-分子蒸馏技术.ppt

分子蒸馏技术 分子蒸馏是一项较新的尚未广泛应用于工业化生产的分离技术，能解决大量常规蒸馏技术所不能解决的问题。分子蒸馏是一种特殊的液－液分离技术，能在极高真空下操作，它依据分子运动平均自由程的差别，能使液体在远低于其沸点的温度下将其分离，特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物系的分离。 1.分子蒸馏的基本原理 1.1 分子运动平均自由程 任一分子在运动过程中都在不断变化自由程，在某时间间隔内自由程的平均值为平均自由程。设Vm为某一分子的平均速度；f为碰撞频率；λm为平均自由程。　　 则λm=Vm/f　　∴f=Vm/λm 由热力学原理可知， 式中，d为分子有效直径；P为分子所处空间的压强；T为分子所处环境的温度；K为波尔兹曼常数。则 1.2分子运动平均自由程的分布规律 分子运动自由程的分布规律可表示为 F=1－e -λ/λm 式中，F为自由程小于或等于λ的概率；λm为分子运动的平均自由程；λ为分子运动自由程。由公式可以得出，对于一群相同状态下的运动分子，其自由程等于或大于平均自由程λm的概率为 1－F＝e-λ/λm＝e-1＝36.8％ 1.3　分子蒸馏的基本原理 由分子运动平均自由程的公式可以看出，不同种类的分子，由于其分子有效直径不同，其平均自由程也不相同，换句话说，不同种类的分子逸出液面后不与其他分子碰撞的飞行距离是不相同的。 分子蒸馏技术正是利用不同种类分子逸出液面后平均自由程不同的性质实现的。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平均自由程处设置一冷凝面，使得轻分子落在冷凝面上被冷凝，而重分子因达不到冷凝面而返回原来液面，这样混合物就分离了。 2. 分子蒸馏过程及其特点 2.1 分子蒸馏过程 分子由液相主体至冷凝面上冷凝的过程需经历四个步骤： 内扩散→自由蒸发→飞射→冷凝 (1)内扩散：分子由液相主体扩散至蒸发面的扩散速率。该步骤的速率是控制分子蒸馏速度的主要因素，因此在设备设计中,应尽可能减薄液层的厚度并强化液层的流动。 (2)自由蒸发：分子在液层表面上的自由蒸发。蒸发速率随温度的升高而增大，但分离因子有时却随温度的升高而下降。因此,应根据组分的热稳定性、分离要求等具体情况，选择适宜操作温度。 (3)飞射：蒸气分子由蒸发面向冷凝面飞射过程中，蒸气分子均具有相同的运动方向，相互碰撞对飞射方向和蒸发速率影响不大。但残存的空气分子呈杂乱无章的热运动状态，其数量的多少对蒸发分子的飞射方向及蒸发速率均有重要的影响。因此，分子蒸馏过程必须在足够高的真空度下进行。 (4)冷凝：即蒸汽分子在冷凝面上冷凝。为使该步骤能够快速完成，应采用光滑且形状合理的冷凝面，并保证蒸发面与冷凝面之间有足够的温度差(一般应大于60℃)。 2.2 分子蒸馏技术的特点 2.2.1 分子蒸馏的操作真空度高 由于分子蒸馏的冷热面间的间距小于轻分子的平均自由程, 轻分子几乎没有压力降就达到冷凝面, 使蒸发面的实际操作真空度比传统真空蒸馏的操作真空度高出几个数量级。分子蒸馏的操作残压一般约为1×10-1Pa数量级. 2.2.2 分子蒸馏的操作温度低 分子蒸馏依靠分子运动平均自由程的差别实现分离, 并不需要达到物料的沸点(远低于其沸点) , 加之分子蒸馏的操作真空度更高, 这又进一步降低了操作温度。如某液体混合物在真空蒸馏时的操作温度为260 ℃, 而分子蒸馏仅为150 ℃左右。 2.2.3 分子蒸馏的物料受热时间短 分子蒸馏在蒸发过程中, 物料被强制形成很薄的液膜, 并被定向推动, 使得液体在分离器中停留时间很短(以秒计) 。特别是轻分子, 一经逸出就马上冷凝, 受热时间更短, 一般为几秒或十几秒。这样使物料的热损伤很小, 特别对热敏性物质的净化过程提供了传统蒸馏无法比拟的优越条件。 2.2.4 不可逆性 普通蒸馏是蒸发与冷凝的可逆过程,液相和气相间可以形成互相平衡状态。而分子蒸馏过程中,从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上,中间不与其它分子发生碰撞,理论上没有返回蒸发面的可能性,所以,分子蒸馏是不可逆的。 2.2.5 没有沸腾鼓泡现象 普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象,分子蒸馏是液层表面上的自由蒸发,在低压力下进行,液体中无溶解的空气,因此在蒸馏过程中不能使整个液体沸腾,没有鼓泡现象。 2.2.6 分子蒸馏的分离程度 分子蒸馏常常用来分离常规蒸馏难以 分离的物质，而且就 两种方法均能分的物质而言，分子蒸馏的分离程度更高。 2.2.7 无毒、无害、无污染、无残留 产物纯净安全，且操作工艺简单，设备少。 分子蒸馏的特点决定