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公司新闻
分子蒸馏技术应用的研究进展
2023-09-23IP属地 湖北35

  分子蒸馏是一种在高真空下进行的特殊蒸馏技术。这项技术自20世纪30年代问世以来,受到了广泛关注。20世纪60年代,该技术已成功应用于从浓缩鱼肝油中提取维生素A的工业化。近年来,美国、德国、日本、瑞典、波兰和前苏联等一些国家已经利用分子蒸馏技术解决了分离领域的许多难题。但分子蒸馏是一项国内外都在开发和产业化应用的高新技术,尚未实现大规模产业化。我国对分子蒸馏技术的应用研究起步较晚。1960年代偶尔有几篇报道。到20世纪80年代末, 为生产硬脂酸单甘油酯,我国引进了几套分子蒸馏生产线。目前,该技术在我国的产业化和应用正处于起步阶段。但由于其先进性、独特性和广阔的应用前景,该技术极大地引起了国内研究者的兴趣。一些科研单位和大专院校,如广州韩伟有限公司、北京化工大学、华南理工大学化工学院等,做了大量的实验研究,开发和改进了分子蒸馏设备,部分成果已陆续产业化,取得了良好的经济和社会效益。

  分子蒸馏的基本原理1.1分子运动的平均自由程[1]

  分子在运动过程中,其自由程是不断变化的,在一定时间间隔内的平均自由程就是平均自由程。设vm为任意——分子的平均速度f为分子间的碰撞频率,)m为平均自由程法则)m = VM/f;根据热力学原理,f=2vm πd2kT,所以)m=kT/2rd2p(1其中d是分子的有效直径,p是分子所处空间的压强,t是分子所处环境的温度,k是玻尔兹曼常数。

  1.2分子运动自由程的分布规律[2]

  分子运动自由程的分布规律可以表示为F=1 -e-Nhm(2。其中f是自由程不大于λ的概率λm。

  平均自由程是分子运动的自由程。根据公式,自由程不小于同一状态下一组运动分子的平均自由程的概率为1-F= e-m/m=e- 1=0368。

  13分子蒸馏的基本原理[3]

  从分子运动自由程的公式可以看出,不同种类的分子由于其分子有效直径不同而具有不同的自由程,即不同种类的分子脱离液面后不与其他分子碰撞的飞行距离不同。分子蒸馏技术是利用不同种类分子逸出液面(蒸发液面后的平均自由程)的不同性质来实现的。轻分子的平均自由程大,而重分子的平均自由程小。如果将冷凝表面设置在小于轻分子的平均自由程且大于重分子离开液体表面的平均自由程的位置,则轻分子将落在冷凝表面上并被冷凝, 而重分子会因为无法到达冷凝面而回到原来的液面,所以混合物会被分离。

  1.4影响分子运动平均自由程的因素温度、压力和分子的有效直径是影响分子运动平均自由程的主要因素。材料确定后,分子的有效直径就固定了。当温度升高时,分子运动的自由程增加。当温度不变时,压力降低,单位体积的分子数减少。分子碰撞的频率降低,分子运动的平均自由程增加。

  1.5分子蒸馏的蒸馏速度和相对挥发度[4]

  分子蒸馏速度

  分子蒸馏速度由物质分子从蒸发液面挥发的速度决定,与气液平衡无关。从这个角度出发,格里贝格推导出了物质分子的蒸馏速率方程,即N=p*12πT MR g1/2。

  (3其中n是摩尔蒸发。

  速度(md/cm2。s,P是组分的蒸气压(g/cm2。m是分子量,t是温度(K,R g是气体常数(GCM/g mol: k)。对于双组分体系,Ni = cict . aipi 12 rg T Mi1/2。

  (4)其中ci为摩尔浓度,cT为总摩尔浓度,ci为蒸发系数,这组函数关系更适合描述离心蒸馏:对于降膜分子蒸馏,由于液膜较厚,考虑了扩散对蒸馏速度的影响。

  相对波动性

  分子蒸馏表明组分分离的难易程度用相对挥发度来表示。分子蒸馏中的理论相对挥发度由下式表示:a1=p1op2oM2M1(5,其中p1o为组分1的饱和蒸汽压,p2o为组分2的饱和蒸汽压,M1为组分1的分子量,M2为组分2的分子量。在实践中,对于双组分体系。真空的相对挥发度是a2=Y(1-X X(1-Y

  其中y是气相中的摩尔分数,x是液相中的摩尔分数。

  2分子蒸馏装置〔5〕

  分子蒸馏技术的核心是分子蒸馏装置。各国开发了多种分子蒸馏装置,但根据蒸发液膜的不同设计和结构差异,大致可分为三类(1降膜式分子蒸馏器(lling fim evapo2)

  Raor(2刮膜式分子蒸馏器(iped-fIm evap02

  Tator(3离心分子蒸馏器(静电蒸发器2

  tor .