分子蒸馏原理与火险分析.doc

分子蒸馏原理与火险分析 [摘 要] 本文简述了分子蒸馏技术的基本原理、技术特点、设备结构以及在工业领域的应用。并针对其生产过程中可能存在的火灾危险，提出了具体的防火措施。 [关键词] 分子蒸馏 火险分析 1.前言 在石油化工生产中，通常可以采取蒸馏的方法来分离液体混合物。蒸馏过程主要利用混合物中各组分的挥发度不同而进行分离。对于沸点高、粘度高和热稳定性差的有机化合物来说，由于高温下组分容易发生热分解，普通蒸馏达不到分离和提纯的目的。另外，随着人们对天然物质的青睐，如何保持食品的纯天然性以及日化产品中无化学残留等问题倍受人们的关注。因此，寻求混合物在低温条件下的高效分离技术一直是广大科研工作者的目标。 20世纪30年代初兴起的分子蒸馏逐渐受到人们的重视，目前该技术已在食品、医药、化妆品、油脂加工、石油化工和生物工程等许多领域得到了应用。所用的原料多为有机可燃物，且设备有较高的真空度，若操作不当很容易发生火灾爆炸事故。本文从分子蒸馏的原理和生产装置分子蒸馏的火灾。 分子蒸馏(molecular distillation,简称MD)是一种新型的液-液分离技术 2.1分子运动自由程 一个分子在相邻两次分子碰撞间隔内所走的距离为分子自由程；分子运动平均自由程：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： =……………………….(1) k—玻尔兹曼常数(.) T—环境温度 p—环境压强 d—分子平均直径 由公式（1）可知,T越高P越小d增大越大。这是因为，对于特定的物质而言，d为定值,随着 2.2分子蒸馏的基本原理 由拉乌尔定律可知，一定温度下物质液相与气相蒸气存在着动态平衡[1]。从分子运动平均自由程的公式知，在相同条件下T、P一定时随d的增大而减小(对同系物而言,d随着分子量的增加而增大)，则轻分子能在冷凝面处被冷凝。由于气相轻分子数的减少，破坏了轻分子的动态平衡，结果是混合液中的轻分子不断从液相中逸出而被收集而达到分离的目的。分子蒸馏过程一般包括以下四个步骤[2] ①物料在加热表面上形成液膜 ②液体在液膜表面上自由蒸发 ③轻分子向冷凝面运动 ④轻分子在冷凝面上冷凝 其工作原理如图1所示： 混合液流经加热板在加热板表面蒸发重分子运动不到冷凝面轻分子运动到冷凝表面被收集从而达到轻重分子分离的目的。 由于分子蒸馏的原理与常规蒸馏有根本区别因而它具有常规蒸馏所无法比拟的优点。 常规蒸馏是在物料沸点温度下进行操作的，而分子蒸馏是利用不同种类的分子逸出液面后的平均自由程不同的性质来实现分离的，可在远低于沸点的温度下进行操作，物料并不需要沸腾。因此分子蒸馏技术更有利于节约能源，特别是一些高沸点热敏性物料的分离更适宜采用此技术。 (2)操作压力低 将公式(1)变形得： ……………（2）由公式（2）可知,要想获得足够大的平均自由程可以通过降低蒸馏压强来获得采用特殊的结构形式使其内部压强极小其压力一般为0.1～Pa。 (3)受热时间短 由于分子蒸馏是基于不同物质分子运动自由程的差别而实现分离的，因此加热面与冷凝面的间距要小于轻分子的运动自由程蒸发发出的轻分子几乎未碰撞就被冷凝所以蒸发速度快，混合液受热时间短。若采用先进的分子蒸馏装置,能使混合液在加热面上呈薄膜状则加热面和液面的面积几乎相等所用的蒸馏时间则更短。真空蒸馏受热时间1h，则分子蒸馏仅用十几秒。 (4)分离程度高 分子蒸馏的分离程度更高。常用来分离常规蒸馏不易分开的物质,分子蒸馏的挥发度可用下式表示: ……………………………(3) 公式（3）中轻组分分子量重组分分子量P1、P2分别是组分1和2的蒸气压。常规蒸馏的相对挥发度,α=p1/p2。在p1/p2相同的情况下重组分的分子量M2比轻组分的分子量M1大所以比α大。表明分子蒸馏可以分离蒸气压十分相近而相对分子量有所差别的混合物[3]。 .分子蒸馏装置 分子蒸馏器是分子蒸馏技术的关键设备。分子蒸馏器有简单蒸馏型与精密蒸馏型之分，目前采用的装置多为简单蒸馏型。简单蒸馏型又可分为静止式、降膜式[4]、离心式。 2。静止式分子蒸馏设备一般用于实验室及小量生产，工业上已不采用。 降膜式分子蒸馏器已广泛应用工业生产其优点是液膜厚度小,生产能力大。缺点是很难保证所有的蒸发表面都被液膜均匀覆盖；液体流动时常发生翻滚现象，产生的雾沫也常溅到冷凝面上，影响分离效果。刷膜式分子蒸馏设备是对降膜式设备的一种改进，其结构见图3。其结构的主要特点是在 离心式分子蒸馏装置是目前较为理想的一种装置物料高速旋转的转盘4。与其他方法相比有如下优点：①液膜在旋转的转盘,料液热裂解的几率低。③连续处理量更大，适合于工业化连续性生产。 但目前