分子蒸馏技术研究进展

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2.2 对分子蒸馏基本理论的研究
近几年, 随着分子蒸馏技术应用的不断深入,学者 们发现其基本理论有一定缺陷
传统的分子蒸馏理论是建立在分子动力学中平均自由 程概念上, 认为分子蒸馏需满足蒸发面与冷凝面的间 距小于或等于分子平均自由程。
但在生产实践中，存在较大偏差。实践中把蒸发面与 冷凝面的间距设计为远大于分子平均自由程, 可发现 蒸发速率和分离效率并无显著变化。
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在分子蒸馏过程中, 液体混合物被加热蒸发,液液界面被 冷却, 易挥发相浓度不断减少, 主体相存在着传质传热 阻力
在蒸馏过程中, 分子又以一定的速度逃逸气液界面, 存 在界面阻力, 此时需考虑液膜中扩散作用和分子蒸馏蒸 发作用的双重影响
研究人员从微观动力学入手, 结合流体动力学、热 传递、质量传递和表面蒸发现象, 建立一系列系统 平衡方程，从而得到界面温度、液膜厚度和浓度等 宏观性质，阐明蒸发系数E的物理意义, 完善分子 蒸馏基本理论。
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在重力作用下形成液膜流动的Navier-Stokes方 程:
式中, ʋj为蒸发面上的液膜流动速度；ν为蒸馏物料
的运动粘度; ƒj为蒸发面上的单粒子分布函数。 质量扩散方程:
式中，Cij为组分i在蒸发面或冷凝面j上的浓度；D为扩
散系数
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热量平衡方程:
式中, Tj为蒸发面或冷凝面j的温度; Г为液膜导热系数。
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对分子蒸馏器的结构进行改进
以均衡分离因素和蒸发速率,使其达到最佳状态
Lutisan等人在分子蒸馏器内部设计一个捕集分离器, 从而提高了馏出物的组分浓度，但同时也降低了蒸发 速率, 这种设计特别适用于有闪蒸现象的分子蒸馏
国内有学者设计了降膜回流式分子蒸馏装置, 并对分 子蒸馏中流出液以液液接触的方式进行多段回流, 提 高其分离能力, 使蒸馏装置实现精馏, 对难分离物质 进行分离
分子蒸馏技术研究进展
主要内容
♠ 分子蒸馏技术简介
♥ 原理 ♣过程 ♦ 特点
♠ 分子蒸馏技术研究进展
♥ 设备发展 ♣研究成果 ♦ 应用进展ຫໍສະໝຸດ 2020/10/72
1.分一子、蒸分馏子技蒸术馏原理技术简介
分子蒸馏又称短程蒸馏。
分子蒸馏是一种特殊的液--液分离技术，它不同于传统蒸 馏依靠沸点差的分离原理，而是靠不同物质分子运动平均 自由程的差别实现分离。
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Micov，Miroslav等对分子蒸馏的平衡方程 进行了深入的研究和理论推导, 认为分子蒸馏过 程可由以下四个基本平衡方程构建:
应用于分子蒸馏蒸汽阶段质量传递的 Boltzmann 方程:
式中, PA为组分A的分压；MA为组分A的分子质量；ƒA， ƒB为组分A、组分B的单粒子分布函数
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3.分子蒸馏技术特点
蒸馏温度低 受热时间短 分离程度高 特别适合以下物料的分离、浓缩与纯化
热敏性、易氧化的活性物质 高分子量、高沸点、高粘度物料
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1二.分、子分蒸子馏蒸设备馏的技发术展研究进展
静止式分子蒸馏装置
最早出现，简单、低廉，容易分解，分离效率低，现已被淘汰
在高真空下，当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、 重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程 不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同， 轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板， 与混合液排出。这样，达到物质分离的目的。
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分子平均自由程
自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之 间，经过的直线路程
运用这些方程可对各种操作条件下的分子蒸 馏过程建立模型, 并对其影响参数进行估算, 优化 其模型。此外, 还有学者结合具体工艺流程对其蒸 发速率、分离效率进行分析, 建立工艺参数数学模 型, 为确定最佳工艺流程提供依据。
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2.3 对分子蒸馏数学分析模型的研究
国外许多学者尝试建立分子蒸馏数学分析 模型, 用以对分子蒸馏进行分析研究。
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对分子蒸馏器的蒸馏空间几何外形进行改进
中国山东青岛的蔡沂春发明了M形离心式分子蒸馏器, 此发明是一种从液状油脂类中分离提纯出高沸点而易 于热分解的有机物的分子蒸馏器, 具有高药用纯、高 分离能力及高节能能力的特性, 回收率与处理能力均 良好。
中国福建省的陈德裕发明了悬锥形离心式分子蒸馏器, 具有便于制造及安装、能够防止雾沫飞溅、提高产品 质量等优点。由于该结构相对的蒸发面积大, 可以在 分子自由程较短的条件下完成蒸馏, 蒸馏效果好。
对分子蒸馏器的设计研究 对分子蒸馏基本理论的研究 对分子蒸馏数学分析模型的研究
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2.1 对分子蒸馏器的设计研究
对离心式分子蒸馏器的加热装置进行改进
美国的Jacques和Alain发明了电感加热的分子蒸馏装置。 此装置采用一电感加热设备代替传统的热能加热设备, 真正实现对蒸馏料液的均匀加热, 具有高效、节能的 特点, 很有推广应用价值
四 川 省 的 周 增 龙 发 明 了 真 空 分 子 蒸 馏 静 态 电 加 热 器 , 此发明可使热量直接迅速均匀地传至被加热壁面, 无 需导热油循环设备, 既简化了设备结构, 降低了热损 失, 又提高了传热效率, 适用于化工医药行业中分离 精制高感热、高沸点及高粘物质的真空分子蒸馏
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降膜式分子蒸馏装置
早期形式，结构简单，但液膜厚，效率差，当今世界各国很少采用
刮膜式分子蒸馏装置
形成的液膜薄，分离效率高，但较降膜式结构复杂
离心式分子蒸馏装置
离心力成膜，膜薄，蒸发效率高，但结构复杂，真空密封较难
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德国U.I.C 公司 KDL-1
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2.分子蒸馏技术最新研究成果
对个别分子而言，自由程时长时短，但大量分子 的自由程具有确定的统计规律
大量分子自由程的平均值称为平均自由程
轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小
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2.分子蒸馏过程
分子蒸馏过程可分为以下四步：
分子从液相主体向蒸发表面扩散 分子在液层表面上的自由蒸发 分子从蒸发表面向冷凝面飞射 分子在冷凝面上冷凝