分子蒸馏的原理及设备

2、分子蒸馏原理
?液体混合物沿加热板自上而下 流动，被加热后能量足够的分子 逸出液面。 ?离液面距离小于轻分子的分子 运动平均自由程而大于重分子的 分子运动平均自由程处设置一冷 凝板。 ?轻分子能够到达冷凝板，破坏 了体系中轻分子的动态平衡，不 断逸出 ?重分子因不能到达冷凝板，很 快与液相中重分子趋于动态平衡， 表观上重分子不再从液相中逸出， 这样，液体混合物便达到了分离
2、全套装置的系统组成
2、全套装置的系统组成
? 蒸发系统 以分子蒸馏蒸发器为核心，可以是单级，也可以 是两级或多级。该系统中除蒸发器外，往往还设置一级蒸 发系统以分子蒸馏蒸发器为核心，可以是单级，或多级 冷 阱。
? 物料输入、输出系统 以计量泵、级间输料泵和物料输出泵 等组成，主要完成系统的连续进料与排料功能。
5、简易离心式分子蒸馏实验装置
该装置为早期的离心式实验 装置，是一种带循环的间歇蒸馏 装置。由泵从贮罐中将液体打入 分离器内锥形盘中，由马达带动 锥形盘旋转，而使液体形成薄膜， 并向锥形盘周边移动，液膜被加 热后，易挥发物被蒸出，在真空 罩周围冷凝，顺着蒸出物液槽流 出至蒸出液瓶中，蒸余物则顺蒸 余物液槽流出至蒸余物贮罐中， 蒸余物再循环蒸馏。
?5、简易离心式分子蒸馏实验装置
6、离心式分子蒸馏实验装置流程
6、离心式分子蒸馏实验装置流程
加料泵 B将贮槽 A中物料，经过预热器 C打入离心式分子 蒸馏器D中，蒸出物进入贮藏罐J，蒸余物可经过热交换器H 进入蒸余物循环槽 I，再返回分子蒸馏器再分离。流程中真 空系统由真空泵、扩散泵等组成。
三、分子蒸馏设备
由热力学原理可知：
d——分子有效直径 p——分子所处空间压力 K——波尔兹曼常数 T——分子所处环境温度
? 分子平均自由程 对比以上两式得：
? 由上式可以看出温度、压力及分子有效直径是影响分 子运动平均自由程的因素。当压力一定时，一定物质 的分子运动平均自由程随温度增加而增加。当温度一 定时，平均自由程与压力成反比，压力越小（真空度 越高），平均自由程越大，即分子间碰撞机会越少。 不同物质因其有效直径不同，因而分子平均自由程不 同。
1、装置设计原则 ? 高真空度 ? 应保证冷凝面与蒸发面的间距与给定气压下蒸发分子的平
均自由程同一量次； ? 为防止已冷凝分子重新蒸发，冷凝面的温度应低于蒸发面
50～100℃； ? 被蒸发物料在蒸发面应能形成连续更新、覆盖完全、厚度
均匀的薄膜，并控制物料停留时间，以提高蒸发效率，防 止成分受到破坏
3、分子蒸馏应满足的条件 ? 轻、重分子的平均自由程必须要有差异，且差异 越大
越好 ? 蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自由程 ? 但是实际上，要是蒸发器表面与冷凝器表面的距离小
于分子的平均自由路程，往往是很 不经济 的。所以通 常其距离 稍大于 分子的平均自由程，并控制在同一数 量级的范围内。 ? 在生产中 分子蒸馏 通常在 0.4-40Pa压力下操作，另一 种称为 无阻碍蒸馏 通常在 2.7-66.7Pa下操作，无阻碍 蒸馏的板间距较大，分子蒸馏的板间距较小， 短程蒸 馏一般分子蒸馏泛指这两者。
7、刮膜式分子蒸馏实验室装置
其结构的主要特点是 在刷膜式釜中设置一聚四 氟乙烯制的转动刮板,既保 证液体能够均匀覆盖蒸发 表面,又可使下流液层得到 充分搅动,从而强化了物料 的传热和传质过程,提高了 分离效能。
7、刮膜式分子蒸馏实验室装置
a 蒸发器
b 蒸发器内成膜构件示意
三、分子蒸馏设备
7、刮膜式分子蒸馏装置
分子蒸馏lecular Distillation)，又称短程 蒸馏，是一种高真空下进行分离精制的连续蒸馏过 程。蒸馏物料分子从蒸发液面挥发至冷凝所经过的 行程小于其分子运动 平均自由程 ，不同物质分子由 于运动平均自由程的差别，而在液－液状态下得到 分离。
2、技术背景
1、相关概念
? 分子运动自由程： 一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经 过的路程称为分子运动自由程。
? 分子平均自由程： 任一分子在运动过程中都在不断变化自 由程，而在一定的外界条件下，不同物质的分子其自由程 各不相同。在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自由 程。
?分子平均自由程
设某一分子vm为平均速度，f为碰撞频率； λm为平均自由 程，则
三、分子蒸馏设备
7、刮膜式分子蒸馏实验室装置 ? 物料存于原料罐 T1内，通过视镜观察并通过阀门控制
分物质被蒸出，经过 冷凝器后被冷凝，易 挥发物通过上部导管
进入易挥发物收集器， 蒸出物通过下部导管 进入蒸出物收 集器。
4、内加热外冷凝降膜式实验用分子蒸馏装置
原料油放入瓶A内， 通过滴液速率计数器 B，沿加热管C进入脱 气管盘F，此前设置一 油气分离球D，然后 再进入一内加热、外 冷凝的降膜分离器， 蒸出物进入接受器K， 蒸余物进入接受器J， 流程系统中设有真空 系统E、G
? 加热系统 根据热源不同而设置不同的加热系统。目前有电 加热、导热油加热及微波加热等。
? 真空获得系统 分子蒸馏是在极高真空下操作，因此，该系 统也是全套装置的关键之一。真空系统的组合方式多种多 样，具体的选择需要根据物料特点确定。
? 控制系统通过自动控制或电脑控制
3、早期装置
欲分离混合液首 先装入蒸发器中，被 加热后，液体中轻组
传统的液体混合物的分离，一般是通过 蒸馏或精馏来 实现的。在通常的蒸馏（精馏）过程中，存在着 两股分子 流向 ：一股是被蒸液体的气化，由液相流向气相的蒸气分 子流；另一股是由蒸气返回至液相的分子流。当气液两相 达到平衡时，表观上蒸气分子不再从液面逸出。假若采用 某种措施，使蒸气分子不再返回（或减少返回）液相，就 会大大提高分离效率
1、相关概念
?分子碰撞： 分子与分子之间存在着相互作用力，当两分子 离得较远时，分子之间的作用力表现为吸引力，但当两分 子接近到一定程度后，分子之间的作用力会改变为排斥力 ，并随其接近距离的减小，排斥力迅速增加。当两分子接 近到一定程度时，排斥力的作用使两分子分开。这种由接 近而至排斥分离的过程，就是分子的碰撞过程。