В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Высоковакуумная дистилляция
Вакуумные установки - Аппараты для дистилляции и ректификации
Оглавление
Высоковакуумная дистилляция
Страница 2
Страница 3
Все страницы


При выпаривании, как и при дистилляции, важной проблемой является обработка веществ, чувствительных к высоким температурам. В этом случае необходимо применение вакуума, что позволяет проводить процесс при достаточно низких температурах. Нужно также обеспечить кратковременное пребывание материала в нагреваемой зоне. Эти требования выполняются при проведении дистилляции в тонкой пленке вещества. Очень тонкая пленка течёт вдоль нагреваемой поверхности и находится при температуре дистилляции всего несколько секунд.

При этом температура дистилляции на 50—100° С ниже, чем при дистилляции в перегонном кубе, из-за отсутствия гидростатического давления жидкости, повышающего точку кипения. Летучие компоненты испаряются непосредственно с поверхности тонкой пленки. Для ускорения процесса жидкость в пленке непрерывно перемешивается благодаря применению специальных шероховатых поверхностей. При этом устраняется опасность понижения концентрации низкокипящих компонентов у поверхности и улучшаются условия теплопередачи .

Если дистилляция проводится при давлениях ниже 1 мм рт. ст., то объем пара становится очень большим и сопротивление соединительной трубы между кристилляционным аппаратом и конденсатором препятствует нормальной работе. Возникает значительная разность давлений на концах соединительного трубопровода. Чтобы избежать этого, дистилляцию проводят так, что поверхность конденсации находится в непосредственной близости от поверхности испарения материала, т. е. применяют встроенный конденсатор. В таких условиях успешно производится разделение веществ с большой молекулярной массой и весьма чувствительных к высоким температурам.

Молекулярной дистилляцией называют процесс дистилляции, проводящийся в условиях, когда расстояние между поверхностью испарения и поверхностью конденсации примерно равно длине свободного пробега молекул разделяемого материала. Обычно это соответствует давлению 10-3 мм рт ст. и ниже. Температура при этом ниже температуры кипения, т. е. разделение жидкой смеси производится при свободном испарении. При молекулярной дистилляции изменение состава пара по сравнению с составом жидкости определяется различием скоростей испарения отдельных компонентов.

Молекулярная дистилляция — относительно сложный и дорогой способ разделения, так как проводится в условиях высокого вакуума, а производительность установок невелика. Однако этот способ применяют для жидкостей,не поддающихся разделению другими способами. Жидкие органические соединения с молекулярной массой порядка 300 и выше не могут быть доведены до температуры кипения из-за опасности их разложения. При молекулярной дистилляции температура жидкости может быть на 100° С ниже температуры кипения, так как процесс производится путем свободного испарения молекул жидкости и нет необходимости доводить жидкость до кипения. Таким образом, это единственный способ, который пригоден для разделения веществ с высокой молекулярной массой, разлагающихся раньше, чем они достигнут точки кипения.

Кроме того, молекулярной дистилляцией можно разделить вещества, упругости паров которых незначительно различаются, а если молекулярные массы двух компонентов различны, то разделять их можно даже в случае, если упругости паров одинаковы. При этом достигается не полное разделение до получения чистых компонентов, а разделение на отдельные фракции, обогащенные тем или иным компонентом.

Молекулярная дистилляция основана на использовании собственных колебаний молекул жидкости. Если в результате теплового движения молекула отрывается от поверхности жидкости, то в условиях высокого вакуума она пролетит путь, соответствующий длине свободного пробега молекулы.

Процесс может продолжаться при условии, что испарившиеся молекулы пара достигнут поверхности конденсации и задержатся на ней. Пар образуется не во всей массе жидкости, как это имеет место при кипении, а только на ее поверхности. Такой процесс может быть непрерывным только при незначительном сопротивлении проходу пара от испарителя к конденсатору, а также при обеспечении диффузии из глубинных слоев жидкости к поверхности испаряющегося компонента смеси. Чтобы уменьшить сопротивление движению молекул пара, необходимо исключить столкновение молекул пара с молекулами неконденсирующего газа. Столкновение молекул пара между собой влияет меньше, так как испарившиеся молекулы движутся все приблизительно в одном направлении. Эти столкновения влияю т тем меньше, чем больше упругость пара дистиллируемой жидкости.

В отличие от обычной дистилляции скорость разделения не определяется условиями равновесия между жидкостью и паром, а зависит от соотношения скоростей теплового движения молекул отдельных компонентов. Не существует определенной температуры дистилляции, которая соответствовала бы температуре кипения, отвечающей данному давлению.

Теоретическая скорость испарения в абсолютном вакууме выражается формулой


где р — давление насыщенного пара в мм рт. ст. при температуре Т; M — молекулярная масса; T — абсолютная температура в °К.

Действительное количество сконденсированных молекул меньше теоретического, так как не все испарившиеся молекулы доходят до поверхности конденсации из-за взаимных столкновений, и часть этих молекул возвращается обратно на поверхность испарения. Если ввести фактор эффективности К, учитывающий, какая часть испарившихся молекул достигает поверхности конденсации, то получим выражение для максимальной скорости испарения при молекулярной дистилляции:

Теоретически достижимые скорости дистилляции, подсчитанные по уравнению, очень низки. Значения этих скоростей для некоторых веществ при остаточном давлении 10-3 мм рт. ст. приведены в табл. 22.

Для лучшей дистилляции необходимо, чтобы разность температур между поверхностью испарения и поверхностью конденсации поддерживалась 50— 100° С. При этом конденсация происходит практически мгновенно. Диффузия молекул наиболее летучего компонента к поверхности испарения в случаемолекулярной дистилляции играет более значительную роль, чем при простой дистилляции, так как при молекулярной дистилляции нет кипения, а следовательно, нет интенсивного перемешивания дистиллируемой жидкости.

Таблица 22

Вещество Молекулярная масса

Скорость дистилляции 

в моль/(см2C)

P при 120° С в мм рт. ст.
Стеариновая кислота 224  0,0021*10-4 35,0
Холестерин 387  0,0014*10-4 0,5
Тристеарин 891  0,0009*10-4 10-4

Недостатком молекулярной дистилляции являются значительные потери тепла излучением, так как конденсатор располагается близко от испарителя. Однократная молекулярная дистилляция малоэффективна, поэтому целесообразно применять многократный процесс. Наиболее эффективно применение молекулярной дистилляции в случае, когда испаряемый ценный компонент находится в исходной смеси в малых концентрациях.



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 606 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru