分子蒸馏仪器原理及发展前景

时间：2024-12-26

简介
在温度下，压力越低，气体分子的平均自由程越大。当蒸发空间的压力很低(10-2 ~10-4 mmHg) ，且使冷凝表面靠近蒸发表面，其间的垂直距离小于气体分子的平均自由程时，从蒸发表面汽化的蒸气分子，可以不与其他分子碰撞，直接到达冷凝表面而冷凝。
工作原理
分子蒸馏是一种特殊的液-液分离技术，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。
当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。这样，达到物质分离的目的。
分子蒸馏设备
在沸腾的薄膜和冷凝面之间的压差是蒸汽流向的驱动力，对于微小的压力降就会引起蒸汽的流动。在lmbar下运行要求在沸腾面和冷凝面之间短的距离，基于这个原理制作的蒸馏器称为短程蒸馏器。短程蒸馏器(分子蒸馏)有--个内置冷凝器在加热面的对面，并使操作压力降到0.001mbar。
短程蒸馏器是一个工作在1~0.001mbar压力下热分离技术过程，它较低的沸腾温度，适合热敏性、高沸点物。其基本构成:带有加热夹套的圆柱型简体，转子和内置冷凝器;在转子的固定架上装有刮膜器和防飞溅装置。内置冷凝器位于蒸发器的中心，转子在圆柱型简体和冷凝器之间旋转。
短程蒸馏器由外加热的垂直圆简体、位于它的中心冷凝器及在蒸馏器和冷凝器之间旋转的刮膜器组成。蒸馏过程是:物料从蒸发器的部加入，经转子上的料液分布器将其连续均匀地分布在加热面上,随即刮膜器将料液刮成一层薄、呈湍流状的液膜，并以螺旋状向下推进。
在此过程中,从加热面上逸出的轻分子，经过短的路线和几乎未经碰撞就到内置冷凝器上冷凝成液，并沿冷凝器管流下，通过位于蒸发器底部的出料管排出;残液即重分子在加热区下的圆形通道中收集，再通过侧面的出料管中流出。
其基本原理为分子在运动过程中都在变化自由程(一个分子相邻两次分子碰撞之间走的路程)，而在的外界条件下，不同物质的分子自由程各不相同。就某一种分子来说，在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自由程。
根据分子运动理论,液体混合物的分子接受到足够能量时,就会从液面逸出而成为气相分子，随着液面上方气相分子的增加，有一.部分气体就会返回液体。在6.1. 1分子蒸馏的基本原理一个分子在运动过程中都在变化自由程(一个分子相邻两次分子碰撞之间走的路程)，而在的外界条件下，不同物质的分子自由程各不相同。就某一-种分子来说，在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自由程。由热力学原理可推导出: k焘●毒(田)，，式中，A。为平均自由程; d为分子有效直径;夕为分子所处环境压强; T为分子所处环境温度; k为玻尔兹曼常数。根据分子运动理论，液体混合物的分子接受到足够能量时，就会从液面逸出而成为气相分子，随着液面上方气相分子的增加，有一部分气体就会返回液体。在外界条件保持恒定情况下，终会达到分子运动的动态平衡。根据分子平均自由程式知，不同种类的分子，其平均自由程不同,即不同种类分子，其逸出液面后不与其它分子碰撞的飞行距离是不同的，轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，若在离液面小于轻分子的平均自由程而大于重分子的平均自由程处设置一捕集器，使得轻分子不断被捕集，从而破坏了轻分子的动态平衡而使混合液中的轻分子不断逸出，而重分子因到达不了捕集器而很趋于动态平衡，不再从混合液中逸出，这样液体混合物便达到了分离的目的。分子蒸馏原理如图6.1所示。
两组分混合物进行分离时，以相对挥发度表示其分离能力:
分子蒸馏技术正是利用了不同种类分子逸出液面后直线飞行的距离不同这一性质来实现物质分离的。图14- -7为分子蒸馏原理图。由图14- -7可以看出，液体混合物为了达到分离的目的，首行加热，能量足够的分子逸出液面。轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，若在离液面小于轻分子的平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一-冷凝面，使得轻分子落在捕集器冷凝面.上被冷凝，而重分子则因达不到冷凝面而返回原来液面，这样就将混合物分离了。蒸余物馏出物图14-7分子蒸馏原理示意图分子蒸馏其过程可分为5个步骤:①物料在加热面的液膜形成;②分子在液膜表面上的自由蒸发;③分子从加热面向冷凝
面运动:④分子在冷凝面上的捕获:⑤馏分和残留物的收集。
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