分子蒸(zheng)餾(liu)技術(shu)及(ji)應(ying)用推(tui)廣(guang)

引言
 

　　分子蒸(zheng)餾(liu)技術(shu)是(shi)壹種特殊(shu)的液液分(fen)離(li)技術(shu)，它(ta)產生(sheng)於20世紀20年(nian)代，是(shi)伴隨(sui)著(zhe)人們(men)對(dui)真空(kong)狀態下(xia)氣(qi)體(ti)運動(dong)理(li)論(lun)的深入研(yan)究(jiu)以(yi)及(ji)真(zhen)空(kong)蒸(zheng)餾(liu)技術(shu)的不斷發展而逐漸(jian)興起的壹種新的分離(li)技術(shu)。目(mu)前(qian)，分(fen)子蒸(zheng)餾(liu)技術(shu)已成為分(fen)離(li)技術(shu)中(zhong)的壹個(ge)重(zhong)要分支(zhi)。
 

　　分子蒸(zheng)餾(liu)(moleculardistillation)也(ye)稱(cheng)短程蒸(zheng)餾(liu)(short-pathdistillation)，是壹種(zhong)在(zai)高(gao)真空(kong)下(xia)(殘(can)氣分(fen)子的壓力(li)<0.1Pa)進(jin)行的連(lian)續(xu)蒸(zheng)餾(liu)過程。分子蒸(zheng)餾(liu)過程與(yu)傳統(tong)的蒸(zheng)餾(liu)過程不同，傳統蒸(zheng)餾(liu)是在沸點溫(wen)度(du)下(xia)進(jin)行分離(li)的，蒸(zheng)發(fa)與(yu)冷凝(ning)過(guo)程是可(ke)逆的，液相(xiang)與(yu)汽(qi)相(xiang)間會(hui)形成平(ping)衡(heng)狀態。分子蒸(zheng)餾(liu)過程是壹(yi)個(ge)不可逆的，並且在遠離(li)物(wu)質常(chang)壓沸點溫(wen)度(du)下(xia)進(jin)行的蒸(zheng)餾(liu)過程，更確切(qie)地說，它(ta)是分(fen)子蒸(zheng)發(fa)的過程。
 

　　1基本(ben)原(yuan)理(li)
 

　　(1)分子運動(dong)平(ping)均(jun)自由(you)程。任壹分子在運動(dong)過(guo)程中(zhong)都在不斷變化(hua)自(zi)由(you)程，在某(mou)時(shi)間間(jian)隔(ge)內(nei)自(zi)由(you)程的平(ping)均(jun)值為(wei)平(ping)均(jun)自由(you)程。設(she)Vm為某(mou)壹(yi)分子的平(ping)均(jun)速度(du)，f為(wei)碰(peng)撞(zhuang)頻率(lv)，λm為(wei)平(ping)均(jun)自由(you)程。則λm=Vm/f，故(gu)f=Vm/λm。由(you)熱(re)力(li)學(xue)原(yuan)理(li)可知(zhi):
 

　　那麽，可(ke)得(de)：
 

　　式中(zhong)，d為分子的有(you)效(xiao)直徑(jing)，P為分(fen)子所(suo)處(chu)空間(jian)的壓強(qiang)，T為(wei)分子所(suo)處(chu)環(huan)境的溫(wen)度(du),K為(wei)波(bo)爾(er)茲曼常(chang)數(shu)。
 

　　(2)分離(li)因數Langmuir研(yan)究(jiu)了(le)高真(zhen)空下(xia)純(chun)物(wu)質的蒸(zheng)發(fa)現(xian)象(xiang)，從理(li)論(lun)上(shang)推導(dao)出(chu)純(chun)物(wu)質的分子蒸(zheng)發(fa)速率(lv)為(wei):
 

　　式中(zhong)，P0為物質的飽和(he)蒸(zheng)汽(qi)壓(ya)，Rg為(wei)氣(qi)體(ti)常數(shu)，Ts為液(ye)膜表面(mian)溫(wen)度(du)，M為(wei)物(wu)質的摩爾(er)質量(liang)。由(you)上(shang)式可知(zhi)，理(li)論(lun)分(fen)子蒸(zheng)發(fa)速率(lv)只(zhi)是(shi)液體(ti)表面(mian)溫(wen)度(du)和(he)分子種類的函數(shu)。
 

　　分子蒸(zheng)餾(liu)是壹種(zhong)非(fei)平(ping)衡(heng)分離(li)過(guo)程，分子蒸(zheng)餾(liu)理論(lun)分(fen)離(li)因數為:
 

　　與(yu)普(pu)通(tong)蒸(zheng)餾(liu)相(xiang)比，分子蒸(zheng)餾(liu)理論(lun)分(fen)離(li)因數增加(jia)了(le)(MB/MA)1/2倍(bei)，因此，分子蒸(zheng)餾(liu)技術(shu)可(ke)以(yi)用來(lai)分離(li)揮(hui)發度(du)相(xiang)近但分(fen)子量(liang)不同的混合物(wu)系。
 

　　(3)分子蒸(zheng)餾(liu)技術(shu)的基本原(yuan)理(li)。根據(ju)分(fen)子運動(dong)平(ping)均(jun)自由(you)程公(gong)式知，不同種類的分子，由(you)於其分子有(you)效(xiao)直徑(jing)不同，故其平(ping)均(jun)自由(you)程也(ye)不同，即其為不同種類分子。從統(tong)計(ji)學(xue)觀(guan)點看(kan)，其逸出(chu)液面(mian)後不與(yu)其他分(fen)子碰撞(zhuang)的飛(fei)行距(ju)離(li)是(shi)不同的。分子蒸(zheng)餾(liu)的分離(li)就(jiu)是利(li)用液(ye)體(ti)分子受(shou)熱後(hou)從液(ye)面(mian)逸出(chu)，而不同種類分子逸出(chu)後其平(ping)均(jun)自由(you)程不同這(zhe)壹(yi)性(xing)質來(lai)實現的。輕分(fen)子的平(ping)均(jun)自由(you)程大，重(zhong)分子的平(ping)均(jun)自由(you)程小，使(shi)得(de)輕分(fen)子落在冷凝(ning)面(mian)上(shang)，重(zhong)分子因達不到(dao)冷凝(ning)面(mian)而返回(hui)原(yuan)來(lai)液面(mian)，這(zhe)樣混(hun)合(he)物就得(de)以(yi)分(fen)離(li)。
 

　　2特點
 

　　由(you)分(fen)子蒸(zheng)餾(liu)的基本原(yuan)理(li)可以(yi)看(kan)出(chu)，分子蒸(zheng)餾(liu)是壹種(zhong)區(qu)別(bie)於常規(gui)蒸(zheng)餾(liu)的非平(ping)衡(heng)狀態下(xia)的特殊(shu)蒸(zheng)餾(liu)。與(yu)常規(gui)蒸(zheng)餾(liu)相(xiang)比，分子蒸(zheng)餾(liu)有(you)如(ru)下(xia)wu法比擬(ni)的特點:
 

　　(1)操作(zuo)溫(wen)度(du)低，可(ke)大大節省(sheng)能(neng)耗
 

　　常規(gui)蒸(zheng)餾(liu)是依(yi)靠(kao)物(wu)料混(hun)合物中(zhong)不同物質的沸點差(cha)進(jin)行分離(li)的，而分子蒸(zheng)餾(liu)是靠(kao)不同物質的分子運動(dong)平(ping)均(jun)自由(you)程的差(cha)別(bie)來(lai)進(jin)行分離(li)的，並不要求物料壹(yi)定要達到(dao)沸騰(teng)狀(zhuang)態，只要分子從液(ye)相(xiang)中(zhong)揮發逸出(chu)，就可以(yi)實(shi)現(xian)分(fen)離(li)。正(zheng)因為分子蒸(zheng)餾(liu)是在遠離(li)沸點下(xia)進(jin)行操作，因此產品(pin)的能(neng)耗小(xiao)。
 

　　(2)蒸(zheng)餾(liu)壓強(qiang)低，要求在高(gao)真空(kong)度(du)下(xia)操(cao)作(zuo)。
 

　　分子運動(dong)平(ping)均(jun)自由(you)程與(yu)系統(tong)壓(ya)力(li)成反(fan)比，只有(you)加(jia)大真空(kong)度(du)，才能(neng)獲得(de)足夠大的平(ping)均(jun)自由(you)程。研(yan)究(jiu)指(zhi)出(chu)，分子蒸(zheng)餾(liu)的真空度(du)高(gao)達0.1-100Pa。
 

　　(3)受(shou)熱時(shi)間短，降低熱(re)敏(min)性(xing)物(wu)質的熱損傷(shang)。
 

　　由(you)於分子蒸(zheng)餾(liu)是利(li)用不同物質分(fen)子運動(dong)平(ping)均(jun)自由(you)程的差(cha)別(bie)而實現(xian)分離(li)的，其基本(ben)要求是加(jia)熱面(mian)與(yu)冷凝(ning)面(mian)的距(ju)離(li)必(bi)須小於輕分(fen)子的運動(dong)平(ping)均(jun)自由(you)程，這(zhe)個(ge)距(ju)離(li)通(tong)常很小，因此輕分(fen)子由(you)液(ye)面(mian)逸出(chu)後幾(ji)乎(hu)未發生碰撞(zhuang)即(ji)射向(xiang)冷凝(ning)面(mian)，所(suo)以(yi)受(shou)熱時(shi)間極(ji)短。研(yan)究(jiu)測(ce)定指出(chu)，分子蒸(zheng)餾(liu)受(shou)熱時(shi)間僅(jin)為(wei)幾(ji)秒(miao)或(huo)幾(ji)十秒(miao)，從而在很(hen)大程度(du)上(shang)避免了(le)物質的分解或(huo)聚合(he)。
 

　　(4)分離(li)程度(du)及(ji)產品(pin)收(shou)率高，尤其(qi)適(shi)合(he)於特定蒸(zheng)餾(liu)。分子蒸(zheng)餾(liu)的揮發度(du)可(ke)以(yi)用下(xia)式表示：
 

　　式中(zhong)M1——輕分(fen)子相(xiang)對(dui)分子質量(liang);
 

　　M2——重(zhong)分子相(xiang)對(dui)分子質量(liang);
 

　　P1——輕分(fen)子飽和(he)蒸(zheng)汽(qi)壓(ya)，Pa,
 

　　P2——重(zhong)分子飽和(he)蒸(zheng)汽(qi)壓(ya)，Pa;
 

　　Tt——相(xiang)對(dui)揮發(fa)度(du)。
 

　　但是(shi)，常(chang)規(gui)蒸(zheng)餾(liu)的相(xiang)對(dui)揮發(fa)度(du)為(wei):
 

　　對(dui)比式(5)與(yu)式(6)可以(yi)看(kan)出(chu)，由(you)於M2大於M1，因此分子蒸(zheng)餾(liu)的相(xiang)對(dui)揮發(fa)度(du)大於常規(gui)蒸(zheng)餾(liu)的相(xiang)對(dui)揮發(fa)度(du)，這(zhe)就(jiu)從理(li)論(lun)上(shang)證明(ming)了(le)分(fen)子蒸(zheng)餾(liu)比常規(gui)蒸(zheng)餾(liu)更容(rong)易(yi)實(shi)現物質的分離(li)。同時(shi)，分子蒸(zheng)餾(liu)由(you)於處(chu)於非平(ping)衡(heng)狀態下(xia)操(cao)作(zuo)及(ji)其(qi)設(she)備(bei)的內(nei)部(bu)結(jie)構特點，使(shi)得(de)分離(li)效(xiao)率(lv)遠高(gao)於常規(gui)蒸(zheng)餾(liu)，從而可使(shi)產品(pin)的收率大大提高(gao)，降低生(sheng)產成本。