分子蒸餾技術(shù).doc

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1、分子蒸餾技術(shù)分子蒸餾是一項(xiàng)較新的尚未廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的分離技術(shù)，能解決大量常規(guī)蒸餾技術(shù)所不能解決的問(wèn)題。分子蒸餾是一種特殊的液--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。當(dāng)液體混合物沿加熱板流動(dòng)并被加熱，輕、重分子會(huì)逸出液面而進(jìn)入氣相，由于輕、重分子的自由程不同，因此，不同物質(zhì)的分子從液面逸出后移動(dòng)距離不同，若能恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置一塊冷凝板，則輕分子達(dá)到冷凝板被冷凝排出，而重分子達(dá)不到冷凝板沿混合液排出。這樣，達(dá)到物質(zhì)分離的目的。1.分子蒸餾的基本原理1.1分子

2、運(yùn)動(dòng)平均自由程任一分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都在不斷變化自由程，在某時(shí)間間隔內(nèi)自由程的平均值為平均自由程。設(shè)Vm為某一分子的平均速度；f為碰撞頻率；λm為平均自由程?！　tλm=Vm/f　　∴f=Vm/λm由熱力學(xué)原理可知，式中，d為分子有效直徑；P為分子所處空間的壓強(qiáng)；T為分子所處環(huán)境的溫度；K為波爾茲曼常數(shù)。則1.2分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的分布規(guī)律分子運(yùn)動(dòng)自由程的分布規(guī)律可表示為F=1－e-λ/λm式中，F(xiàn)為自由程小于或等于λ的概率；λm為分子運(yùn)動(dòng)的平均自由程；λ為分子運(yùn)動(dòng)自由程。由公式可以得出，對(duì)于一群相同狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)分

3、子，其自由程等于或大于平均自由程λm的概率為1－F＝e-λ/λm＝e-1＝36.8％1.3　分子蒸餾的基本原理由分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的公式可以看出，不同種類(lèi)的分子，由于其分子有效直徑不同，其平均自由程也不相同，換句話說(shuō)，不同種類(lèi)的分子逸出液面后不與其他分子碰撞的飛行距離是不相同的。分子蒸餾技術(shù)正是利用不同種類(lèi)分子逸出液面后平均自由程不同的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。輕分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，若在離液面小于輕分子的平均自由程而大于重分子平均自由程處設(shè)置一冷凝面，使得輕分子落在冷凝面上被冷凝，而重分子因達(dá)不到冷凝面而

4、返回原來(lái)液面，這樣混合物就分離了。2.分子蒸餾過(guò)程及其特點(diǎn)2.1分子蒸餾過(guò)程分子由液相主體至冷凝面上冷凝的過(guò)程需經(jīng)歷四個(gè)步驟：內(nèi)擴(kuò)散→自由蒸發(fā)→飛射→冷凝(1)內(nèi)擴(kuò)散：分子由液相主體擴(kuò)散至蒸發(fā)面的擴(kuò)散速率。該步驟的速率是控制分子蒸餾速度的主要因素，因此在設(shè)備設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡可能減薄液層的厚度并強(qiáng)化液層的流動(dòng)。(2)自由蒸發(fā)：分子在液層表面上的自由蒸發(fā)。蒸發(fā)速率隨溫度的升高而增大，但分離因子有時(shí)卻隨溫度的升高而下降。因此,應(yīng)根據(jù)組分的熱穩(wěn)定性、分離要求等具體情況，選擇適宜操作溫度。(3)飛射：蒸氣分子由蒸發(fā)面向冷凝面飛

5、射過(guò)程中，蒸氣分子均具有相同的運(yùn)動(dòng)方向，相互碰撞對(duì)飛射方向和蒸發(fā)速率影響不大。但殘存的空氣分子呈雜亂無(wú)章的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其數(shù)量的多少對(duì)蒸發(fā)分子的飛射方向及蒸發(fā)速率均有重要的影響。因此，分子蒸餾過(guò)程必須在足夠高的真空度下進(jìn)行。(4)冷凝：即蒸汽分子在冷凝面上冷凝。為使該步驟能夠快速完成，應(yīng)采用光滑且形狀合理的冷凝面，并保證蒸發(fā)面與冷凝面之間有足夠的溫度差(一般應(yīng)大于60℃)。2.2分子蒸餾技術(shù)的特點(diǎn)2.2.1分子蒸餾的操作真空度高由于分子蒸餾的冷熱面間的間距小于輕分子的平均自由程,輕分子幾乎沒(méi)有壓力降就達(dá)到冷凝面,使

6、蒸發(fā)面的實(shí)際操作真空度比傳統(tǒng)真空蒸餾的操作真空度高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。分子蒸餾的操作殘壓一般約為1×10-1Pa數(shù)量級(jí).2.2.2分子蒸餾的操作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)(遠(yuǎn)低于其沸點(diǎn)),加之分子蒸餾的操作真空度更高,這又進(jìn)一步降低了操作溫度。如某液體混合物在真空蒸餾時(shí)的操作溫度為260℃,而分子蒸餾僅為150℃左右。2.2.3分子蒸餾的物料受熱時(shí)間短分子蒸餾在蒸發(fā)過(guò)程中,物料被強(qiáng)制形成很薄的液膜,并被定向推動(dòng),使得液體在分離器中停留時(shí)間很短(以秒計(jì))。特別是輕分子,一經(jīng)

7、逸出就馬上冷凝,受熱時(shí)間更短,一般為幾秒或十幾秒。這樣使物料的熱損傷很小,特別對(duì)熱敏性物質(zhì)的凈化過(guò)程提供了傳統(tǒng)蒸餾無(wú)法比擬的優(yōu)越條件。2.2.4不可逆性普通蒸餾是蒸發(fā)與冷凝的可逆過(guò)程,液相和氣相間可以形成互相平衡狀態(tài)。而分子蒸餾過(guò)程中,從蒸發(fā)表面逸出的分子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(méi)有返回蒸發(fā)面的可能性,所以,分子蒸餾是不可逆的。2.2.5沒(méi)有沸騰鼓泡現(xiàn)象普通蒸餾有鼓泡、沸騰現(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,因此在蒸餾過(guò)程中不能使整個(gè)液體沸騰,沒(méi)有

8、鼓泡現(xiàn)象。2.2.6分子蒸餾的分離程度分子蒸餾常常用來(lái)分離常規(guī)蒸餾難以分離的物質(zhì)，而且就兩種方法均能分的物質(zhì)而言，分子蒸餾的分離程度更高。2.2.7無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染、無(wú)殘留產(chǎn)物純凈安全，且操作工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備少。分子蒸餾的特點(diǎn)決定了它在實(shí)際應(yīng)用中較傳統(tǒng)技術(shù)有以下明顯的優(yōu)勢(shì)：(1)由于分子蒸餾真空度高，操作溫度低且受熱時(shí)間短，對(duì)于高沸點(diǎn)和熱敏性及易氧化物料的分離，有常規(guī)方法