第三章 分子蒸馏技术简介.ppt

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第三章 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。 一、分子蒸馏的基本原理 1、分子运动平均自由程 二、分子蒸馏技术的特点 1、分子蒸馏的操作真空度高 分子蒸馏的操作残压一般约为一般为1×10-1Pa数量级。 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) ;再者,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。 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。 刮膜式蒸馏器 既保证液体能够均匀覆盖蒸发表面, 又可使下降液层得到充分搅动, 从而强化了物料的传热和传质过程, 提高了分离效能。能有效控制液膜的厚度(0.25~0.76 mm)、均匀性以及物料的停留时间,使蒸馏效率明显提高,热分解的可能性显著降低。 离心式蒸馏釜中高速旋转蒸发盘的真空密封要求相当高的技术,这给制造、按装及维修带来困难。此外,由于它的蒸发表面积比薄膜式小,每单元设备的物料处理量小。它没有机械刮片组件,对于表面容易结垢、容易结焦液体的蒸馏是不利的。 * * 分子运动自由程: 一个分子相邻两次分子碰撞之间所走的路程。 分子运动平均自由程: 任一分子在运动过程中都在变化自由程, 而在一定的外界条件下, 不同物质的分子其自由程各不相同。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。由热力学原理可知, 分子运动平均自由程为: 1.分子运动平均自由程λm随温度增加而增加。 2.平均自由程λm与压力p成反比,压力越小(真空度越高),λm越大. 3.不同物质因其有效直径d不同,因而λm不同。轻分子的λm大,而重分子的λm小.如果冷凝面与蒸发面的间距小于轻分子的平均自由程,而大于重分子的平均自由程,这样轻分子被冷却收集而重分子又返回到蒸发面,从而实现了分离。这就是分子蒸馏的基本原理。 4、 分子蒸馏的分离程度高 分子蒸馏的挥发度 M1——轻组分相对分子质量 M2——重组分相对分子质量; p1——轻组分饱和蒸气压,Pa; p2——重组分饱和蒸气压,Pa; ——相对挥发度。 而常规蒸馏的相对挥发度为: 由于    项中    ,因此 即 分子蒸馏的相对挥发度要高于常规蒸馏,从蒸馏原理可知,相对挥发度超高,越利于分离。 二、分子蒸馏过程及其特点 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 二、分子蒸馏过程及其特点 (1) 内扩散:分子由液相主体扩散至蒸发面。该步骤的速率即分子在液相中的扩散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。 二、分子蒸馏过程及其特点 (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,应根据组分的热稳定性、分离要求等具体情况,选择适宜的操作温度。 二、分子蒸馏过程及其特点 (3)飞射:蒸气分子由蒸发面向冷凝面飞射的过程中,既可能互相碰撞,又可能与残存的空气分子发生碰撞。由于蒸发分子均具有相同的运动方向,因此它们之间的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。 二、分子蒸馏过程及其特点 (4)冷凝:即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℃)。 二、分子蒸馏过程及其特点 2.分子蒸馏过程的特点 与普通蒸馏相比,分子蒸馏具有如下特点。 (1) 分子蒸馏在极高的真空度下进行,且蒸发面与冷凝面之间的距离很小,因此在蒸发分子由蒸发面飞射至冷凝面的过程中,彼此发生碰撞的几率很小。而普通蒸馏包括减压蒸馏,系统的真空度均远

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