分子蒸馏是一种在高高空(≤10Pa)条件下,在加热面上被蒸发的分子经过尽可能短的距离到达冷凝面进行冷凝,从而实现液-波分离的蒸馏过程。它具有蒸馏温度低、蒸馏真空度高、受热时间短、分离程度高等优点,是一种较新的尚未广泛运用于工业化生产的分离技术.
物料从上法兰盖进入分子蒸馏器,通过转子上的分配盘将物料连续均匀的分布到垂直的筒体加热而上,物料靠重力下降的同时,被旋转的刮膜装置在加热面强制形成极薄的湍流状液膜。
被蒸发的分子经过很短的距离到达内置冷凝器并冷凝下来,通过蒸发器底部的出料口掉出,重组份进入短程蒸馏器的残渣收集槽并从侧面的出口排出。其蒸馏过程分以下几个步骤:
物料在加热面上形成液膜
分子在液膜表面上蒸发
被蒸发的分子从加热面向冷凝面运动
被蒸发的分子在冷凝面上冷凝
蒸馏物和残留物的收集排放
真空度高、蒸馏温度低
分子蒸馏器及其配套设备充分考虑到分子蒸馏的要求,确保最小的空气泄漏率,并根据具体工艺要求,配置最合理的高空系统及其附属设备,使分子蒸馏器内部能稳定处于高真空状态(0.1Pa--10Pa),此外由于刮膜装置在加热而上强制形成极薄的湍流状液膜,在较低的蒸馏温度下,被蒸发的分子经过很短的距离到达冷凝面并冷凝下来。
1、分子蒸馏技术的基本原理
分子蒸馏不同于一般的蒸馏技术。它是运用不同物质分子运动平均自由释的差别而实现物质的分离,因而能够实现在远离沸点下操作。
根据分子运动理论,液体混合物的分子受热后运动会加剧,当接受到足够能量时,就会从液面逸出而成为气相分子,随着液面上方气相分子的增加,有一部分气体就会返回液体,在外界条件保持恒定情况下,就会达到分子运动的动态平衡。从宏观上看达到了平衡。
液体混合物为达到分离的目的,首先进行加热,能量足够的分子逸出液面,轻分子的平均自由程大,重分子平均自由程小,若在高淡面小于轻分子的平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一冷凝面,使得轻分子不断被冷凝,从而破坏了轻分子的功平衡而使混合液中的轻分子不断逸出,而重分子因达不到冷凝面很快趋于动态平衡,不再从混合液中逸出,这样,液体混合物便达到了分离的目的。
2、分子蒸馏技术的特点
由分子蒸馏的原理可以看出,分子蒸馏有许多常规蒸馏所不具备的特点。
2.1分子蒸馏的操作真空度高。
由于分子蒸馏的冷热面间的间距小于轻分子的平均自由程,轻分子几乎没有压力降就达到冷凝面,使蒸发面的实际操作真空度比传统真空蒸馏的操作真空度高出几个数量级。分子蒸馏的操作残压一般约为0.1-1Pa数量级。
2.2分子蒸馏的操作温度低。
分子蒸馏依靠分子运动平均自由程的差别实现分离,并不需要到达物料的沸点,加之分子蒸馏的操作真空度更高,这又进一步降低了操作温度。
分子蒸馏在蒸发过程中,物料被强制形成很薄的液膜,并被定向拖动,使得液体在分离器中停留时间很短。特别是轻分子,一经逸出就马上冷凝,受热时间更短,一般为几秒或十几秒。这样,使物料的热锁伤很小,特别对热敏性物质的分离过程提供了传统蒸馏无法比拟的操作条件。
3.4分子蒸馏的分离程度更高。
,由分子蒸馏的相对挥发度可以看出:
X式中:M1-―――轻分子分子量;
M2----重分子分子量
而常规蒸馏相对挥发度a=P1/P2,由于M2M1,所以aTa。2q+p1d2`1J/u。
由以上特点可以看出,分子蒸馏技术,能分离常规蒸馏不易分离的物质,特别适宜于高沸点、热敏性物质