分子蒸餾技術及其應用的研究進展

 分子蒸餾(m olecular isillation是一種在高真空下進行的特殊蒸餾技術。該技術自20世紀30年代問世以來得到人們的廣泛重視。20世紀60年代，此項技術已成功地應用于從濃縮魚肝油提煉維生素A的工業(yè)化中。雖然近年來一些國家如美國、 德國、日本、瑞典、波蘭以及前蘇聯(lián)等相繼利用分子蒸餾技術解決了許多分離領域中的難題:但分子蒸餾是一項國內(nèi)外正在工業(yè)化開發(fā)應用的高新技術尚未實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化。我國對分子蒸餾技術的應用研究起步較晚。偶見60年代的少量報道到80年代末期，國內(nèi)引進了幾套分子蒸餾生產(chǎn)線用于硬脂酸單甘酯等的生產(chǎn).目前該項技術在我國工業(yè)化推廣應用處于起步階段。但由于該項技術的先進性和*性以及廣闊的應用前景,極大地激發(fā)了國內(nèi)科研人員的興趣。一些科研單位和大專院校如:廣州漢維有限公司、北京化工大學、華南理工大學化學工程研究所等對此都做了大量的實驗研究工作和分子蒸餾設備的研制和改進，并且有些成果陸續(xù)進行了工業(yè)化生產(chǎn)取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
分子蒸餾的基本原理1.1分子 運動平均自由程[1]
分子在運動過程中,它的自由程不斷發(fā)生變化在某時間間隔內(nèi)自由程的平均值為平均自由程。設vm為任-分子的平均速度f為分子間的碰撞頻率,)m為平均自由程則)m=vm/f;由熱力學原理可知f=2vm πd2kT,所以)m=kT/2rd2p(1其中d為分子的有效直徑,p為分子所處空間的壓強,T為分子所處環(huán)境的溫度k為波爾茲曼常數(shù)。
1.2分子運動自由程的分布規(guī)律[2]
分子運動自由程的分布規(guī)律可表示為F=1 -e-Nhm(2.式中F為自由程不大于λ的概率λm
為平均自由程入為分子運動自由程.由公式可以得出，對于一群相同狀態(tài)下的運動分子其自由程不小于平均自由程)m的概率為1-F= e-m/m=e- 1=0368。
13分子蒸餾的基本原理[3]
由分子運動自由程的公式可以看出，不同種類的分子,由于其分子有效直徑不同. .其自由程也不相同，即不同種類的分子逸出液面后不與其他分子碰撞的~飛行距離是不相同的。分子蒸餾技術正是利用不同種類分子逸出液面(蒸發(fā)液面后的平均自由程不同的性質(zhì)實現(xiàn)的。輕分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，若在離液面小于輕分子的平均自由程而大于重分子平均自由程處設置一冷凝 面,使得輕分子落在冷凝面上被冷凝,而重分子因達不到冷凝面而返回原來液面.這樣混合物就得到了分離。
1.4影響分子運動平均自由程 的因素溫度、壓力及分子的有效直徑是影響分子運動平均自由程的主要因素物質(zhì)確定以后，分子的有效直徑一-定.當溫度升高，分子運動加劇分子運動自由程增加:當溫度恒定時，壓力降低單位體積的分子數(shù)減少:分子碰撞的頻率降低分子運動的平均自由程增加。
1.5分子蒸餾的蒸餾速度和相對揮發(fā)度[4]
1.5.1 分子蒸餾速度
分子蒸餾速度是由物質(zhì)分子從蒸發(fā)液面揮發(fā)速度決定.同氣液平衡無關。Greeberg從這個角度出發(fā)推導出物質(zhì)分子蒸餾速度方程，即:N=p*12πT MR g1/2
(3其中N為摩爾蒸發(fā)
速度(md/cm2. s,P 為組分的蒸汽壓(g/cm2.M為分子量,T為絕對溫度(K,R g為氣體常數(shù)(gcm/g° mol: K。對于雙組分體系則Ni=cicT.aipi12rRg T Mi1/2
(4.其中ci為摩爾濃度,cT為總的摩爾濃度ci為蒸發(fā)系數(shù),這組函數(shù)關系比較適合描述離心式蒸餾:對于降膜式分子蒸餾，由于液膜比較厚考慮擴散對蒸餾速度的影響。