分子蒸餾技術及其應用

分子蒸餾技術及其應用進展摘要分子蒸餾技術是近年來發展起來的一種新型的液-液分離技術，現已在很多領域得到廣泛的應用。綜合評述了分子蒸餾的基本原理、過程技術特點、常用設備及其優(you) 缺點。工業(ye) 應用及過程模型化的研究進展。並對分子蒸餾過程技術的前景提出了一些展望。
前言分子蒸餾[1]又叫短程蒸餾，是一種在高真空下，利用不同物質的分子運動平均自由程的差異來實現分離的液-液分離技術。該技術具有蒸餾溫度低、受熱時間短、分離程度高、係統能耗低等特點，並且該分離技術為(wei) 不可逆過程，不存在沸騰及鼓泡現象。因此特別適用於(yu) 分離高沸點、熱敏性和易氧化的物質，能解決(jue) 常規蒸餾技術所不能解決(jue) 的問題。目前已廣泛地應用於(yu) 國民經濟的各個(ge) 行業(ye) 中。
1 分子蒸餾過程技術的基本原理和特點分子蒸餾是指在高真空的條件下，液體(ti) 分子受熱從(cong) 液麵逸出，利用不同分子平均自由程差導致其表麵蒸發速率不同而達到分離的方法[2]。分子分離過程如圖所示，經過預熱處理的待分離料液從(cong) 進口沿加熱板自上而下流入，受熱的液體(ti) 分子從(cong) 加熱板逸出。由於(yu) 冷凝和蒸發表麵的間距一般小於(yu) 或等於(yu) 蒸發分子的平均自由程，逸出分子可以不經過分子碰撞而直接到達冷凝麵冷凝，後進入輕組分接受罐。重組分分子由於(yu) 平均自由程小，不能到達冷凝板，從(cong) 而順加熱板流入重組分接收罐中，這樣就實現了輕重組分的分離[3]。
2 分子蒸餾的基本過程根據分子蒸餾的基本理論，可將蒸餾過程分解為(wei) 以下5個(ge) 步驟：①物料在加熱麵上形成液膜；②分子在液膜表麵上自由蒸發；③分子從(cong) 加熱麵向冷凝麵的運動；④輕分子在冷凝麵上被捕獲，重分子返回物料液膜；⑤餾出物和殘留物的收集。
3 分子蒸餾設備和特點
3.1 設備組成一套完整的分子蒸餾設備主要由脫氣係統、進料係統、分子蒸餾器、餾分收集係統、加熱係統、冷卻係統、真空係統和控製係統等部分組成，其工藝流程如圖2 所示。脫氣的目的是排除物料中所溶解的揮發性組分，以免蒸餾過程中發生爆沸。真空係統是保證分子蒸餾過程進行的前提，合適的真空設備和嚴(yan) 格的密封性分子蒸餾裝置的一個(ge) 技術關(guan) 鍵，為(wei) 保證所需要的真空度，一般采用二級或二級以上的泵聯用，並設液氮冷阱以保護真空泵。根據形成蒸發液膜的不同，分子蒸餾器可分為(wei) ：降膜式分子蒸餾器、刮膜式分子蒸餾器和離心式分子蒸餾器，由於(yu) 降膜式的傳(chuan) 熱、傳(chuan) 質效率差，已逐漸被淘汰，代之以刮膜式或離心式。由於(yu) 離心力能強化成膜，物料停留時間短且液膜薄而均勻，降低了傳(chuan) 質阻力，且加熱和冷卻大多為(wei) 內(nei) 置式，因此，離心式分子蒸餾器的分離效率及生產(chan) 能力較高，但其結構複雜、相對投資比較大，而轉子刮膜式結構相對較為(wei) 簡單，操作參數容易控製， 且價(jia) 格相對低廉，因此， 現在的試驗室及工業(ye) 生產(chan) 中， 大部分都采用該裝置。
3.2 蒸餾器設計原則  分子蒸餾器是整套設備的核心， 集中體(ti) 現了分子蒸餾技術的關(guan) 鍵。其設計應當滿足以下條件： ① 高真空度： 殘餘(yu) 氣體(ti) 的分壓須很低， 以保證蒸發分子在蒸發空間盡可能不與(yu) 其他分子碰撞； ② 冷凝麵與(yu) 蒸發麵的間距小於(yu) 蒸發分子的平均自由程； ③ 為(wei) 防止返蒸現象（已冷凝分子重新蒸發）， 蒸發麵與(yu) 冷凝麵的溫度差至少在50～100℃之間； ④ 被蒸餾物料在蒸發麵應能形成厚度均勻的薄膜， 以提高蒸發效率。即盡可能均勻加熱， 因為(wei) 局部過分加熱導致的物料分解將會(hui) 使真空度明顯降低， 致使蒸發暫停； ⑤在分子蒸餾中， 僅(jin) 液體(ti) 表麵與(yu) 蒸發相關(guan) ， 因此， 在蒸發麵要有不斷出現的新液麵。 
3.3 刮膜式分子蒸餾裝置    圖3 是刮膜式分子蒸餾裝置，是一種新型的設備，其優(you) 點是：液膜厚度小， 受熱時間短，熱分解的危險性較小，蒸餾過程可以連續進行，生產(chan) 能力大。缺點是：很難保證所有的蒸發表麵都被液膜均勻覆蓋；液體(ti) 流動時常發生翻滾現象，所產(chan) 生的霧沫也常濺到冷凝麵上。