一步發(fā)展。 目前，世界各國特別是發(fā)達國家的分子蒸餾技術工業(yè)化應用開發(fā)十分活躍，據(jù)報導，應用分子蒸餾技術

30、純化分離的產品達150余種，特別是對于一些高難度物質的分離方面，該項技術顯示了十分理想的效果。,1、什么是超臨界流體（Supercritical Fluid 簡稱SCF） 任何一種物質都存在三種相態(tài)-氣相、液相、固相。 事實上當溫度和壓力達到一定值時，物質就會出現(xiàn)超臨界狀態(tài)。物質的臨界狀態(tài)是指其氣態(tài)與液態(tài)共存的一種邊緣狀態(tài)。在此狀態(tài)中，液體的密度與其飽和蒸汽的密度相同，因此界面消失。 液、氣兩相成平衡狀態(tài)的點叫臨界點。在臨界點時的溫度和壓力分別稱為臨界溫度Tc臨界壓力Pc。不同的物質其臨界點所要求的壓力和溫度各不相同，圖1為二氧化碳超臨界流體的PT性質。,超臨界流體是指超過臨界溫度與臨界壓力狀

31、態(tài)的流體。如果某種流體處于臨界溫度之上（即TTc），無論壓力多高（即PPc），也不能液化，這個狀態(tài)的物質常常不稱為氣體或液體，而被稱為超臨界流體（Supercritical Fluid 簡稱SCF）。 二氧化碳是使用較多的超臨界流體，在較高溫度的超臨界區(qū)內，壓力較小的變化會引起密度的較大變化，使超臨界流體的密度接近于液體的密度,二氧化碳超臨界流體的PT性質,超臨界流體的存在并具有溶解性。在容器中只有兩種物質：CO2和固體萘（事先通過預備性實驗對萘進行定量）。我們都知道氣態(tài)CO2幾乎不溶解固體萘。當容器內的壓力增大到1920 PSI左右（即13.3 MPa）時，我們卻看到萘完全溶解在流體CO2中

32、，這說明此時的流體CO2具有了氣體CO2所沒有的性質溶解性，同時它還具有氣體的流動性和擴散性。從此時的CO2的性質來看，它既不同于氣態(tài)的CO2，也不同于液態(tài)CO2，我們稱此時的二氧化碳為超臨界流體。,在實際生產中往往并不采用等溫，而是將萃取后的超臨界流體導入到分離器降壓的同時，也進行降溫，使溶解在超臨界流體中的溶解物（被萃取物）溶解度更低，從超臨界流體中析出，便于分離。被萃取物在分離器中分離并從下部取出；氣體經升溫、加壓，恢復超臨界狀態(tài)后再循環(huán)操作。圖為變壓變溫萃取的工藝流程圖,超臨界流體萃取技術的應用 (一).超臨界流體技術在國內天然藥物研制中的應用 目前，國內外采用CO2超臨界萃取技術可利

33、用的資源有：紫杉、黃芪、人參葉、大麻、香獐、青蒿草、銀杏葉、川貝草、桉葉、玫瑰花、樟樹葉、茉莉花、花椒、八角、桂花、生姜、大蒜、辣椒、桔柚皮、啤酒花、芒草、香茅草、鼠尾草、迷迭香、丁子香、豆蔻、沙棘、小麥、玉米、米糠、魚、煙草、茶葉、煤、廢油等。在超臨界流體技術中，超臨界流體萃取技術(Supercritical fluid extraction， SFE)與天然藥物現(xiàn)代化關系密切。SFE對非極性和中等極性成分的萃取，可克服傳統(tǒng)的萃取方法中因回收溶劑而致樣品損失和對環(huán)境的污染，尤其適用于對溫熱不穩(wěn)定的揮發(fā)性化合物提?。粚τ跇O性偏大的化合物，可采用加入極性的夾帶劑如乙醇、甲醉等，改變其萃取范圍提高

34、抽提率。,(,(二).超臨界流體技術在其他方面的應用 超臨界萃取技術除了在中藥有效成分的提取方面有著明顯的優(yōu)勢之外，它還在食品、化工和生物工程方面有著廣泛的應用。 1. 在食品方面的應用 目前已經可以用超臨界二氧化碳從葵花籽、紅花籽、花生、小麥胚芽、可可豆中提取油脂，這種方法比傳統(tǒng)的壓榨法的回收率高，而且不存在溶劑法的溶劑分離問題。,2. 在醫(yī)藥保健品方面的應用在抗生素藥品生產中，傳統(tǒng)方法常使用丙酮、甲醇等有機溶劑，但要將溶劑完全除去，又不是要變質非常困難。若采用SCFE法則完全可符合要求。另外，用SCFE法從銀杏葉中提取的銀杏黃酮，從魚的內臟，骨頭等提取的多烯不飽和脂肪酸（DHA，EPA），

35、從沙棘籽提取的沙棘油，從蛋黃中提取的卵磷脂等對心腦血管疾病具有獨特的療效 3. 天然香精香料的提取 用SCFE法萃取香料不僅可以有效地提取芳香組分，而且還可以提高產品純度，能保持其天然香味，如從桂花、茉莉花、菊花、梅花、米蘭花、玫瑰花中提取花香精，從胡椒、肉桂、薄荷提取香辛料，從芹菜籽、生姜，莞荽籽、茴香、砂仁、八角、孜然等原料中提取精油，不僅可以用作調味香料，而且一些精油還具有較高的藥用價值。,啤酒花是啤酒釀造中不可缺少的添加物，具有獨特的香氣、清爽度和苦味。傳統(tǒng)方法生產的啤酒花浸膏不含或僅含少量的香精油，破壞了啤酒的風味，而且殘存的有機溶劑對人體有害。超臨界萃取技術為酒花浸膏的生產開辟了廣闊的前景。4. 在化工方面的應用 在美國超臨界技術還用來制備液體燃料。以甲苯為萃取劑，在Pc=100atm, Tc=400-440條件下進行萃取，在SCF溶劑分子的擴散作用下，促進煤有機質發(fā)生深度的熱分解，能使三分之一的有機質轉化為液體產物。此外，從煤炭中還可以萃取硫等化工產品。