[医药卫生]制药分离工程第七章 精馏技术.ppt

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[医药卫生]制药分离工程第七章 精馏技术

基本原理 分子蒸馏是一种在高真空条件下进行的非平衡分离的连续蒸馏过程,又称为短程蒸馏。分子蒸馏过程的压力通常仅为102~10-1Pa,因而混合物中的易挥发组分可在远低于沸点的温度下进行挥发,且受热时间仅为10-1~10-2s,系统又高度缺氧,故可较好地保持热敏性物质的天然品质,特别适用于分离低挥发度、高沸点、易氧化、热敏性以及具有生物活性的物料。 7.4 分子蒸馏 基本原理 一、分子蒸馏的基本概念 1.分子平均自由程 分子在两次连续碰撞之间所走路程的平均值称为分子平均自由程。当体系中仅有一种物质存在时,分子平均自由程可按下式计算 式中?m—分子平均自由程,m;?—气体的粘度,Pa?s;po—饱和蒸气压,Pa;T—温度, K;M—千摩尔质量,kg?kmol-1。 基本原理 一、分子蒸馏的基本概念 分子平均自由程是设计分子蒸馏装置的最重要的参数,所设计的结构(具有蒸发面与冷凝面)应使被分离组分的分子在蒸发面与冷凝面之间所经历的路程小于分子平均自由程,从而使大部分由蒸发面逸出的分子在到达冷凝面之前既不与残余空气的分子碰撞,又不与蒸气分子自身碰撞。 基本原理 一、分子蒸馏的基本概念 2.分子蒸馏原理 分子蒸馏是依靠不同物质的分子在运动时的平均自由程的不同来实现组分分离的一种特殊液液分离技术。混合液中轻组分分子的平均自由程较大,而重组分分子的平均自由程较小。 ?轻 ?重 基本原理 一、分子蒸馏的基本概念 3.分离因子 分离因子是衡量液相分子蒸发后进入气相以及气液表面捕捉气相分子能力的参数,其主要影响因素为温度和被分离物质的分子量。 基本原理 一、分子蒸馏的基本概念 4.蒸发速率 即单位时间内所蒸发的物料量,是反映分子蒸馏装置生产能力的指标。在绝对真空的条件下,表面自由蒸发速率等于分子的热运动速率。双组分理想溶液的分子蒸发速率可表示为 式中Gi—组分i的蒸发速率,kg?h-1;G—总蒸发速率,kg?h-1; po—组分i的饱和蒸气压,Pa;Mi—组分i的摩尔分子量,kg?mol-1;T—蒸发温度,K;xi—组分i的摩尔分率,无因次;R—通用气体常数,8.314J?mol-1?K-1。 基本原理 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 基本原理 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。 基本原理 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,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,选择适宜的操作温度。 基本原理 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。 蒸发分子均具有相同的运动方向,它们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,分子蒸馏须在足够高的真空度下进行。当然,一旦真空度可确保飞射过程快速进行时,再提高真空度就没有意义了。 基本原理 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℃)。 基本原理 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,系统的真空度均远低于分子蒸馏,且蒸气分子需经过很长的距离才能冷凝为液体,期间将不断地与液体或其他蒸气分子发生碰撞,整个操作系统存在一定的压差。 基本原理 二、分子蒸馏过程及其特点 (2) 减压精馏是蒸发与冷凝的可逆过程,气液两相可形成相平衡状态;而在分子蒸馏过程中,蒸气分子由蒸发面逸出后直接飞射至冷凝面上,理论上没有返回蒸发面的可能性,故分子蒸馏过程为不可逆过程。 (3) 普通蒸馏的分离能力仅取决于组分间的相对挥发度,而分子蒸馏的分离能力不仅与组分间的相对挥发度有关,而且与各组分的分子量有关。 基本原理 二、分子蒸馏过程及

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