分子蒸餾課件

2023/4/181分子蒸餾技術(shù)2023/4/182引子分子蒸餾的原理１.液體混合物沿加熱板流動并被加熱

２.輕、重分子會逸出液面而進入氣相

３.由于輕、重分子的自由程不同

４.輕分子達到冷凝板被冷凝排出;重分子達不到冷凝板沿混合液排出

分子運動自由程（用λ表示）：一個分子相鄰兩次碰撞之間所走的路程。

2023/4/183分子蒸餾技術(shù)的優(yōu)點

操作溫度低（遠低于沸點）、真空度高、受熱時間短（以秒計）、分離效率高等，特別適宜于高沸點、熱敏性、易氧化物質(zhì)的分離；

可有效地脫除低分子物質(zhì)（脫臭）、重分子物質(zhì)（脫色）及脫除混合物中雜質(zhì)；

其分離過程為物理分離過程，可很好地保護被分離物質(zhì)不被污染，特別是可保持天然提取物的原來品質(zhì)；

分離程度高，高于傳統(tǒng)蒸餾及普通的薄膜蒸發(fā)器。

分子與分子之間存在著相互作用力，當(dāng)兩分子離得較遠時，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?，并隨其接近距離的減小，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。2023/4/185分子碰撞分子有效直徑分子在碰撞過程中，兩分子質(zhì)心的最短距離（即發(fā)生斥離的質(zhì)心距離）稱為分子有效直徑。分子運動自由程一個分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經(jīng)過的路程分子運動平均自由程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(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2023/4/186則λm=Vm/f∴f=Vm/λm

由熱力學(xué)原理可知：

則2023/4/187

設(shè)Vm為某一分子的平均速度；f為碰撞頻率；λm為平均自由程溫度、壓力及分子有效直徑是影響分子運動平均自由程的主要因素。當(dāng)壓力一定時，一定物質(zhì)的分子運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λm與壓力p成反比，壓力越?。ㄕ婵斩仍礁撸?，λm越大，即分子間碰撞機會越少、不同物質(zhì)因其有效直徑不同，因而分子平均自由程不同。2023/4/1882分子蒸餾背景常規(guī)蒸餾，通常是指將液相加熱至沸騰后再將氣相冷凝，從而實現(xiàn)混合物的分離，其實質(zhì)是利用了不同物質(zhì)間的沸點差來完成的。盡管這種手段在工業(yè)上普遍應(yīng)用，但對于許多熱敏性物系而言，這種方法并不適用。原因在于熱敏性物質(zhì)在沸騰過程中會出現(xiàn)熱分解，而這種熱分解的速度又是隨著溫度的升高呈指數(shù)升高，隨停留時間的增大呈線性增大的。因此，要解決好熱敏性物系的分離問題，首先就必須從降低蒸發(fā)過程的分離溫度和縮短物料的受熱時間開始。2023/4/1810物料的沸點依賴于操作壓力，為此，人們開發(fā)了各種類型的真空蒸餾設(shè)備，試圖通過降低過程的操作壓力來降低物料的沸點，從而達到降低分離溫度的目的。如間歇真空蒸餾，將物料放置在一加熱釜中蒸發(fā)，并在釜外冷凝器后配置上真空系統(tǒng)，由于操作壓力的降低，物料的沸點隨之下降，從而使操作溫度降低。但這種類型的蒸餾，由于其氣相必須由釜內(nèi)移至外部冷凝器冷凝，其蒸發(fā)面上的實際操作壓力必須大到足以克服氣相的管道阻力才行。因此，這種蒸餾的操作壓力的降低是有限度的。2023/4/1811但是，由于薄膜蒸發(fā)器仍屬于常規(guī)蒸餾，不管空載真空度多高，其操作時都必須要達到物料的沸點，其蒸發(fā)的氣相也必須靠一定壓力由蒸發(fā)器內(nèi)部移至外部冷凝器，因此其蒸發(fā)面上的實際操作壓力仍然比較高，因此，對于許多熱敏性、高沸點物系的分離，薄膜蒸發(fā)器仍然無能為力，因此，長期以來，人們一直在尋求著一種更為溫和的蒸餾分離手段。正是在這種背景下，分子蒸餾技術(shù)得以開發(fā)，并得到廣泛應(yīng)用。該項技術(shù)突破了傳統(tǒng)蒸餾利用沸點差分離的原理，而是利用分子運動平均自由程的差別實現(xiàn)物質(zhì)的分離，從而使物料在遠離沸點下進行蒸餾分離成為可能。2023/4/18133分子蒸餾基本原理

根據(jù)分子運動理論，液體混合物受熱后分子運動會加劇，當(dāng)接受到足夠能量時，就會從液面逸出成為氣相分子。隨著液面上方氣相分子的增加，有一部分氣相分子就會返回液相。在外界條件保持恒定的情況下。最終會達到分子運動的動態(tài)平衡，從宏觀上看即達到了平衡。2023/4/1814根據(jù)分子運動平均自由程公式，不同種類的分子，由于其分子有效直徑不同，故其平均自由程也不同，即從統(tǒng)計學(xué)觀點看，不同種類分子逸出液面后不與其他分子碰撞的飛行距離是不同的分子蒸餾的分離作用就是依據(jù)液體分子受熱會從液面逸出，而不同種類分子逸出后，在氣相中其運動平均自由程不同這一性質(zhì)來實現(xiàn)的2023/4/1815分子蒸餾應(yīng)滿足的兩個條件①輕、重分子的平均自由程必須要有差異，且差異越大越好；②蒸發(fā)面與冷凝面間距必須小于輕分子的平均自由程。2023/4/18172023/4/18184分子蒸餾過程（四步曲）(1)擴散：物料分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴散。注意：液相中的擴散速度是控制分子蒸餾速度的主要因素(2)蒸發(fā)：物料分子在液層上自由蒸發(fā)速度隨溫度升高而增大,但分離因素卻隨溫度升高而降低。2023/4/18195分子蒸餾技術(shù)的特點2023/4/18215.1操作溫度低常規(guī)蒸餾是靠不同物質(zhì)的沸點差進行分離的，而分子蒸餾是靠不同物質(zhì)的分子運動平均自由程的差別進行分離的，也就是說后者在分離過程中，蒸氣分子一旦由液相中逸出（揮發(fā)）就可實現(xiàn)分離，而并非達到沸騰狀態(tài)。因此，分子蒸餾是在遠離沸點下進行操作的。2023/4/18222023/4/18235.2蒸氣壓強低由分子運動平均自由程公式可知，要想獲得足夠大的平均自由程．必須通過降低蒸餾壓強來獲得。

5.4不可逆性

普通蒸餾是蒸發(fā)與冷凝的可逆過程,液相和氣相間可以形成互相平衡狀態(tài)。而分子蒸餾過程中,從蒸發(fā)表面逸出的分子直接飛射到冷凝面上,中間不與其它分子發(fā)生碰撞,理論上沒有返回蒸發(fā)面的可能性,所以,分子蒸餾是不可逆的。2023/4/18255.5沒有沸騰鼓泡現(xiàn)象

普通蒸餾有鼓泡、沸騰現(xiàn)象,分子蒸餾是液層表面上的自由蒸發(fā),在低壓力下進行,液體中無溶解的空氣,因此在蒸餾過程中不能使整個液體沸騰,沒有鼓泡現(xiàn)象。2023/4/18266分子蒸餾裝置分子蒸餾器有簡單蒸餾型與精密蒸餾型之分，目前采用的裝置多為簡單蒸餾型。簡單蒸餾型又可分為靜止式、降膜式、離心式等幾種。2023/4/18296.1靜止式分子蒸餾器靜止式分子蒸餾器出現(xiàn)早，結(jié)構(gòu)簡單，特點是一個靜止不動的水平蒸發(fā)表面，按其形狀不同，可分為釜式、盤式等，靜止式分子蒸餾設(shè)備一般用于實驗室及小量生產(chǎn)，工業(yè)上已不采用。2023/4/18302023/4/18316.2降膜式分子蒸餾器

流體靠重力在蒸發(fā)壁面流動時形成一層薄膜，但液膜厚度不均勻，且液膜流動一般為層流，傳質(zhì)、傳熱阻力大

2023/4/18322023/4/1833優(yōu)點：液膜厚度小,蒸餾物料可沿蒸發(fā)表面流動,停留時間短,熱分解的危險性較小,蒸餾過程可以連續(xù)進行,生產(chǎn)能力大。缺點：很難保證所有的蒸發(fā)表面都被液膜均勻覆蓋,液體流動時常發(fā)生翻滾現(xiàn)象,產(chǎn)生的霧沫也常濺到冷凝面上,影響分離效果。2023/4/18346.3刮膜式分子蒸餾設(shè)備

刮膜式分子蒸餾設(shè)備是對降膜式設(shè)備的改進,其結(jié)構(gòu)的主要特點是在刷膜式釜中設(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攪動,從而強化了物料的傳熱和傳質(zhì)過程,提高了分離效能。2023/4/1835旋轉(zhuǎn)刮膜式（wiped-filmevaporator)分子蒸餾設(shè)備組成部分:2023/4/1836(1)主機部分——蒸發(fā)裝置和冷凝裝置。蒸發(fā)裝置向物料提供加熱能源蒸發(fā)表面。目前熱源可以是多種類型,主要設(shè)備有蒸氣加熱、電加熱、導(dǎo)熱油加熱及微波加熱等;冷凝裝置主要是提供水冷卻的冷凝器。蒸發(fā)表面與冷凝表面之間的距離必須介于輕重分子平均自由程間,才能完成分子蒸餾的全過程;另外，主機部分還必須有驅(qū)動裝置,用以驅(qū)動物料的分布和成膜刮板作旋轉(zhuǎn)運動,其主要設(shè)備是電動機、減速機、支架以及密封構(gòu)、中軸承、底軸承等。2023/4/1837(2)進出料部分:由物料輸入裝置和物料輸出裝置組成,用以完成統(tǒng)的連續(xù)進料與排料功能,主要設(shè)備通常由儲罐、計泵和輸送泵組成。(3)真空部分:即真空獲得裝置,

由于分子蒸餾在極高真空狀態(tài)下操作,因此必須根據(jù)物料的特點進行選擇,一般情況下主要設(shè)備用冷阱、油擴散泵和旋片式真空泵組成。2023/4/1838(4)控制部分:控制裝置通常要求實現(xiàn)全系統(tǒng)參數(shù)的自動控制或電腦控制,即對系統(tǒng)中以上三部分的技術(shù)參數(shù)實現(xiàn)全機控制,以到達最的分離效率、分離精度和最低的能耗。2023/4/18392023/4/18406.4離心式分子蒸餾裝置離心式(centrifugalevaporator)分子蒸餾裝置----將物料送到高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤中央，并在旋轉(zhuǎn)面擴展形成薄膜，同時加熱蒸發(fā)，使之與對面的冷凝面凝縮，該裝置是目前較為理想的分子蒸餾裝置，但與其它兩種裝置相比,要求有高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤,又需要較高的真空密封技術(shù)。2023/4/1841特點:①液膜在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤表面形成的液膜極薄且分布均勻,蒸發(fā)速率和分離效率很高。②受熱時間更短,料液熱裂解的幾率低。③連續(xù)處理量更大,因此該裝置更適合于工業(yè)化連續(xù)性生產(chǎn)。2023/4/18422023/4/18437分子蒸餾的適用范圍1.分子蒸餾適用于不同物質(zhì)分子量差別較大的液體混合物系的分離，特別是同系物的分離，分子量必須要有一定差別。2.分子蒸餾也可用于分子量接近但性質(zhì)差別較大的物質(zhì)的分離，如沸點差較大、分子量接近的物系的分離。3.分子蒸餾特別適用于高沸點、熱敏性、易氧化（或易聚合）物質(zhì)的分離。2023/4/