分子蒸馏原理介绍

实验与分析 0 2021-02-22

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分子蒸馏是一种特殊的液-液分离技术，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。

分子蒸馏是一种特殊的液-液分离技术，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。由于分子蒸馏技术能解决大量常规蒸馏技术所不能解决的问题，这种新型蒸馏方式近年在业内得到广泛应用。

分子蒸馏必须在特殊设计蒸发器内才能实现，国外引进该项技术时翻译成短程蒸馏器(分子蒸馏器)。在特定真空条件下，这时物料蒸汽分子的平均自由程大于蒸发表面与冷凝表面之间的距离，从而可利用料液中各组分蒸发速率的差异，对液体混合物进行分离。

如图所示，当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。这样，达到物质分离的目的。分子蒸馏四个过程：

1、分子从液相主体向蒸发表面扩散：通常，液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的主要因素，所以应尽量减薄液层厚度及强化液层的流动。

2、分子在液层表面上的自由蒸发：蒸发速度随着温度的升高而上升，但分离因素有时却随着温度的升高而降低，所以，应以被加工物质的热稳定性为前提，选择经济合理的蒸馏温度。

3、分子从蒸发表面向冷凝面飞射：蒸汽分子从蒸发面向冷凝面飞射的过程中，可能彼此相互碰撞，也可能和残存于两面之间的空气分子发生碰撞。由于蒸发分子远重于空气分子，且大都具有相同的运动方向，所以它们自身碰撞对飞射方向和蒸发速度影响不大。而残气分子在两面间呈杂乱无章的热运动状态，故残气分子数目的多少是影响飞射方向和蒸发速度的主要因素。

4、分子在冷凝面上冷凝：只要保证冷热两面间有足够的温度差，冷凝表面的形式合理且光滑则认为冷凝步骤可以在瞬间完成，所以选择合理冷凝器的形式相当重要。

短程蒸馏器(分子蒸馏器)在刮板薄膜蒸发器的内部精确设计了内置冷凝器，精密制造的转子部件能在0.001mbar高真空下稳定运行，从而真正实现分子蒸馏原理。

短程蒸馏器(分子蒸馏器)的特点：

1.极高真空：短程蒸馏特殊的构造设计，允许操作压力达到极低的操作真空，实验规模的设备真空可达0.001mbar，即使工业规模的设备也能达到0.01-0.05mbar。

2. 操作温度远低于物料的沸点：由于短程蒸馏采用中心冷凝，物料流动截面积等于蒸发表面，使得蒸发器和冷凝器之间只存在轻微的压降，也就是说真空系统尾端真空度几乎和蒸发器的真空接近。极低的工作压力确保了极低的蒸馏温度，因此短程蒸馏是目前来说最温和的蒸馏方式。

3. 受热时间短：由采用垂直刮板成膜设计，物料在加热壁上的停留时间短，对其他蒸馏而言，受热时间一般较长(30分钟以上甚至几十个小时)，而短程蒸馏仅为十几秒。由于短程蒸馏加热壁与冷凝器间有严格的距离要求，由液面逸出的轻分子，几乎瞬时就到达冷凝面，汽相轻分子受热时间在这个过程中可以忽略不计。热分解的可能被最小化。

4. 传质和传热效率优越：短程蒸馏采用机械刮膜系统，区别于其他如降膜类蒸发器的成膜不均缺陷，在短程蒸发器内物料成膜厚度均匀而且流动特性优良，由于液面和加热面的面积几乎相等，传质和传热效率优越。

内容来源：实验与分析

责任编辑：展源

审　　核：何发