分子蒸餾設備的技術過程介紹
分子蒸餾是一種液-液分離技術,它不同于傳統(tǒng)蒸餾依靠沸點差分離原理,而是靠不同物質(zhì)分子運動平均自由程的差別實現(xiàn)分離。由于分子蒸餾技術能解決大量常規(guī)蒸餾技術所不能解決的問題,這種新型蒸餾方式近年在業(yè)內(nèi)得到廣泛應用。
分子蒸餾須在設計蒸發(fā)器內(nèi)才能實現(xiàn),國外引進該項技術時翻譯成短程蒸餾器(分子蒸餾器)。在特定真空條件下,這時物料蒸汽分子的平均自由程大于蒸發(fā)表面與冷凝表面之間的距離,從而可利用料液中各組分蒸發(fā)速率的差異,對液體混合物進行分離。
當液體混合物沿加熱板流動并被加熱,輕、重分子會逸出液面而進入氣相,由于輕、重分子的自由程不同,因此,不同物質(zhì)的分子從液面逸出后移動距離不同,若能恰當?shù)卦O置一塊冷凝板,則輕分子達到冷凝板被冷凝排出,而重分子達不到冷凝板沿混合液排出。這樣,達到物質(zhì)分離的目的。分子蒸餾四個過程:
1、 分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴散:通常,液相中的擴散速度是控制分子蒸餾速度的主要因素,所以應盡量減薄液層厚度及強化液層的流動。
2、 分子在液層表面上的自由蒸發(fā):蒸發(fā)速度隨著溫度的升高而上升,但分離因素有時卻隨著溫度的升高而降低,所以,應以被加工物質(zhì)的熱穩(wěn)定性為前提,選擇經(jīng)濟合理的蒸餾溫度。
3、 分子從蒸發(fā)表面向冷凝面飛射:蒸汽分子從蒸發(fā)面向冷凝面飛射的過程中,可能彼此相互碰撞,也可能和殘存于兩面之間的空氣分子發(fā)生碰撞。由于蒸發(fā)分子遠重于空氣分子,且大都具有相同的運動方向,所以它們自身碰撞對飛射方向和蒸發(fā)速度影響不大。而殘氣分子在兩面間呈雜亂無章的熱運動狀態(tài),故殘氣分子數(shù)目的多少是影響飛射方向和蒸發(fā)速度的主要因素。
4、 分子在冷凝面上冷凝:只要保證冷熱兩面間有足夠的溫度差,冷凝表面的形式合理且光滑則認為冷凝步驟可以在瞬間完成,所以選擇合理冷凝器的形式相當重要。
短程蒸餾器(分子蒸餾器)在刮板薄膜蒸發(fā)器的內(nèi)部設計了內(nèi)置冷凝器,精密制造的轉子部件能在0.001mbar高真空下穩(wěn)定運行,從而真正實現(xiàn)分子蒸餾原理。
短程蒸餾器(分子蒸餾器)的特點:
1.真空:短程蒸餾的構造設計,允許操作壓力達到極低的操作真空,實驗規(guī)模的設備真空可達0.001mbar,即使工業(yè)規(guī)模的設備也能達到0.01-0.05mbar。
2. 操作溫度遠低于物料的沸點:由于短程蒸餾采用中心冷凝,物料流動截面積等于蒸發(fā)表面,使得蒸發(fā)器和冷凝器之間只存在輕微的壓降,也就是說真空系統(tǒng)尾端真空度幾乎和蒸發(fā)器的真空接近。極低的工作壓力確保了極低的蒸餾溫度,因此短程蒸餾是目前來說溫和的蒸餾方式。
3. 受熱時間短: 由采用垂直刮板成膜設計,物料在加熱壁上的停留時間短,對其他蒸餾而言,受熱時間一般較長(30分鐘以上甚至幾十個小時),而短程蒸餾僅為十幾秒。由于短程蒸餾加熱壁與冷凝器間有嚴格的距離要求,由液面逸出的輕分子,幾乎瞬時就到達冷凝面,汽相輕分子受熱時間在這個過程中可以忽略不計。熱分解的可能被小化。
4. 傳質(zhì)和傳熱效率優(yōu)越:短程蒸餾采用機械刮膜系統(tǒng),區(qū)別于其他如降膜類蒸發(fā)器的成膜不均缺陷,在短程蒸發(fā)器內(nèi)物料成膜厚度均勻而且流動特性優(yōu)良,由于液面和加熱面的面積幾乎相等,傳質(zhì)和傳熱效率優(yōu)越。
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