分子蒸餾技術(shù).ppt

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1、分子蒸餾技術(shù)分子蒸餾技術(shù)原理設(shè)備特點(diǎn)應(yīng)用分子蒸餾技術(shù)概述分子蒸餾技術(shù)不同于常規(guī)蒸餾依靠沸點(diǎn)差分離物質(zhì)的原理，依靠不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。因此，它具有蒸餾壓力低、受熱時(shí)間短、操作溫度低和分離程度高等優(yōu)點(diǎn)。由于相關(guān)技術(shù)發(fā)展程度不夠，且影響分子蒸餾過程的因素很多，尚缺乏可用于分子蒸餾技術(shù)計(jì)算的完善的參數(shù)模型，實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用多依賴于放大實(shí)驗(yàn)及工業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。分子蒸餾的基本原理分子運(yùn)動(dòng)自由程影響分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的因素分子蒸餾基本原理分子碰撞分子與分子之間存在著相互作用力，當(dāng)兩分子離得較遠(yuǎn)時(shí)，分子之間的

2、作用力表現(xiàn)為吸引力，但當(dāng)兩分子接近到一定程度后，分子之間的作用力會(huì)改變?yōu)榕懦饬?，并隨其接近距離的減小，排斥力迅速增加。當(dāng)兩分子接近到一定程度時(shí)，排斥力的作用使兩分子分開。這種由接近而至排斥分離的過程，就是分子的碰撞過程。分子運(yùn)動(dòng)自由程分子有效直徑分子在碰撞過程中，兩分子質(zhì)心的最短距離（即發(fā)生斥離的質(zhì)心距離）稱為分子有效直徑。分子運(yùn)動(dòng)自由程一個(gè)分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經(jīng)過的路程稱為分子運(yùn)動(dòng)自由程。分子運(yùn)動(dòng)平均自由程任一分子在運(yùn)動(dòng)過程中都在不斷變化自由程，而在一定的外界條件下，不同物質(zhì)的分子其自由程各不相同。在某時(shí)

3、間間隔內(nèi)自由程的平均值稱為平均自由程。為某一分子的平均速度，為碰撞頻率，為平均自由程分子運(yùn)動(dòng)平均自由程由熱力學(xué)原理可知：為分子所處空間壓力，為分子所處環(huán)境溫度，為玻爾茲曼常數(shù)所以：影響分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的因素根據(jù)公式：溫度、壓力及分子有效直徑是影響分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的主要因素。當(dāng)壓力一定時(shí)，一定物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)平均自由程隨溫度增加而增加。當(dāng)溫度一定時(shí)，壓力越?。ㄕ婵斩仍礁撸?，分子間碰撞機(jī)會(huì)越少。不同物質(zhì)因其有效直徑不同，因而分子平均自由程不同。分子蒸餾基本原理根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論，液體混合物受熱后分子運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇，當(dāng)接受到

4、足夠能量時(shí)，就會(huì)從液面逸出成為氣相分子。隨著液面上方氣相分子的增加，有一部分氣相分子就會(huì)返回液相。在外界條件保持恒定的情況下，最終會(huì)達(dá)到分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡，從宏觀上看即達(dá)到了平衡。根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程公式，不同種類的分子，由于其分子有效直徑不同，故其平均自由程也不同。分子蒸餾的分離作用就是依據(jù)液體分子受熱會(huì)從液面逸出，而不同種類分子逸出后，在氣相中其運(yùn)動(dòng)平均自由程不同這一性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。分子蒸餾基本原理裝置一套完整的分子蒸餾設(shè)備主要包括：物料輸入系統(tǒng)、分子蒸發(fā)器、物料輸出系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和控制系統(tǒng)

5、等部分組成。分子蒸餾裝置的核心部分是分子蒸發(fā)器。其種類主要有四種：靜止式降膜式刮膜式離心式靜止式靜止式分子蒸餾器出現(xiàn)最早,結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單,靜止式可分為釜式、盤式等靜止式分子蒸餾設(shè)備一般適用于實(shí)驗(yàn)室及小量生產(chǎn),在工業(yè)上已不采用。釜式降膜式降膜式裝置為早期形式，其優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，液膜厚度小,沿蒸發(fā)表面流動(dòng);物料停留時(shí)間短,熱分解的可能性較小,蒸餾過程可以連續(xù)進(jìn)行。缺點(diǎn)：其液膜厚度不均,液體在下降過程中易產(chǎn)生溝流,容易形成熱點(diǎn)使組分分解，效率差，生產(chǎn)規(guī)模有限。刮膜式優(yōu)點(diǎn):同降膜式分子蒸餾器相比，物料停留時(shí)間更短,液膜厚度更薄

6、且均勻,熱分解可能性更小。缺點(diǎn):難以保證所有的蒸發(fā)表面都被液膜均勻覆蓋,產(chǎn)生的霧沫也常濺到冷凝面上。離心式優(yōu)點(diǎn)：得到極薄的液膜且液膜分布更均勻,蒸發(fā)速率和分離效率更好;物料在蒸發(fā)面上的受熱時(shí)間更短,避免物料分解與聚合;物料的處理量更大,更適合工業(yè)上的連續(xù)生產(chǎn)。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求有高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤,又需要較高的真空密封技術(shù)，制造及操作難度大。特點(diǎn)1.蒸餾溫度低。分子蒸餾依靠分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別實(shí)現(xiàn)分離,并不需要達(dá)到物料的沸點(diǎn)，只要存在溫度差就可以達(dá)到分離目的。2.蒸餾壓強(qiáng)低。分子蒸餾裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,整個(gè)體系

7、可以獲得很高的真空度(一般只有0.133~1Pa),物料不易氧化受損且有利于沸點(diǎn)溫度降低。3.受熱時(shí)間短。分子蒸餾是基于不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)自由程的差別而實(shí)行分離的，加熱面與冷凝面的間距要小于輕分子的運(yùn)動(dòng)自由程，這樣由液面逸出的輕分子幾乎未碰撞就到達(dá)冷凝面,所以受熱時(shí)間很短。4.分離程度高。分子蒸餾的相對(duì)揮發(fā)度：常規(guī)蒸餾的相對(duì)揮發(fā)度為：M1為輕組分相對(duì)分子質(zhì)量；M2為重組分相對(duì)分子質(zhì)量；P1為輕組分飽和蒸氣壓，Pa；P2為重組分飽和蒸氣壓，Pa；為相對(duì)揮發(fā)度。由于項(xiàng)中M2>M1，因此>1，即>。這就表明分子蒸餾較常規(guī)蒸

8、餾更易分離物質(zhì)，且隨著M2與M1的差別越大，則分離程度越高。優(yōu)勢(shì)不可逆性。分子蒸餾過程中,輕分子從蒸發(fā)表面逸出直接飛射到冷凝面上,中間不與其它分子發(fā)生碰撞,理論上沒有返回蒸發(fā)面的可能性,為不可逆過程。沒有沸騰鼓泡現(xiàn)象。分子蒸餾是液層表面上的自由蒸發(fā)，在低壓力下進(jìn)行，液體中無(wú)溶解的空氣，因此不能使整個(gè)液體沸騰，沒有鼓泡現(xiàn)象。清潔環(huán)保，無(wú)毒無(wú)害。分子蒸餾技術(shù)是一