分子蒸馏分离技术及其应用ppt课件.ppt

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1、分子蒸馏分离技术moleculardistillationtechnologyCONTENTSPARTONE课题目的01PARTTWO具体工作02PARTTHREE存在问题03PARTFOUR解决方法04第一节　概　述分子蒸馏(moleculardistillation)是一种特殊的液--液分离技术，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。一、分子蒸馏的历史Bronsted和Hevest在1922年世界上最早的实验用分子蒸馏装置。1930年代，世界上有代表性的关于分子蒸馏技术的研究小组有三个，负责人分别为Burch、Waterman和Hick

2、man。1935年，Hickman领导的小组设计出了世界上第一台离心式分子蒸馏器。1943年，Qnackenbush和Steenbock对刮膜式分子蒸馏器进行了研究。从20世纪60年代至今的40多年来：二、分子蒸馏技术与传统精馏的区别①分子蒸馏的蒸发面与冷凝面距离很小。②普通减压精馏是蒸发与冷凝的可逆过程。分子蒸馏过程是不可逆的。③分子蒸馏的分离能力不但与各组分间的相对挥发度有关，而且与各组分的分子量有关。④分子蒸馏是液膜表面的自由蒸发过程，没有鼓泡、沸腾现象。第二节　分子蒸馏的原理一、分子蒸馏分离的基本过程物料分子从液相主体向蒸发表面扩散。物料分子在液层上自由蒸发分子从蒸发面向冷凝面

3、飞射轻分子在冷凝面上冷凝(一)几个基本概念1.理论分子蒸发速率Langmuir研究了高真空下纯物质的蒸发现象，他从分子动力学出发，推导出纯物质理论分子蒸发速率只是表面温度和分子种类的函数。G－蒸发速度，g/(m2·s)；P0－温度Ts时的饱和蒸气压，Pa；M－分子摩尔质量，kg/mol；Ts－蒸发液面的绝对温度，K二、分子蒸馏基本理论2.分离因数分子蒸馏可以用来分离挥发度相近但分子量不同的混合物系。分子蒸馏由于处于非平衡状态下操作及其设备的内部结构特点，使得分离效率远高于常规蒸馏。MA－轻分子相对分子质量；MB－重分子相对分子质量；P0A－轻分子饱和蒸汽压，Pa；P0B－重分子饱和蒸汽

4、压，Pa；α0－相对挥发度(二)分子运动平均自由程依靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现物质分离的。1.分子碰撞2.分子有效直径3.分子运动自由程4.分子运动平均自由程λm=Vm/f1.分子碰撞分子与分子之间存在着相互作用力。当两分子离得较远时，分子之间的作用力表现为吸引力，但当两分子接近到一定程度后，分子之间的作用力会改变为排斥力，并随其接近到一定程度，排斥力迅速增加。当两分子接近到一定程度，排斥力的作用使两分子分开，这种由接近而至排斥分离的过程就是分子的碰撞过程。2.分子有效直径分子在碰撞过程中，两个分子质心的最短距离，即发生斥离的质心距离，称为分子有效直径。3.分子运动自由程一

5、个分子相邻两次分子碰撞之间所走的路程，称为分子运动自由程。4.分子运动平均自由程分子运动平均自由程：某一种分子在某时间间隔内自由程的平均值.λm=kT/(21/2πd2p)d－分子的有效直径，p－分子所处空间的压强，T－分子所处环境的温度，k－波尔兹曼常数压力、温度及分子有效直径是影响分子运动平均自由程的三个主要因素。当压力一定时，特定物质的分子运动平均自由程随空间温度增加而增大;当温度一定时，平均自由程λ与空间压力P成反比，真空度越高(空间压力越小)λ越大，分子之间碰撞几率越小。(表4-1)即使物系空间的压力和温度相同，对于不同的物质由于分子有效直径不同，其分子平均自由程也存在差异。

6、分子蒸馏的基本原理从公式可以看到,混合液中的不同组成分子的有效直径和分子自由程不同,轻分子的平均自由程大,而重分子的平均自由程小,如果冷凝面与蒸发面的间距小于轻分子的平均自由程,而大于重分子的平均自由程,这样轻分子被冷却收集而重分子又返回到蒸发面,从而实现了分离。(三)分子蒸馏需具备的条件蒸发面与冷凝面之间应保证较高的温度差蒸发面与冷凝面应保持较短的距离分子蒸馏分离系统中应保持较高的真空度蒸发面上的液体膜应尽可能的薄分子蒸馏装置应有必要的设备系统1.蒸发面与冷凝面之间应保证较高的温度差冷凝器表面的温度应低于蒸发表面温度50~100℃。防止冷凝器表面分子的再次蒸发。实际中还应尽可能地增大

7、温度差为好2.蒸发面与冷凝面应保持较短的距离保持在轻质分子平均自由程和重质分子平均自由程之间。一般蒸发面与冷凝面的距离范围为20~30mm为佳。3.分子蒸馏分离系统中应保持较高的真空度压力必须低，在0.1~40Pa左右。确保分子之间不会发生碰撞。4.蒸发面上的液体膜应尽可能的薄可能地扩大蒸发表面和不断地更新蒸发表面，以提高传质速率。实际中，一般薄膜厚度为0.05~0.5mm比较适宜。如果过薄，则不但技术上难以实现，而且单位时间蒸发量也要减少。一