分子蒸馏是一种在高真空下操作的特殊液-液分离技术,其工作原理主要基于不同物质分子运动平均自由程的差别。以下是具体的工作过程：
1.物料准备与加热：
- 物料加入：待分离的液体混合物被加入到分子蒸馏设备的蒸发器中。通常,物料从蒸发器的顶部加入。
- 均匀分布：通过转子上的料液分布器,物料被连续均匀地分布在蒸发器的加热面上。这样可以确保物料能够在加热面上均匀受热,提高蒸馏的效率和效果。
- 加热：蒸发器带有加热夹套,通过外部加热源对蒸发器进行加热,使物料温度升高。随着温度的上升,液体混合物中的分子获得足够的能量,开始从液相主体向蒸发表面扩散。液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的主要因素,所以应尽量减薄液层厚度及强化液层的流动,以加快分子的扩散。
2.分子蒸发：
- 自由蒸发：当物料被加热到一定温度时,分子会从液层表面逸出而进入气相。这是因为分子具有热运动的特性,当温度升高时,分子的热运动加剧,动能增加,部分分子就能够克服液体的表面张力和分子间的作用力,从液面逸出。蒸发速度随着温度的升高而上升,但分离因素有时却随着温度的升高而降低,所以,应以被加工物质的热稳定性为前提,选择经济合理的蒸馏温度。
3.分子飞射：
- 飞向冷凝面：从蒸发表面逸出的蒸气分子会向冷凝面飞射。在这个过程中,蒸气分子可能彼此相互碰撞,也可能和残存于两面之间的空气分子发生碰撞。由于蒸发分子远重于空气分子,且大都具有相同的运动方向,所以它们自身碰撞对飞射方向和蒸发速度影响不大。而残气分子在两面间呈杂乱无章的热运动状态,故残气分子数目的多少是影响飞射方向和蒸发速度的主要因素。
4.分子冷凝与分离：
- 冷凝：当蒸气分子到达冷凝面时,如果冷热两面间有足够的温度差(一般为70~100℃),且冷凝表面的形式合理且光滑,则蒸气分子会在瞬间冷凝成液体。冷凝后的液体分子会沿着冷凝器管流下。
- 分离：由于不同物质的分子平均自由程不同,轻分子的平均自由程较大,能够顺利地从蒸发表面到达冷凝面并被冷凝排出；而重分子的平均自由程较小,达不到冷凝面,会沿着混合液的排出路径排出。这样,就实现了物质的分离。
总的来说,分子蒸馏利用了高真空环境下分子运动的特性,通过精确控制温度、压力等条件,实现了对液体混合物中不同组分的高效分离。这种技术具有蒸馏温度低、真空度高、物料受热时间短、分离程度高等优点,适用于高沸点、热敏性及易氧化物料的分离。
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