分子蒸餾器的分子蒸餾技術是20世紀20年代產生的一種特殊的液-液分離技術。它是隨著人們對真空下氣體運動理論的深入研究和真空蒸餾技術的不斷發展而逐漸興起的一種新型分離技術。目前,分子蒸餾技術已成為分離技術的一個重要分支。
分子蒸餾,也稱為短程蒸餾,是一種在高真空(殘余氣體分子的壓力<0.1Pa)下的連續蒸餾過程。分子蒸餾過程不同于傳統的蒸餾過程。傳統的蒸餾在沸點溫度下分離。蒸發和冷凝過程是可逆的,液相和汽相將形成平衡狀態。分子蒸餾是一個不可逆的過程,它在遠離物質正常沸點的溫度下進行。更具體地說,這是一個分子蒸發的過程。
1.基本原則:(1) 分子運動的平均自由程。任何分子在運動過程中都在不斷地改變其自由路徑,在一定時間間隔內的平均自由路徑就是平均自由路徑。設Vm為分子的平均速度,f為碰撞頻率,λM為平均自由程。λM=Vm/f,因此f=Vm/λM根據熱力學原理:其中,d是分子的有效直徑,P是分子所在空間的壓力,T是分子所在環境的溫度,K是玻爾茲曼常數。
(2) 分離因子朗繆爾研究了純物質在高真空下的蒸發,并從理論上推導出純物質的分子蒸發速率為:其中P0是物質的飽和蒸氣壓,Rg是氣體常數,Ts是液膜的表面溫度,M是物質的摩爾質量。從上式可以看出,理論分子蒸發速率只是液體表面溫度和分子類型的函數。
分子蒸餾器的特征:從分子蒸餾的基本原理可以看出,分子蒸餾是一種不同于常規蒸餾的非平衡狀態下的特殊蒸餾。與常規蒸餾相比,分子蒸餾具有以下無可比擬的特點:
(1) 低工作溫度可大大節省能源消耗:常規蒸餾是基于物質混合物中不同物質的沸點差異,而分子蒸餾是基于不同物質分子運動的平均自由程差異。它不要求材料必須達到沸騰狀態。只要分子從液相中揮發,就可以實現分離。由于分子蒸餾是在遠離沸點的地方進行的,因此產品的能耗很小。
(2) 蒸餾壓力低,需要在高真空下操作。分子運動的平均自由程與系統壓力成反比。只有增加真空度,我們才能獲得大的平均自由程。指出分子蒸餾的真空度高達0.1-100Pa。
(3) 加熱時間短,減少了熱敏物質的熱損傷。由于分子蒸餾通過利用不同物質分子的平均自由運動路徑的差異來實現分離,其基本要求是加熱表面和冷凝表面之間的距離必須小于光分子的平均運動路徑,這通常很小。因此,光分子從液體表面逃逸后幾乎會撞擊冷凝表面,因此加熱時間極短。研究和測量表明,分子蒸餾的加熱時間只有幾秒或幾十秒,從而在很大程度上避免了物質的分解或聚合。

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