分子蒸馏技术的特点
(1) 蒸馏温度低 ,混合物的分离是由于受热分子逸出液面的结果。 分子逸出液面并不需要达到沸点 ,在物料沸点以下就能实现。 所以分子蒸馏是在低于沸点的温度下进行操作的。
(2) 蒸馏压强低 ,由于分子蒸馏装置独特的结构形式 ,其内部压强极小 ,可以获得很高的真空度。 同时 ,由分子运动自由程公式可知 ,要想获得足够大的平均自由程 ,可以通过降低蒸馏压强来获得 ,一般为 x ×10 - 1 Pa 数量级。
(3) 受热时间短 ,分子蒸馏是基于不同物质分子运动自由程的差别而实行分离的 ,因而受热面和冷凝面的间距要小于轻分子的运动自由程 (即距离很短) ,这样由液面逸出的轻分子几乎未碰撞就到达冷凝面 ,所以受热时间很短。 另外 ,若采用较先进的分子蒸馏结构 ,使混合液的液面达到薄膜状 ,这时液面与加热面的面积几乎相等 ,那么 ,此时的蒸馏时间更短。 假定真空蒸馏受热时间为1h ,则分子蒸馏*用十几秒。
(4) 分离程度高 ,分子蒸馏常常用来分离常规蒸馏不易分开的物质 ,然而就二种方法均能分离的物质而言 ,分子蒸馏的分离程度更高。
(5) 没有沸腾、鼓泡现象
分子蒸馏是液层表面上的自由蒸发 ,在低压力下进行 ,液体中无溶解空气 ,因此在蒸馏过程中不能使整个液体沸腾 ,没有鼓泡现象。
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分子蒸馏过程可发如下四步:
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。
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。
分子从蒸发表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。
只要保证冷热两面间有足够的温度差(一般为70~100℃),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
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分子蒸馏基本理论是在高真空(0.133~1Pa)条件下进行的非平衡蒸馏,具有特殊的传质传热机理。
分子蒸馏(Molecular distillation) 技术, 是指在高真空条件下,蒸发面和冷凝面的间距小于或等于被分离物料的蒸汽分子的平均自由程,由蒸发面逸出的分子,既不与残余空气的分子碰撞,自身也不相互碰撞,毫无阻碍地奔射并凝集在冷凝面上。
依据分子蒸馏基本理论,在设计分子蒸馏器时,蒸发面与冷凝面的间距不得大于分子平均自由程。所以,分子平均自由程是分子蒸馏基本理论的**。当进行分子蒸馏时,蒸馏料液通过降膜作用或蒸发面的高速旋转形成一薄层液膜,由于此薄膜传热快且均匀,液膜在蒸发面上的滞留时间可减小到0.1~1s。此时若蒸馏空间压力降到0.1~1Pa,使蒸发面上蒸汽进行蒸发时毫无阻碍,可使操作温度减小至150 ℃左右(对比于常压)。
分子蒸馏技术的优势
分子蒸馏技术的优势主要表现为:(1)低温蒸馏,常见的蒸馏技术主要是利用化合物的沸点不同进行分离,必须使化合物处于沸腾的状态才能实现高效分离。分子蒸馏利用的是不同分子的自由程差异,可以在高真空的条件下进行蒸馏,降低化合物的沸点实现低温蒸馏;(2)**压蒸馏,理论上分子蒸馏可以在0.01Pa~0.1Pa之间,**的压强环境增大了化合物的分子自由程,增强了不同分子自由程的差异,提高了分子效果。(3)快速高效:分子蒸馏过程中化合物从分离器的上部流入,下部流出。分子蒸馏冷凝面与蒸发面近距离布置,分离化合物逸出后迅速冷凝,减少了化合物在高温下的停留时间,提高了化合物的蒸馏效率。
分子蒸馏是一种特殊的液-液分离技术。
分子蒸馏技术稳步发展 前景一片大好
在蒸馏的技术应用上,包括蒸馏酒、蒸馏水以及分子蒸馏三种。其中,分子蒸馏是一种在高真空下操作的蒸馏方法,这时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。
20世纪30年代出现分子蒸馏技术,并在60年代开始工业化反应,国内于80年代中期开始分子蒸馏技术研发,在二十世纪后期,该项技术已广泛应用于石油化工、食品香料等领域,适用于天然物质的提取与分离且没有鼓泡现象。
作为一种特殊的新型分离技术,分子蒸馏在任何温度下均可进行分离,在分子蒸馏过程中,从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上,中间不与其它分子发生碰撞,因此,蒸馏过程是不可逆的。分子蒸馏具有蒸馏温度低、真空度高、传热效率高、受热时间短、分子程度高、耗能小等优点。
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分子蒸馏是一种热分离工艺,**于分离热敏性产物。分子蒸馏的特点是产物停留时间短、工艺蒸发温度低,力求让蒸馏产物受到尽量小的热应力。可见,分子蒸馏是一种非常温和的蒸馏过程。分子蒸馏配套真空系统,通过降低操作压力,达到降低产物沸点的目的。这是一种连续分离过程,其产物停留时间低至数十秒(而其他常规分离方法的停留时间达到数小时!)。所以,在常规蒸馏工艺中(无论是连续的循环、膜式蒸馏,还是非连续的批次蒸馏),由于高温、长停留时间而分解的产品,用分子蒸馏就能够顺利分离。例如,高分子有机化合物用常规蒸馏方法来分离时,较高工艺温度(如超过200℃)会导致其热敏性的分子链裂解。因此高分子有机化合物的分离几乎都会使用分子蒸馏。分子蒸馏的工艺压力和温度范围通常在1到1x10-3mbar、150到280℃。 先进分子蒸馏设备