分子蒸餾技術(shù)及其應(yīng)用的研究進展

時間：2025-01-16作者：杭州川一實驗儀器有限公司瀏覽：48

分子蒸餾(m olecular isillation是一種在高真空下進行的特殊蒸餾技術(shù)。該技術(shù)自20世紀30年代問世以來得到人們的廣泛重視。20世紀60年代，此項技術(shù)已成功地應(yīng)用于從濃縮提煉維生素A的工業(yè)化中。雖然近年來一些國家如美國、 德國、日本、瑞典、波蘭以及前蘇聯(lián)等相繼利用分子蒸餾技術(shù)解決了許多分離領(lǐng)域中的難題:但分子蒸餾是一項國內(nèi)外正在工業(yè)化開發(fā)應(yīng)用的尚未實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化。我國對分子蒸餾技術(shù)的應(yīng)用研究起步較晚。偶見60年代的少量報道到80年代末期，國內(nèi)引進了幾套分子蒸餾生產(chǎn)線用于硬脂酸單甘酯等的生產(chǎn).目前該項技術(shù)在我國工業(yè)化推廣應(yīng)用處于起步階段。但由于該項技術(shù)的**性和*特性以及廣闊的應(yīng)用前景,較大地激發(fā)了國內(nèi)科研人員的興趣。一些科研單位和大專院校如:廣州漢維有限公司、北京化工大學(xué)、華南理工大學(xué)化學(xué)工程研究所等對此都做了大量的實驗研究工作和分子蒸餾設(shè)備的研制和改進，并且有些成果陸續(xù)進行了工業(yè)化生產(chǎn)**了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
分子蒸餾的基本原理1.1分子 運動平均自由程[1]
分子在運動過程中,它的自由程不斷發(fā)生變化在某時間間隔內(nèi)自由程的平均值為平均自由程。設(shè)vm為任-分子的平均速度f為分子間的碰撞頻率,)m為平均自由程則)m=vm/f;由熱力學(xué)原理可知f=2vm πd2kT,所以)m=kT/2rd2p(1其中d為分子的有效直徑,p為分子所處空間的壓強,T為分子所處環(huán)境的溫度k為波爾茲曼常數(shù)。
1.2分子運動自由程的分布規(guī)律[2]
分子運動自由程的分布規(guī)律可表示為F=1 -e-Nhm(2.式中F為自由程不大于λ的概率λm
為平均自由程入為分子運動自由程.由公式可以得出，對于一群相同狀態(tài)下的運動分子其自由程不小于平均自由程)m的概率為1-F= e-m/m=e- 1=0368。
13分子蒸餾的基本原理[3]
由分子運動自由程的公式可以看出，不同種類的分子,由于其分子有效直徑不同. .其自由程也不相同，即不同種類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)正是利用不同種類分子逸出液面(蒸發(fā)液面后的平均自由程不同的性質(zhì)實現(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,而重分子因達不到冷凝面而返回原來液面.這樣混合物就得到了分離。
1.4影響分子運動平均自由程 的因素溫度、壓力及分子的有效直徑是影響分子運動平均自由程的主要因素物質(zhì)確定以后，分子的有效直徑一-定.當溫度升高，分子運動加劇分子運動自由程增加:當溫度恒定時，壓力降低單位體積的分子數(shù)減少:分子碰撞的頻率降低分子運動的平均自由程增加。
1.5分子蒸餾的蒸餾速度和相對揮發(fā)度[4]
1.5.1 分子蒸餾速度
分子蒸餾速度是由物質(zhì)分子從蒸發(fā)液面揮發(fā)速度決定.同氣液平衡無關(guān)。Greeberg從這個角度出發(fā)推導(dǎo)出物質(zhì)分子蒸餾速度方程，即:N=p*12πT MR g1/2
(3其中N為摩爾蒸發(fā)
速度(md/cm2. s,P 為組分的蒸汽壓(g/cm2.M為分子量,T為**溫度(K,R g為氣體常數(shù)(gcm/g° mol: K。對于雙組分體系則Ni=cicT.aipi12rRg T Mi1/2
(4.其中ci為摩爾濃度,cT為總的摩爾濃度ci為蒸發(fā)系數(shù),這組函數(shù)關(guān)系比較適合描述離心式蒸餾:對于降膜式分子蒸餾，由于液膜比較厚考慮擴散對蒸餾速度的影響。
1.5.2相對揮發(fā)度
分子蒸餾表示組分分離難易程度用相對揮發(fā)度表示。在分子蒸餾過程中理論相對揮發(fā)度用以下表示:a1=p1op2oM2M1(5,其中p1o為組分1的飽和蒸汽壓:p2o為組分2的飽和蒸汽壓,M1為組分1的分子量,M2為組分2的分子量。在實際過程中，對于雙組分體系。真空相對揮發(fā)度為:a2=Y(1-X X(1-Y
(6.其中Y為在氣相中的摩爾分率，X為在液相中的摩爾分率。
2分子蒸餾裝置[5]
分子蒸餾技術(shù)的**為分子蒸餾裝置。各國研制出了多種多樣分子蒸餾裝置,但根據(jù)形成蒸發(fā)液膜的不同設(shè)計和結(jié)構(gòu)差異,大致可分為3大類(1降膜式分子蒸餾器(lling fim evapo2
raor(2刮膜式分子蒸餾器(iped-fIm evap02
tator(3離心式分子蒸餾器(entifigal evapora2
tor。
2.1降膜式分子蒸餾器
該裝置是采取重力使蒸發(fā)面上的物料變?yōu)橐耗そ迪碌姆绞?。將物料加熱蒸發(fā)物就可在相對方向的冷凝面.上凝縮。降膜式裝置為早期形式結(jié)構(gòu)簡單在蒸發(fā)面上形成的液膜較厚效率差.現(xiàn)在各國很少采用。2.2刮 膜式分子蒸餾裝置該裝置是采取重力使蒸發(fā)面_上的物料變?yōu)橐耗そ迪碌姆绞?，但為了使蒸發(fā)面上的液膜厚度小且分布均勻，在蒸餾器中設(shè)置了-硬碳或聚四
氟乙烯制的轉(zhuǎn)動刮板。該刮板不但可以使下流液層得到充分攪樣，還可以加快蒸發(fā)面液層的較新.從而強化了物料的傳熱和傳質(zhì)過程。其優(yōu)點是液腹厚度小,并且沿蒸發(fā)表面流動，披蒸餾物料在操作溫度下停留時間短，熱分解的危險性較小蒸餾過程可以連續(xù)進行生產(chǎn)能力大。缺點是液體分配裝置難以完善,很難保證所有的綦發(fā)表面都被液膜均勻覆蓋,液體流動時常發(fā)生翻濠現(xiàn)象所產(chǎn)生的霧沫也常展到冷凝面上。但由于該裝置結(jié)構(gòu)相對簡單，價格相對低廉，現(xiàn)在的實驗室及工業(yè)生產(chǎn)中,大部分都采,用該裝置。
2.3離心式分子蒸餾裝置
將物料送到高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤*，并在旋轉(zhuǎn)面擴展形成薄膜同時加熱蒸發(fā)，使之與對面的冷凝面凝縮該裝置是目前較為理想的分子蒸餾裝置。但與其它兩種裝置相比要求有高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤,又需要較高的真空密封技術(shù)。離心式分子蒸餾器與刮膜式分子蒸餾器相比具有以下優(yōu)點:由于轉(zhuǎn)盤高速旋轉(zhuǎn)。可得到較薄的液膜且液膜分布較均勻,蒸發(fā)速率和分離效率較好;物料在蒸發(fā)面上的受熱時間較短降低了熱敏物質(zhì)熱分解的危險:物料的處理量較大較適合工業(yè)上的連續(xù)生產(chǎn)。
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