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1、分子蒸餾分離技術(shù)moleculardistillationtechnologyCONTENTSPARTONE課題目的01PARTTWO具體工作02PARTTHREE存在問(wèn)題03PARTFOUR解決方法04第一節(jié) 概 述分子蒸餾(moleculardistillation)是一種特殊的液--液分離技術(shù)，它不同于傳統(tǒng)蒸餾依靠沸點(diǎn)差分離原理，而是靠不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別實(shí)現(xiàn)分離。一、分子蒸餾的歷史Bronsted和Hevest在1922年世界上最早的實(shí)驗(yàn)用分子蒸餾裝置。1930年代，世界上有代表性的關(guān)于分子蒸餾技術(shù)的研究小組有三個(gè)，負(fù)責(zé)人分別為Burch、Waterman和Hick
2、man。1935年，Hickman領(lǐng)導(dǎo)的小組設(shè)計(jì)出了世界上第一臺(tái)離心式分子蒸餾器。1943年，Qnackenbush和Steenbock對(duì)刮膜式分子蒸餾器進(jìn)行了研究。從20世紀(jì)60年代至今的40多年來(lái)：二、分子蒸餾技術(shù)與傳統(tǒng)精餾的區(qū)別①分子蒸餾的蒸發(fā)面與冷凝面距離很小。②普通減壓精餾是蒸發(fā)與冷凝的可逆過(guò)程。分子蒸餾過(guò)程是不可逆的。③分子蒸餾的分離能力不但與各組分間的相對(duì)揮發(fā)度有關(guān)，而且與各組分的分子量有關(guān)。④分子蒸餾是液膜表面的自由蒸發(fā)過(guò)程，沒(méi)有鼓泡、沸騰現(xiàn)象。第二節(jié) 分子蒸餾的原理一、分子蒸餾分離的基本過(guò)程物料分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴(kuò)散。物料分子在液層上自由蒸發(fā)分子從蒸發(fā)面向冷凝面
3、飛射輕分子在冷凝面上冷凝(一)幾個(gè)基本概念1.理論分子蒸發(fā)速率Langmuir研究了高真空下純物質(zhì)的蒸發(fā)現(xiàn)象，他從分子動(dòng)力學(xué)出發(fā)，推導(dǎo)出純物質(zhì)理論分子蒸發(fā)速率只是表面溫度和分子種類的函數(shù)。G－蒸發(fā)速度，g/(m2·s)；P0－溫度Ts時(shí)的飽和蒸氣壓，Pa；M－分子摩爾質(zhì)量，kg/mol；Ts－蒸發(fā)液面的絕對(duì)溫度，K二、分子蒸餾基本理論2.分離因數(shù)分子蒸餾可以用來(lái)分離揮發(fā)度相近但分子量不同的混合物系。分子蒸餾由于處于非平衡狀態(tài)下操作及其設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得分離效率遠(yuǎn)高于常規(guī)蒸餾。MA－輕分子相對(duì)分子質(zhì)量；MB－重分子相對(duì)分子質(zhì)量；P0A－輕分子飽和蒸汽壓，Pa；P0B－重分子飽和蒸汽
4、壓，Pa；α0－相對(duì)揮發(fā)度(二)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程依靠不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離的。1.分子碰撞2.分子有效直徑3.分子運(yùn)動(dòng)自由程4.分子運(yùn)動(dòng)平均自由程λm=Vm/f1.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?，并隨其接近到一定程度，排斥力迅速增加。當(dāng)兩分子接近到一定程度，排斥力的作用使兩分子分開(kāi)，這種由接近而至排斥分離的過(guò)程就是分子的碰撞過(guò)程。2.分子有效直徑分子在碰撞過(guò)程中，兩個(gè)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。3.分子運(yùn)動(dòng)自由程一
5、個(gè)分子相鄰兩次分子碰撞之間所走的路程，稱為分子運(yùn)動(dòng)自由程。4.分子運(yùn)動(dòng)平均自由程分子運(yùn)動(dòng)平均自由程：某一種分子在某時(shí)間間隔內(nèi)自由程的平均值.λm=kT/(21/2πd2p)d－分子的有效直徑，p－分子所處空間的壓強(qiáng)，T－分子所處環(huán)境的溫度，k－波爾茲曼常數(shù)壓力、溫度及分子有效直徑是影響分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的三個(gè)主要因素。當(dāng)壓力一定時(shí)，特定物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)平均自由程隨空間溫度增加而增大;當(dāng)溫度一定時(shí)，平均自由程λ與空間壓力P成反比，真空度越高(空間壓力越小)λ越大，分子之間碰撞幾率越小。(表4-1)即使物系空間的壓力和溫度相同，對(duì)于不同的物質(zhì)由于分子有效直徑不同，其分子平均自由程也存在差異。
6、分子蒸餾的基本原理從公式可以看到,混合液中的不同組成分子的有效直徑和分子自由程不同,輕分子的平均自由程大,而重分子的平均自由程小,如果冷凝面與蒸發(fā)面的間距小于輕分子的平均自由程,而大于重分子的平均自由程,這樣輕分子被冷卻收集而重分子又返回到蒸發(fā)面,從而實(shí)現(xiàn)了分離。(三)分子蒸餾需具備的條件蒸發(fā)面與冷凝面之間應(yīng)保證較高的溫度差蒸發(fā)面與冷凝面應(yīng)保持較短的距離分子蒸餾分離系統(tǒng)中應(yīng)保持較高的真空度蒸發(fā)面上的液體膜應(yīng)盡可能的薄分子蒸餾裝置應(yīng)有必要的設(shè)備系統(tǒng)1.蒸發(fā)面與冷凝面之間應(yīng)保證較高的溫度差冷凝器表面的溫度應(yīng)低于蒸發(fā)表面溫度50~100℃。防止冷凝器表面分子的再次蒸發(fā)。實(shí)際中還應(yīng)盡可能地增大
7、溫度差為好2.蒸發(fā)面與冷凝面應(yīng)保持較短的距離保持在輕質(zhì)分子平均自由程和重質(zhì)分子平均自由程之間。一般蒸發(fā)面與冷凝面的距離范圍為20~30mm為佳。3.分子蒸餾分離系統(tǒng)中應(yīng)保持較高的真空度壓力必須低，在0.1~40Pa左右。確保分子之間不會(huì)發(fā)生碰撞。4.蒸發(fā)面上的液體膜應(yīng)盡可能的薄可能地?cái)U(kuò)大蒸發(fā)表面和不斷地更新蒸發(fā)表面，以提高傳質(zhì)速率。實(shí)際中，一般薄膜厚度為0.05~0.5mm比較適宜。如果過(guò)薄，則不但技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)，而且單位時(shí)間蒸發(fā)量也要減少。一
