分子蒸餾技術(shù)及其應用

分子蒸餾技術(shù)及其應用進展摘要分子蒸餾技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型的液-液分離技術(shù)，現(xiàn)已在很多領(lǐng)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(shù)特點、常用設備及其優(yōu)缺點。工業(yè)應用及過程模型化的研究進展。并對分子蒸餾過程技術(shù)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(zhì)的分子運動平均自由程的差異來實現(xiàn)分離的液-液分離技術(shù)。該技術(shù)具有蒸餾溫度低、受熱時間短、分離程度高、系統(tǒng)能耗低等特點，并且該分離技術(shù)為不可逆過程，不存在沸騰及鼓泡現(xiàn)象。因此特別適用于分離高沸點、熱敏性和易氧化的物質(zhì)，能解決常規(guī)蒸餾技術(shù)所不能解決的問題。目前已廣泛地應用于國民經(jīng)濟的各個行業(yè)中。
1 分子蒸餾過程技術(shù)的基本原理和特點分子蒸餾是指在高真空的條件下，液體分子受熱從液面逸出，利用不同分子平均自由程差導致其表面蒸發(fā)速率不同而達到分離的方法[2]。分子分離過程如圖所示，經(jīng)過預熱處理的待分離料液從進口沿加熱板自上而下流入，受熱的液體分子從加熱板逸出。由于冷凝和蒸發(fā)表面的間距一般小于或等于蒸發(fā)分子的平均自由程，逸出分子可以不經(jīng)過分子碰撞而直接到達冷凝面冷凝，后進入輕組分接受罐。重組分分子由于平均自由程小，不能到達冷凝板，從而順加熱板流入重組分接收罐中，這樣就實現(xiàn)了輕重組分的分離[3]。
2 分子蒸餾的基本過程根據(jù)分子蒸餾的基本理論，可將蒸餾過程分解為以下5個步驟：①物料在加熱面上形成液膜；②分子在液膜表面上自由蒸發(fā)；③分子從加熱面向冷凝面的運動；④輕分子在冷凝面上被捕獲，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系統(tǒng)、進料系統(tǒng)、分子蒸餾器、餾分收集系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和控制系統(tǒng)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(fā)性組分，以免蒸餾過程中發(fā)生爆沸。真空系統(tǒng)是保證分子蒸餾過程進行的前提，合適的真空設備和嚴格的密封性分子蒸餾裝置的一個技術(shù)關(guān)鍵，為保證所需要的真空度，一般采用二級或二級以上的泵聯(lián)用，并設液氮冷阱以保護真空泵。根據(jù)形成蒸發(fā)液膜的不同，分子蒸餾器可分為：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，由于降膜式的傳熱、傳質(zhì)效率差，已逐漸被淘汰，代之以刮膜式或離心式。由于離心力能強化成膜，物料停留時間短且液膜薄而均勻，降低了傳質(zhì)阻力，且加熱和冷卻大多為內(nèi)置式，因此，離心式分子蒸餾器的分離效率及生產(chǎn)能力較高，但其結(jié)構(gòu)復雜、相對投資比較大，而轉(zhuǎn)子刮膜式結(jié)構(gòu)相對較為簡單，操作參數(shù)容易控制， 且價格相對低廉，因此， 現(xiàn)在的試驗室及工業(yè)生產(chǎn)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， 集中體現(xiàn)了分子蒸餾技術(shù)的關(guān)鍵。其設計應當滿足以下條件： ① 高真空度： 殘余氣體的分壓須很低， 以保證蒸發(fā)分子在蒸發(fā)空間盡可能不與其他分子碰撞； ② 冷凝面與蒸發(fā)面的間距小于蒸發(fā)分子的平均自由程； ③ 為防止返蒸現(xiàn)象（已冷凝分子重新蒸發(fā)）， 蒸發(fā)面與冷凝面的溫度差至少在50～100℃之間； ④ 被蒸餾物料在蒸發(fā)面應能形成厚度均勻的薄膜， 以提高蒸發(fā)效率。即盡可能均勻加熱， 因為局部過分加熱導致的物料分解將會使真空度明顯降低， 致使蒸發(fā)暫停； ⑤在分子蒸餾中， 僅液體表面與蒸發(fā)相關(guān)， 因此， 在蒸發(fā)面要有不斷出現(xiàn)的新液面。 
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(yōu)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(xù)進行，生產(chǎn)能力大。缺點是：很難保證所有的蒸發(fā)表面都被液膜均勻覆蓋；液體流動時常發(fā)生翻滾現(xiàn)象，所產(chǎn)生的霧沫也常濺到冷凝面上。