24/05/2026
🦎Chưng cất nhưng không cần Nhiệt độ sôi và Cân bằng pha?
Công nghệ chưng cất phân tử màng mỏng (Wiped Film Molecular Distillation)
Chưng cất có lẽ là một trong những công nghệ trong kỹ thuật hoá học được sử dụng lâu đời nhất. Đây là một kỹ thuật vật lý, về nguyên tắc không cần thêm một hoá chất bên ngoài vào để đạt được mục đích, nó được coi là sạch.
Tuy nhiên khi nói về chưng cất, mọi người gần như sẽ mặc định nghĩ đến ngay quá trình đun sôi hỗn hợp để thu được phần hơi giàu cấu tử nhẹ và phần lỏng còn lại (cặn) giàu cấu tử nặng. Quá trình này dựa trên nguyên lý Cân bằng lỏng – hơi (V***r – Liquid Equilibrium (VLE))
Lặp lại quá trình đó nhiều lần (qua nhiều đĩa lý thuyết) cuối cùng người ta thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao, gọi là trải qua quá trình chưng và luyện (Rectification).
Nhưng, công nghệ chưng cất còn tiến xa hơn thế, để xử lý một hỗn hợp vừa nhạy cảm nhiệt (gặp nhiệt cao dễ bị biến tính) nhưng lại có nhiệt độ sôi cao. Người ta đã phát minh ra công nghệ Chưng cất phân tử màng mỏng (Wiped Film Molecular Distillation).
Ngắn gọn, công nghệ này hoạt động như thế nào? Thay vì dựa vào nguyên lý Cân bằng pha lỏng – hơi tại nhiệt độ sôi của hỗn hợp thì công nghệ này sử dụng nguyên lý Hiện tượng Bay hơi Tự do của vật chất.
Ở điều kiện bất kỳ các nguyên tử luôn có xu hướng tách ra khỏi bề mặt lỏng/rắn của vật chất, tạo thành áp suất hơi riêng của chất đó. Mức độ có thể nhiều hay ít tuỳ vào khả năng bay hơi của mỗi chất. Nhanh thì như các ete hữu cơ, chậm thì như miếng kim loại platinum (cả năm chả bay ra được một vài phân tử :D).
Quãng đường một phân tử khí di chuyển trước khi gặp, va chạm một phân tử khác được gọi là Mean free path. Để quãng đường này xa một chút, người ta phải hút chân không sâu
Và Chưng cất phân tử được thực hiện làm sao cho hơi thoát ra khỏi hỗn hợp lỏng đi một quãng đường ngắn (gần bằng mean free path) gặp condenser lạnh sẽ ngưng tụ. Quá trình này diễn ra ở chân không sâu để làm giảm năng lượng cần cung cấp, và tạo điều kiện dễ dàng cho hơi đi được quãng đường có ý nghĩa công nghiệp.
Trong công nghiệp để thúc đẩy quá trình này, người ta dùng thiết bị phun, tạo một lớp màng mỏng nguyên liệu chạy dọc một ống tròn (được gia nhiệt hợp lý) phần lõi ống tròn có chứa bộ phận làm lạnh để ngưng tụ hơi. Như vậy hơi đi từ thành ống vào giữa chỉ cần một quãng ngắn. Cuối ống quá trình phân tách được hoàn tất.
Đặc điểm của công nghệ này:
- Thời gian lưu ngắn (vài giây so với hàng giờ của chưng cất thường theo mẻ)
- Nhiệt độ chưng thấp, không cần nhiệt độ sôi, chỉ cần nhiệt hợp lý cho việc bay hơi tự do là đủ
- Hiệu quả: màng mỏng thúc đẩy quá trình truyền nhiệt và truyền chất lên rất nhiều. Diện tích bề mặt là vượt trội với chưng cất thường.
Ứng dụng chính:
- Cô đặc thu dung môi
- Xử lý tinh chế chất béo
- Tinh chế, xử lý tinh dầu chất thơm
- Dược phẩm
- Polymers
Nguồn ảnh:
- Ảnh 1: Pope Inc.,
- Ảnh 2: toptiontech
- Ảnh 3: bothsh