1、分子蒸餾原理及設備分子蒸餾原理及設備一、概述一、概述1、概念 分子蒸餾分子蒸餾（Molecular Distillation)，又稱短程蒸餾，是一種高真空下進行分離精制的連續蒸餾過程。蒸餾物料分子從蒸發液面揮發至冷凝所經過的行程小于其分子運動平均自由程平均自由程，不同物質分子由于運動平均自由程的差別，而在液液狀態下得到分離。一、概述一、概述2、技術背景 傳統的液體混合物的分離，一般是通過蒸餾或精餾來實現的。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。當氣液兩相達到平衡時，表觀上蒸氣分子不再從液面逸出。假若采

2、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二、分子蒸餾原理二、分子蒸餾原理1、相關概念l分子碰撞：分子碰撞：分子與分子之間存在著相互作用力，當兩分子離得較遠時，分子之間的作用力表現為吸引力，但當兩分子接近到一定程度后，分子之間的作用力會改變為排斥力，并隨其接近距離的減小，排斥力迅速增加。當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。二、分子蒸餾原理二、分子蒸餾原理1、相關概念、相關概念l分子運動自由程：分子運動自由程：一個分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經過的路程稱為分子運動自由程。l分子平均自由程：分子平均自由程

3、：任一分子在運動過程中都在不斷變化自由程，而在一定的外界條件下，不同物質的分子其自由程各不相同。在某時間間隔內自由程的平均值稱為平均自由程。二、分子蒸餾原理二、分子蒸餾原理l分子平均自由程分子平均自由程 設某一分子vm為平均速度，f為碰撞頻率； m為平均自由程，則由熱力學原理可知：d分子有效直徑p分子所處空間壓力K波爾茲曼常數T分子所處環境溫度l分子平均自由程分子平均自由程對比以上兩式得：l由上式可以看出溫度、壓力及分子有效直徑是影響分子運動平均自由程的因素。當壓力一定時，一定物質的分子運動平均自由程隨溫度增加而增加。當溫度一定時，平均自由程與壓力成反比，壓力越?。ㄕ婵斩仍礁撸骄杂沙淘酱?/p>

4、，即分子間碰撞機會越少。不同物質因其有效直徑不同，因而分子平均自由程不同。二、分子蒸餾原理二、分子蒸餾原理2、分子蒸餾原理l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。l離液面距離小于輕分子的分子運動平均自由程而大于重分子的分子運動平均自由程處設置一冷凝板。l輕分子能夠到達冷凝板，破壞了體系中輕分子的動態平衡，不斷逸出l重分子因不能到達冷凝板，很快與液相中重分子趨于動態平衡，表觀上重分子不再從液相中逸出，這樣，液體混合物便達到了分離二、分子蒸餾原理二、分子蒸餾原理3、分子蒸餾應滿足的條件l輕、重分子的平均自由程必須要有差異，且差異越大越好l蒸發面與冷凝面間距必須小于輕分子的

5、平均自由程l但是實際上，要是蒸發器表面與冷凝器表面的距離小于分子的平均自由路程，往往是很不經濟的。所以通常其距離稍大于分子的平均自由程，并控制在同一數量級的范圍內。l在生產中分子蒸餾通常在0.4-40Pa壓力下操作，另一種稱為無阻礙蒸餾通常在2.7-66.7Pa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。三、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備1、裝置設計原則l高真空度l應保證冷凝面與蒸發面的間距與給定氣壓下蒸發分子的平均自由程同一量次；l為防止已冷凝分子重新蒸發，冷凝面的溫度應低于蒸發面50100；l被蒸發物料在蒸發面應能形成連續更新、覆蓋完全、厚度均勻的薄

6、膜，并控制物料停留時間，以提高蒸發效率，防止成分受到破壞三、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備2、全套裝置的系統組成三、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備2、全套裝置的系統組成l蒸發系統蒸發系統以分子蒸餾蒸發器為核心，可以是單級，也可以是兩級或多級。該系統中除蒸發器外，往往還設置一級蒸發系統以分子蒸餾蒸發器為核心，可以是單級，或多級冷阱。l物料輸入、輸出系統物料輸入、輸出系統以計量泵、級間輸料泵和物料輸出泵等組成，主要完成系統的連續進料與排料功能。l加熱系統加熱系統根據熱源不同而設置不同的加熱系統。目前有電加熱、導熱油加熱及微波加熱等。l真空獲得系統真空獲得系統分子蒸餾是在極高真空下操作，因此，該系統也是

7、全套裝置的關鍵之一。真空系統的組合方式多種多樣，具體的選擇需要根據物料特點確定。l控制系統控制系統通過自動控制或電腦控制三、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備3、早期裝置 欲分離混合液首先裝入蒸發器中，被加熱后，液體中輕組分物質被蒸出，經過冷凝器后被冷凝，易揮發物通過上部導管進入易揮發物收集器，蒸出物通過下部導管進入蒸出物收集器。三、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備4、內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，通過滴液速率計數器B，沿加熱管C進入脫氣管盤F，此前設置一油氣分離球D，然后再進入一內加熱、外冷凝的降膜分離器，蒸出物進入接受器K，蒸余物進入接受器J，流程系統中設有真空系統E、G三

8、、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備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，是一種帶循環的間歇蒸餾裝置。由泵從貯罐中將液體打入分離器內錐形盤中，由馬達帶動錐形盤旋轉，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，蒸余物再循環蒸餾。三、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備l5、簡易離心式分子蒸餾實驗裝置三、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備6、離心式分子蒸餾實驗裝置流程三、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備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，經過預熱器C打入離心式分子蒸餾

9、器D中，蒸出物進入貯藏罐J，蒸余物可經過熱交換器H進入蒸余物循環槽I，再返回分子蒸餾器再分離。流程中真空系統由真空泵、擴散泵等組成。三、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備7、刮膜式分子蒸餾實驗室裝置 其結構的主要特點是在刷膜式釜中設置一聚四氟乙烯制的轉動刮板,既保證液體能夠均勻覆蓋蒸發表面,又可使下流液層得到充分攪動,從而強化了物料的傳熱和傳質過程,提高了分離效能。 a 蒸發器 b 蒸發器內成膜構件示意三、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備7、刮膜式分子蒸餾實驗室裝置三、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備7、刮膜式分子蒸餾裝置三、分子蒸餾設備三、分子蒸餾設備7、刮膜式分子蒸餾實驗室裝置l物料存于原料罐T1內，通過視鏡觀察并通過閥門控制進料速度。物料進入分子蒸餾器H后被分離，蒸余物及蒸出物分別由出料口進入貯罐T2、T3 內，蒸余物及蒸出物均可返回原料罐再次循環分離。真空系統由真空泵、擴散泵等組成。l其結構的主要特點是在刷膜式釜中設置一聚四氟乙烯制的轉動刮