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分子蒸餾是怎么工作的?

發布時間:2024-9-26
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  分子蒸餾是一種在高真空下操作的特殊液-液分離技術,其工作原理主要基于不同物質分子運動平均自由程的差別。以下是具體的工作過程:
 
  1. 物料準備與加熱:
 
  - 物料加入:待分離的液體混合物被加入到分子蒸餾設備的蒸發器中。通常,物料從蒸發器的頂部加入。
 
  - 均勻分布:通過轉子上的料液分布器,物料被連續均勻地分布在蒸發器的加熱面上。這樣可以確保物料能夠在加熱面上均勻受熱,提高蒸餾的效率和效果。
 
  - 加熱:蒸發器帶有加熱夾套,通過外部加熱源對蒸發器進行加熱,使物料溫度升高。隨著溫度的上升,液體混合物中的分子獲得足夠的能量,開始從液相主體向蒸發表面擴散。液相中的擴散速度是控制分子蒸餾速度的主要因素,所以應盡量減薄液層厚度及強化液層的流動,以加快分子的擴散。
 
  2. 分子蒸發:
 
  - 自由蒸發:當物料被加熱到一定溫度時,分子會從液層表面逸出而進入氣相。這是因為分子具有熱運動的特性,當溫度升高時,分子的熱運動加劇,動能增加,部分分子就能夠克服液體的表面張力和分子間的作用力,從液面逸出。蒸發速度隨著溫度的升高而上升,但分離因素有時卻隨著溫度的升高而降低,所以,應以被加工物質的熱穩定性為前提,選擇經濟合理的蒸餾溫度。
 
  3. 分子飛射:
 
  - 飛向冷凝面:從蒸發表面逸出的蒸氣分子會向冷凝面飛射。在這個過程中,蒸氣分子可能彼此相互碰撞,也可能和殘存于兩面之間的空氣分子發生碰撞。由于蒸發分子遠重于空氣分子,且大都具有相同的運動方向,所以它們自身碰撞對飛射方向和蒸發速度影響不大。而殘氣分子在兩面間呈雜亂無章的熱運動狀態,故殘氣分子數目的多少是影響飛射方向和蒸發速度的主要因素。
 
  4. 分子冷凝與分離:
 
  - 冷凝:當蒸氣分子到達冷凝面時,如果冷熱兩面間有足夠的溫度差(一般為70~100℃),且冷凝表面的形式合理且光滑,則蒸氣分子會在瞬間冷凝成液體。冷凝后的液體分子會沿著冷凝器管流下。
 
  - 分離:由于不同物質的分子平均自由程不同,輕分子的平均自由程較大,能夠順利地從蒸發表面到達冷凝面并被冷凝排出;而重分子的平均自由程較小,達不到冷凝面,會沿著混合液的排出路徑排出。這樣,就實現了物質的分離。
 
  總的來說,分子蒸餾利用了高真空環境下分子運動的特性,通過精確控制溫度、壓力等條件,實現了對液體混合物中不同組分的高效分離。這種技術具有蒸餾溫度低、真空度高、物料受熱時間短、分離程度高等優點,適用于高沸點、熱敏性及易氧化物料的分離。

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