分子蒸餾的原理及設(shè)備演示文稿

分子蒸餾的原理及設(shè)備演示文稿當(dāng)前第1頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)一、概述1、概念

分子蒸餾（MolecularDistillation)，又稱短程蒸餾，是一種高真空下進(jìn)行分離精制的連續(xù)蒸餾過程。蒸餾物料分子從蒸發(fā)液面揮發(fā)至冷凝所經(jīng)過的行程小于其分子運(yùn)動平均自由程，不同物質(zhì)分子由于運(yùn)動平均自由程的差別，而在液－液狀態(tài)下得到分離。當(dāng)前第2頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)一、概述 2、技術(shù)背景傳統(tǒng)的液體混合物的分離，一般是通過蒸餾或精餾來實現(xiàn)的。在通常的蒸餾（精餾）過程中，存在著兩股分子流向：一股是被蒸液體的氣化，由液相流向氣相的蒸氣分子流；另一股是由蒸氣返回至液相的分子流。當(dāng)氣液兩相達(dá)到平衡時，表觀上蒸氣分子不再從液面逸出。假若采用某種措施，使蒸氣分子不再返回（或減少返回）液相，就會大大提高分離效率當(dāng)前第3頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)二、分子蒸餾原理1、相關(guān)概念分子碰撞：分子與分子之間存在著相互作用力，當(dāng)兩分子離得較遠(yuǎn)時，分子之間的作用力表現(xiàn)為吸引力，但當(dāng)兩分子接近到一定程度后，分子之間的作用力會改變?yōu)榕懦饬Γ㈦S其接近距離的減小，排斥力迅速增加。當(dāng)兩分子接近到一定程度時，排斥力的作用使兩分子分開。這種由接近而至排斥分離的過程，就是分子的碰撞過程。當(dāng)前第4頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)二、分子蒸餾原理1、相關(guān)概念分子運(yùn)動自由程：一個分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經(jīng)過的路程稱為分子運(yùn)動自由程。分子平均自由程：任一分子在運(yùn)動過程中都在不斷變化自由程，而在一定的外界條件下，不同物質(zhì)的分子其自由程各不相同。在某時間間隔內(nèi)自由程的平均值稱為平均自由程。當(dāng)前第5頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)二、分子蒸餾原理分子平均自由程設(shè)某一分子vm為平均速度，f為碰撞頻率；λm為平均自由程，則由熱力學(xué)原理可知：d——分子有效直徑p——分子所處空間壓力K——波爾茲曼常數(shù)T——分子所處環(huán)境溫度當(dāng)前第6頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)二、分子蒸餾原理分子平均自由程

對比以上兩式得：由上式可以看出溫度、壓力及分子有效直徑是影響分子運(yùn)動平均自由程的因素。當(dāng)壓力一定時，一定物質(zhì)的分子運(yùn)動平均自由程隨溫度增加而增加。當(dāng)溫度一定時，平均自由程與壓力成反比，壓力越小（真空度越高），平均自由程越大，即分子間碰撞機(jī)會越少。不同物質(zhì)因其有效直徑不同，因而分子平均自由程不同。當(dāng)前第7頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)二、分子蒸餾原理2、分子蒸餾原理液體混合物沿加熱板自上而下流動，被加熱后能量足夠的分子逸出液面。離液面距離小于輕分子的分子運(yùn)動平均自由程而大于重分子的分子運(yùn)動平均自由程處設(shè)置一冷凝板。輕分子能夠到達(dá)冷凝板，破壞了體系中輕分子的動態(tài)平衡，不斷逸出重分子因不能到達(dá)冷凝板，很快與液相中重分子趨于動態(tài)平衡，表觀上重分子不再從液相中逸出，這樣，液體混合物便達(dá)到了分離當(dāng)前第8頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)二、分子蒸餾原理3、分子蒸餾應(yīng)滿足的條件輕、重分子的平均自由程必須要有差異，且差異越大越好蒸發(fā)面與冷凝面間距必須小于輕分子的平均自由程但是實際上，要是蒸發(fā)器表面與冷凝器表面的距離小于分子的平均自由路程，往往是很不經(jīng)濟(jì)的。所以通常其距離稍大于分子的平均自由程，并控制在同一數(shù)量級的范圍內(nèi)。在生產(chǎn)中分子蒸餾通常在0.4-40Pa壓力下操作，另一種稱為無阻礙蒸餾通常在下操作，無阻礙蒸餾的板間距較大，分子蒸餾的板間距較小，短程蒸餾一般分子蒸餾泛指這兩者。當(dāng)前第9頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)三、分子蒸餾設(shè)備1、裝置設(shè)計原則高真空度應(yīng)保證冷凝面與蒸發(fā)面的間距與給定氣壓下蒸發(fā)分子的平均自由程同一量次；為防止已冷凝分子重新蒸發(fā)，冷凝面的溫度應(yīng)低于蒸發(fā)面50～100℃；被蒸發(fā)物料在蒸發(fā)面應(yīng)能形成連續(xù)更新、覆蓋完全、厚度均勻的薄膜，并控制物料停留時間，以提高蒸發(fā)效率，防止成分受到破壞當(dāng)前第10頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)三、分子蒸餾設(shè)備2、全套裝置的系統(tǒng)組成當(dāng)前第11頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)三、分子蒸餾設(shè)備2、全套裝置的系統(tǒng)組成蒸發(fā)系統(tǒng)以分子蒸餾蒸發(fā)器為核心，可以是單級，也可以是兩級或多級。該系統(tǒng)中除蒸發(fā)器外，往往還設(shè)置一級蒸發(fā)系統(tǒng)以分子蒸餾蒸發(fā)器為核心，可以是單級，或多級冷阱。物料輸入、輸出系統(tǒng)以計量泵、級間輸料泵和物料輸出泵等組成，主要完成系統(tǒng)的連續(xù)進(jìn)料與排料功能。加熱系統(tǒng)根據(jù)熱源不同而設(shè)置不同的加熱系統(tǒng)。目前有電加熱、導(dǎo)熱油加熱及微波加熱等。真空獲得系統(tǒng)分子蒸餾是在極高真空下操作，因此，該系統(tǒng)也是全套裝置的關(guān)鍵之一。真空系統(tǒng)的組合方式多種多樣，具體的選擇需要根據(jù)物料特點(diǎn)確定。控制系統(tǒng)通過自動控制或電腦控制當(dāng)前第12頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)三、分子蒸餾設(shè)備3、早期裝置欲分離混合液首先裝入蒸發(fā)器中，被加熱后，液體中輕組分物質(zhì)被蒸出，經(jīng)過冷凝器后被冷凝，易揮發(fā)物通過上部導(dǎo)管進(jìn)入易揮發(fā)物收集器，蒸出物通過下部導(dǎo)管進(jìn)入蒸出物收集器。當(dāng)前第13頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)三、分子蒸餾設(shè)備4、內(nèi)加熱外冷凝降膜式實驗用分子蒸餾裝置原料油放入瓶A內(nèi)，通過滴液速率計數(shù)器B，沿加熱管C進(jìn)入脫氣管盤F，此前設(shè)置一油氣分離球D，然后再進(jìn)入一內(nèi)加熱、外冷凝的降膜分離器，蒸出物進(jìn)入接受器K，蒸余物進(jìn)入接受器J，流程系統(tǒng)中設(shè)有真空系統(tǒng)E、G當(dāng)前第14頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)三、分子蒸餾設(shè)備5、簡易離心式分子蒸餾實驗裝置

該裝置為早期的離心式實驗裝置，是一種帶循環(huán)的間歇蒸餾裝置。由泵從貯罐中將液體打入分離器內(nèi)錐形盤中，由馬達(dá)帶動錐形盤旋轉(zhuǎn)，而使液體形成薄膜，并向錐形盤周邊移動，液膜被加熱后，易揮發(fā)物被蒸出，在真空罩周圍冷凝，順著蒸出物液槽流出至蒸出液瓶中，蒸余物則順蒸余物液槽流出至蒸余物貯罐中，蒸余物再循環(huán)蒸餾。當(dāng)前第15頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)三、分子蒸餾設(shè)備5、簡易離心式分子蒸餾實驗裝置當(dāng)前第16頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)三、分子蒸餾設(shè)備6、離心式分子蒸餾實驗裝置流程當(dāng)前第17頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)三、分子蒸餾設(shè)備6、離心式分子蒸餾實驗裝置流程 加料泵B將貯槽A中物料，經(jīng)過預(yù)熱器C打入離心式分子蒸餾器D中，蒸出物進(jìn)入貯藏罐J，蒸余物可經(jīng)過熱交換器H進(jìn)入蒸余物循環(huán)槽I，再返回分子蒸餾器再分離。流程中真空系統(tǒng)由真空泵、擴(kuò)散泵等組成。當(dāng)前第18頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)三、分子蒸餾設(shè)備7、刮膜式分子蒸餾實驗室裝置

其結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是在刷膜式釜中設(shè)置一聚四氟乙烯制的轉(zhuǎn)動刮板,既保證液體能夠均勻覆蓋蒸發(fā)表面,又可使下流液層得到充分?jǐn)噭?從而強(qiáng)化了物料的傳熱和傳質(zhì)過程,提高了分離效能。當(dāng)前第19頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)

a蒸發(fā)器b蒸發(fā)器內(nèi)成膜構(gòu)件示意三、分子蒸餾設(shè)備7、刮膜式分子蒸餾實驗室裝置當(dāng)前第20頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)三、分子蒸餾設(shè)備7、刮膜式分子蒸餾裝置當(dāng)前第21頁\共有26頁\編于星期二\18點(diǎn)三、分子蒸餾設(shè)備7、刮膜式分子蒸餾實驗室裝置物料存于原料罐T1內(nèi)，通過視鏡觀察并通過閥門控制進(jìn)料速度。物料進(jìn)入分子蒸餾器H后被分離，蒸余物及蒸出物分別由出料口進(jìn)入貯罐T2、T3內(nèi)，蒸余物及蒸出物均可返回原料罐再次循環(huán)分離。真空系統(tǒng)由真空泵、擴(kuò)散泵等組成。其結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是在刷膜式釜中設(shè)置一聚四氟乙烯制的轉(zhuǎn)動刮板,既保證液體能夠均勻覆蓋蒸發(fā)表面,又可使下流液層得到充分?jǐn)噭?從而強(qiáng)化了物料的傳熱和傳質(zhì)過程,提高了分離效能。當(dāng)前第22頁\共有