《绿色化学化工技术》PPT课件.ppt

绿色化学化工技术彭桂花广西师范大学化学化工学院 绿色化学化工技术 催化技术生物技术微波技术超声技术膜技术分子蒸馏技术 催化技术 正催化剂负催化剂形成势能较低的活化配合物 改变反应的历程 催化技术 化学催化均相催化多相催化 非均相催化 生物催化 固体超强酸催化剂不对称合成用催化剂沸石分子筛择形催化固体碱催化石墨催化剂电催化 催化技术生物技术微波技术超声技术膜技术分子蒸馏技术 生物技术 生物技术 是应用生物学 化学和工程学的基本原理 依靠生物催化剂的作用将物料进行加工 以生产有用物质或为社会服务的一门多学科综合性的科学技术 生物技术的最大特点在于能充分利用各种自然资源 节省能源 减少污染 易于实现清洁生产 而且可以实现一般化工技术难以制备的产品 基因工程细胞工程酶工程微生物发酵工程 生物技术 基因工程 也称遗传工程 主要是基因重组技术 按照人们的要求将目的脱氧核糖 DNA 片段在离体条件下用工具酶剪切 组合和拼接 再将其引入宿主细胞复制和表达 达到改造生物特性 生产所需产品 细胞工程 细胞工程包括细胞融合及由此衍生出来的单克隆抗体技术 动植物细胞的大规模培养技术 以及植物组织培养快速繁殖技术 所谓细胞融合技术是人为地将两种不同的生物细胞用生物 化学或物理方法使之直接融合 从而产生能够同时表达两组亲本有益性状的杂种细胞的技术 酶工程 酶是存在于生物体内具有催化功能的蛋白质 酶工程包括酶源的开发 酶的提取和纯化 酶和细胞的固定化 酶分子的改造和化学修饰 酶分子的人工设计等 酶催化反应的特点 催化效率高反应选择性好 大多数酶具有高度的专一性酶反应可在常温常压下进行 条件温和 控制容易 副反应少 环境污染小 微生物发酵工程 微生物发酵工程包括菌种的选育 菌种的生产 代谢产物的发酵及微生物的利用等 也包括生物化学工程 即生化反应器的设计与放大 生产过程参数的检测与控制 以及产物的分离和精制等 因此 现代微生物发酵工程是利用微生物的特定性状和现代化的工程技术进行工业生产的新技术体系 很显然 只有通过微生物发酵工程和生化工程 才能使基因工程 细胞工程和酶工程等技术转化为生产力 催化技术生物技术微波技术超声技术膜技术分子蒸馏技术 微波技术 微波是指频率在300MHz 300GHz 即波长lm lmm 范围的电磁波 位于电磁波谱的红外辐射和无线电波之间 微波直接作用于化学反应体系而促进各类化学反应的进行 这就是通常意义上的微波化学 微波与气态物质的作用 使气体先转变成等离子体 进而在各种化学反应中加以利用 即微波等离子体化学 微波加快化学反应速度的理论解释 微波的致热效应 微波是一种内加热 加热速度快 只需外加热的1 10 1 100的时间即可完成 受热体系温度均匀 无滞后效应 热效率高 电磁场对反应物分子间行为的直接作用 改变了反应的动力学 降低了反应的活化能 微波对化学反应体系不产生污染 微波化学技术属于清洁技术 微波在有机合成中的应用 微波应用于有机合成 由于能大大加快化学反应的速度 缩短反应的时间 特别是以无机固体物为载体的无溶剂的微波有机合成反应 操作简便 溶剂用量少 产物易于分离纯化 产率高 微波在无机合成中的应用 烧结合成水热合成微波等离子体化学气相沉积 MWPCVD 在低温低压下采用微波增强金刚石 具有重要的理论意义和实用价值 引起了人们的广泛关注 Seino和Nagal采用MWPCVD法在Si基质上制备出金刚石膜 制备条件 微波源功率500W CH4 H2混合气体压力4kPa CH4浓度为0 1 体积 测试结果表明 在室温下 金刚石膜的杨氏模量为891GPa 微波烧结 微波烧结炉 微波烧结是从20世纪发展起来的新的陶瓷烧结技术 利用微波能使陶瓷材料实现高温烧结 它具有整体加热 烧结温度低 烧结时间短 加热效率高 安全卫生无污染等常规烧结无法比拟的优点 已成功制备出Al2O3 ZrO2 SiC Si3N4 AlN PZT及PTC等陶瓷材料 微波烧结Al2O3 SiC纳米复合陶瓷的研究 已采用了常压 无压 热压及等离子体等烧结方法制备了性能比较优异的Al2O3 SiC纳米复合陶瓷材料 其强度和韧性都有显著的提高但利用微波对Al2O3 SiC纳米复合陶瓷材料进行烧结却没有太多公开的报道 取一定量的Al NO3 3溶液 加入2 5 w 的PEG作为分散剂 在不断搅拌的同时加入纳米SiC粉末制成的悬浮液 继续搅拌一段时间后 再将稀释好的NH3 H2O匀速滴加到剧烈搅拌的Al NO3 3溶液中 直到pH 9为止 继续搅拌30min 得到黑色溶胶 将黑色溶胶超声波分散15min后经50 水浴加热20min而得黑色凝胶 由于本工作采用的SiC晶粒细小 易团聚 故采用如下方法对纳米SiC粉体进行热处理 用HF酸浸泡纳米SiC粉体 粒径为50nm 合肥开尔纳米技术公司 处理的SiC粉体按8 w 加到PEG和一定量的去离子水中 并用NH3 H2O调节pH 9 10而制成稀悬浮液 用超声波分散10min 对制备的Al2O3 SiC纳米复合粉体加入PVA 聚乙烯醇 粘结剂 在玛瑙钵中研磨均匀 干压成型后进行200MPa冷等静压坯体强化 试样的微波烧结温度为1450 1500 1550 1600 升温速率为40 min 最高烧成时间为20min 用多功能炉进行热压烧结 烧结温度为1550 1600 1650 1700 压力为50MPa 烧结时间为2 5h 3h 保温 结论 微波烧结能提高Al2O3 SiC纳米复合陶瓷的致密性 使材料的力学性能比热压烧结有显著的提高 能优化材料的显微结构 使晶粒细小 均匀 有利于制备高致密化的细晶结构或超细晶粒的陶瓷材料 微波烧结比热压烧结温度要低200 以上 催化技术生物技术微波技术超声技术膜技术分子蒸馏技术 声化学 Sonochemistry 声化学效应的实质是空腔作用 cavitation 它由成核 微泡生长和空腔向内塌陷三步组成 由于空腔生长和塌陷的动力学与所在局部环境有关 因此它又分为均相液体空腔作用和固液界面空腔作用 均相液体空腔作用 若使液体内产生空腔 必须克服分子间作用力 对液体施加足够大的负压力Pc 使分子间距离超过使液体相互接触的最小距离 液体将裂开产生空腔 实际上 空腔形成所需的声压大大低于此值 因为液体内存在张力弱区 即液体内有溶解气体或在尘埃杂质固液界面上气体作为气核 声波是一个压力波 存在交替的声波压缩相区和稀疏相区 在声波稀疏相 气核膨胀长大 并为周围液体蒸汽或气体所充满 成为气泡 bubbles 空腔 在下一个压缩相区 空腔很快塌陷和破裂 产生大量微泡 它们又可作为新的气核 形成新的微泡空腔 固液界面上的空腔作用 当固 液界面受到强声波作用时 也会产生瞬态空腔 它不呈球形对称 而出现不对称塌陷 产生一股微射流 以每秒几百米的速度撞击固体表面 使固体表面发生局部侵蚀和剥蚀 并伴生强冲击波 数量级高达1000MPa 可以强化传质作用 使固体表面保持高活性 大大提高反应速度 并对不相溶的液 液界面发生强烈乳化分散作用 从而具有广泛的工业应用 声化学效应的理论解释 均相体系空腔塌陷导致在液体微区内产生高温高压的高能环境 引起分子中化学键的断裂 产生自由基和离子 进而引起一系列化学变化 在非均相体系主要是由于空腔的机械效应 Mechanicaleffects 当空腔塌陷时 冲击波和微射流以每秒几百米的速度射向多相界面 剧烈地撞击固体表面 破坏固相表面的氧化层 露出新鲜表面 产生新的活性位置 同时强烈的物理应力 产生粒子的分裂 液滴喷射相互作用 使互不相溶的液体产生乳化 这一切极大地提高传热和传质速率 加速化学反应的进行 声化学效应的理论解释 声化学技术在绿色化学中的应用 改变反应的进程 提高反应的选择性增加化学反应的速率和产率 降低能耗和减少废物的排放在声化学反应和常规搅拌时其反应速率常数之比为10 1 空腔活化使反应产率达到97 因为声化学反应大多在环境温度进行 避免了热敏化合物的高温分解 声化学技术是一种安全无害的 绿色技术 在合成化学中具有广泛的应用 ACE超声化学反应釜 ACESonochemicalEquipment 超声水热法制备单分散球形二氧化硅 将异丙醇 AR 二次蒸馏水 氨水 AR 按比例混合置于三口烧瓶中 固定在KQ5200DB数控超声波清洗器 40kHz 200W 可调40 100 中 并连接冷凝管 预热 待温度稳定 打开超声波 选择功率 滴入正硅酸乙酯 TEOS AR 反应开始 待反应完全 将产物离心水洗至中性 再用无水乙醇洗涤两次 干燥即得二氧化硅粉体 采用HOTIBALA2920激光粒度仪和TEC2NAL20透射电子显微镜对正交实验所得样品进行表征 采用日本理学D MAX2RA型X射线衍射仪 Nicolet380FT2IR红外光谱仪和PERKIN2ELMER7Series型差热分析系统表征最佳条件制备的SiO2样品晶态 IR和DTA曲线 易赛20激光粒度分析仪 催化技术生物技术微波技术超声技术膜技术分子蒸馏技术 膜技术 按化学组成可分为无机膜和有机高分子膜 按结构可分为对称膜 单层膜 和不对称膜 多层复合膜 按用途可分为分离膜和膜反应器 膜技术通常包括膜分离技术和膜催化技术 膜分离技术 分离膜有无机分离膜和有机高分子分离膜两大类型 无机分离膜是由无机材料如金属 金属氧化物 陶瓷 微孔玻璃 沸石等制成的膜 具有结构稳定 孔径均一 耐酸 耐碱 耐有机溶剂 抗微生物侵蚀力强 化学稳定性好 可在高温高压条件下操作 有机高分子分离膜是以纤维素 聚酰 亚胺类 聚砜类 聚烯烃类 硅氧烷聚合物 含氟高分子 聚电解质等合成有机高分子材料制成的分离膜 原理 膜分离技术主要是采用天然或人工合成薄膜 以外界能量或化学位差为推动力 对双组分或多组分流质和溶剂进行分离 分级 提纯和富集操作 膜分离可以看成是两相之间一个具有透过选择性的屏障 特点 在常温下进行有效成分损失极少 特别适用于热敏性物质 如抗生素等医药 果汁 酶 蛋白的分离与浓缩无相态变化保持原有的风味 能耗极低 其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1 3 1 8 无化学变化典型的物理分离过程 不用化学试剂和添加剂 产品不受污染选择性好可在分子级内进行物质分离 具有普遍滤材无法取代的卓越性能适应性强处理规模可大可小 可以连续也可以间隙进行 工艺简单 操作方便 易于自动化 分类 微滤超滤纳滤 微滤是发展最早 制备技术最成熟的膜形式之一 孔径在0 05um 10um之间 可以将细菌 微粒 亚微粒 胶团等不溶物除去 滤液纯净 国际上通称为绝对过滤 由于微滤孔径相对较大 单位膜面积透水率高 而且制备成本最低 使用范围非常广 其销售额居于各类膜的首位 超滤的截留相对分子质量在1000 100000之间 选择某一截留相对分子质量的膜可以将杂质与目标产物分离 超滤技术在生化产品分离中应用最早 最为成熟 已广泛应用于各种生物制品的分离 浓缩 纳滤膜具有纳米级孔径 截留相对分子质量为200 1000 能使溶剂 有机小分子和无机盐通过 纳滤可以采用两种方式提取抗生素 一是用溶剂萃取抗生素后 萃取液用纳滤浓缩 可改善操作环境 二是对未经萃取的抗生素发酵液进行纳滤浓缩 除去水和无机盐 再用萃取剂萃取 可减少萃取剂用量 纳滤设备 膜分离技术的应用现状 生化产品制备 韩少卿等利用膜分离技术提取海藻糖 经过超滤 纳滤操作 再经结晶 干燥处理 得到海藻糖成品 提取率达85 6 高于传统提取方法 膜材料在早期主要是醋酸纤维素 后来主要用聚砜 聚砜具有优良的化学稳定性 较宽的pH值使用范围和良好的耐热性能 20世纪80年代 无机膜开始应用于生物分离 优点是可以在苛刻条件下进行精密过滤 机械强度高 化学性能稳定 耐热性好 目前开发的商品化无机膜主要有氧化铝 氧化钛和氧化锆陶瓷膜 陶瓷膜在生物化工领域中的应用研究是膜材料研究的热点之一 微生物制药 随着基因工程技术的不断发展 由发酵法生产的微生物药物的分离和纯化正面临着一系列新的问题 如含量低 活性高 易失活 提取收率低等 膜分离技术作为一种新型的分离技术 在现代生物制药分离工程中具有巨大的应用潜力 得到了广泛的发展 已经用于酶 活性蛋白 氨基酸 维生素 甾体 疫苗等物质的分离纯化 而膜分离技术在抗生素提炼中的应用也是重点推广的领域之一 现代中药提取制剂工艺 用孔径为0 2um的无机陶瓷膜对多种根及根茎类中药提取液进行微滤 证明无机陶瓷膜对中药水提液具有较好的澄清除杂作用 用陶瓷微滤膜与大孔吸附树脂联用精制苦参水提液 其总黄酮吸附率与除杂率均优于醇沉大孔树脂法 饮用水处理 在饮用水处理中 膜分离是一种在某种推动力作用下 利用特定膜的透过性能分离水中的离子 分子和杂质的技术 膜分离技术可解决传统工艺难以解决的诸多问题 如去除水中的微污染物 运行管理简单 基建费用低等优点 已被大规模用于处理饮用水 其它方面 在食品机械方面 用牛奶制干酪 分离后得到乳清 其中含不少可溶蛋白质 矿物质等营养物质 但也含大量的难消化的乳糖 用超滤法回收其中的蛋白质 可使蛋白质含量从3 增加到50 以上 甚至高达80 膜催化技术 膜催化技术是将膜分离功能与催化反应相耦合的一种新的化工过程强化技术 利用这一技术将反应与分离两个单元操作过程集成在一个单元设备中进行 从而简化了工艺流程 膜催化反应器的分类 膜催化技术是通过膜催化反应器的设计来实现的 反应器的设计主要考虑如何实现分离功能与反应的有机结合 一般采取以下三种方式 1 膜将反应器分隔为两个反应室 膜可以放在反应器的上游或下游 起到分离和净化的作用 同时控制反应进程 避免深度反应的进行 2 膜作为反应器的一部分 但不充当催化剂 这种情况下 催化剂常以堆积床的形式放在膜的一侧 这时 膜只起到将产物有选择性地移出体系的作用 3 膜作为催化剂的一部分或催化剂的载体 这时膜本身可以是具有催化活性的 也可以是将催化剂附着在膜的孔内 或者催化剂以薄层的形式沉积于膜的表面 膜本身实际上充当反应的场所 1 反应促进型膜催化反应器 主要适用于受化学平衡限制的吸热反应 如烃类的脱氢反应等 通过在反应的同时将产物不断移走 使反应不断向正方向进行 在较温和的条件下得到较高的产率 环己烷脱氢是一种典型的脱氢反应 在传统的脱氢方法中 反应转化率只有18 而采用膜催化反应器 以Al2O3为催化剂 用管式钯膜作为渗透膜 环己烷转化率接近100 2 反应控制型膜催化反应器 主要适用于快速反应 反应速度大于扩散速度 及选择性加氢反应和选择性氧化反应 反应物从膜的两侧透过膜孔 在膜内反应 因此 在膜内形成一定化学计量的反应面 由于两种反应物在膜表面上的浓度可以独立控制 从而使反应控制在选择性加氢和选择性氧化阶段 而不致于发生深度反应 美国Mischenko等人报道了用Pd2Ru合金作为氢选择性渗透膜和催化剂 进行硝基苯加氢还原制苯胺的反应 氢气在101kPa下 以3mL min的流速连续通入膜的一侧 硝基苯蒸气以39mL min的流速通入膜的另一侧 氢气在透过Pd2Ru合金膜的同时被活化 并与吸附的硝基苯进行选择性加氢生成苯胺 反应温度保持在170 3h内 反应的转化率和选择性均达到100 3 耦合式膜催化反应器 主要是基于催化剂对正逆反应都有效的考虑 将两个反应 如脱氢和加氢反应集成在一个反应器中进行 整个反应器由一个透氢的膜隔成两室 在膜的一侧进行加氢反应 而在另一侧进行脱氢反应 其加氢所需的氢来自于脱氢反应所放出的氢 为控制脱氢的程度 在脱氢一侧可以补加一定量氢气 适当控制氢压力和流量 Basor和Gryaznov用苯酚和环己醇耦合反应合成环己酮就是这方面的典型例子 环己醇在Pd2Ru膜一侧脱氢生成环己酮 产物氢气透过膜后与苯酚发生加氢反应 生成同一种产物 在683 时 环己酮的选择性可达到95 除了物质耦合外 也可以对反应热进行耦合 如反应器由钯膜分隔成两室 一室进行脱氢反应 生成的氢透过钯膜在另一室被空气氧化成水 氧化反应放出的热量经钯膜传递到另一侧 成为脱氢反应的热量来源 同时 在膜表面进行氧化反应 有效地降低了氢的反渗透程度 对提高脱氢反应的产率有利 4 泵氧型膜催化反应器 针对氧的传递而设计的 适用于催化氧化反应 如在天然气部分氧化制合成气的膜催化反应器中 在催化膜的一侧 O2被催化还原成O2 O2 通过膜传递到另一侧 与甲烷催化氧化生成CO和H2 900 时 CO的选择性大于96 CH4的转化率达到90 膜催化研究中存在的问题 1高选择性膜的制备 目前 大部分膜的最小孔径为3 4nm 虽然膜层较薄 2 5 m 无裂纹 孔隙率比较均匀 有一定的选择渗透性 但膜孔径还不是小到足以得到很高的分离效果 因此还不能更有效地影响反应进程 2高温下的设备密封 在大多数膜催化反应器中都使用聚合物垫圈作为密封组件 但它只能用于300 以下 石墨垫圈在氧化气氛中能耐450 高温 但有一定的泄露 采用多孔陶瓷与致密陶瓷烧结 然后在致密陶瓷管上密封 或将致密陶瓷管与金属管烧结等技术可以解决此类问题 但成本较高 工业化应用还有一定的难度 3膜的污染 高温结炭对膜的污染特别严重 降低结炭的方法一般是通水蒸气作为反应物的稀释剂 另一个可能的方法是设计氧化气氛 将形成的炭除去 但氧化气氛会对反应过程产生影响 因而还有待于进一步深入研究 4膜催化反应过程的数学模拟 影响膜催化反应器性质的因素很多 如物料流动方式 速率 反应物组成 膜的选择性 渗透性 催化剂活性 比表面积 操作条件等 在膜催化反应的数学模拟方面 虽然作了很多工作 但膜的性质 反应体系的特征和膜反应器结构之间的关系还缺少系统的 规律性的认识 因此 建立较全面的膜反应器模拟方法仍是一个亟待解决的问题 膜催化技术应用前景展望 化学工业领域由于膜催化技术能提高反应转化率 选择性 降低反应温度和节能降耗 因此 将加速新的催化反应的开发 特别是涉及到催化加氢 脱氢及烃类催化氧化过程的反应 环境催化方面 期待利用膜催化反应器使污染大气的NOx和CO2气体高效分解 以防止环境污染 并可用于原子能工业放射性废物的处理 另外 膜催化技术还可能在清洁燃烧及高温气体除尘与脱硫一体化的研究中发挥作用 现在 陶瓷膜光催化反应器在工业废水的处理研究中已经取得了可喜的成果 生物工程方面 随着人工合成膜作为生物催化剂的固定化载体研究的深入 膜催化反应器将会在这一领域得到更为广泛的应用 从而扩大生物催化反应在有机合成中的应用 分子蒸馏技术 1几个基本概念 分子与分子之间存在着相互作用力 当两分子离得较远时 分子之间的作用力表现为吸引力 但当两分子接近到一定程度后 分子之间的作用力会改变为排斥力 并随其接近距离的减小 排斥力迅速增加 当两分子接近到一定程度时 排斥力的作用使两分子分开 这种由接近而至排斥分离的过程就是分子的碰撞过程 分子碰撞 分子有效直径分子在碰撞过程中 两分子质心的最短距离 即发生斥离的质心距离 称为分子有效直径 分子运动自由程一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程分子运动平均自由程任一分子在运动过程中都在不断变化自由程 而在一定的外界条件下 不同物质的分子其自由程各不相同 在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自由程 2分子蒸馏背景 常规蒸馏实质是利用了不同物质间的沸点差来完成的 尽管这种手段在工业上普遍应用 但对于许多热敏性物系而言 这种方法并不适用 原因在于热敏性物质在沸腾过程中会出现热分解 而这种热分解的速度又是随着温度的升高呈指数升高 随停留时间的增大呈线性增大的 因此 要解决好热敏性物系的分离间题 首先就必须从降低蒸发过程的分离温度和缩短物料的受热时间开始 物料的沸点依赖于操作压力 为此 人们开发了各种类型的真空蒸馏设备 试图通过降低过程的操作压力来降低物料的沸点 从而达到降低分离温度的目的 如间歇真空蒸馏 将物料放置在一加热釜中蒸发 并在釜外冷凝器后配置上真空系统 由于操作压力的降低 物料的沸点随之下降 从而使操作温度降低 但这种类型的蒸馏 由于其气相必须由釜内移至外部冷凝器冷凝 其蒸发面上的实际操作压力必须大到足以克服气相的管道阻力才行 因此 这种蒸馏的操作压力的降低是有限度的 此外 由于釜内液层很厚 液层的压力又进一步增大了底层液体的实际蒸发压力 这就进一步限制了操作温度的降低 与此同时 液层的厚度还增大了传热传质阻力 降低了分离效率 同时也增大了物料的受热时间 为了解决这些问题 人们设计了各种不同形式的薄膜蒸发器 如降膜式薄膜蒸发器 刮膜式薄膜蒸发器等 有效地减小了蒸发器表面上液膜的厚度 并减少了传热传质阻力 从而降低了物料的分离温度和物料的受热时间 所有这些 都使热敏性物料的品质得到了一定程度的保护 由于薄膜蒸发器仍属于常规蒸馏 不管空载真空度多高 其操作时都必须要达到物料的沸点 其蒸发的气相也必须靠一定压力由蒸发器内部移至外部冷凝器 因此其蒸发面上的实际操作压力仍然比较高 因此 对于许多热敏性 高沸点物系的分离 薄膜蒸发器仍然无能为力 3分子蒸馏基本原理 根据分子运动理论 液体混合物受热后分子运动会加剧 当接受到足够能量时 就会从液面逸出成为气相分子 随着液面上方气相分子的增加 有一部分气相分子就会返回液相 在外界条件保持恒定的情况下 最终会达到分子运动的动态平衡 从宏观上看即达到了平衡 根据分子运动平均自由程公式 不同种类的分子 由于其分子有效直径不同 故其平均自由程也不同 即从统计学观点看 不同种类分子逸出液面后不与其他分子碰撞的飞行距离是不同的分子蒸馏的分离作用就是依据液体分子受热会从液面逸出 而不同种类分子逸出后 在气相中其运动平均自由程不同这一性质来实现的 分子蒸馏的原理 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 轻分子达到冷凝板被冷凝排出 重分子达不到冷凝板沿混合液排出 分子运动自由程 用 表示 一个分子相邻两次碰撞之间所走的路程 分子蒸馏应满足的两个条件 轻 重分子的平均自由程必须要有差异 且差异越大越好 蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自由程 4分子蒸馏过程 四步曲 1 物料分子从液相主体向蒸发表面扩散 注意 液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的主要因素 2 物料分子在液层上自由蒸发速度随温度升高而增大 但是 分离因素却随温度升高而降低 3 分子从蒸发面向冷凝面飞射 在飞射过程中可能与残存的空气分子碰撞 也可能相互碰撞 但只要真空度合适 使蒸发分子的平均自由程大于或等于蒸发面与冷凝面之间的距离即可 4 轻分子在冷凝面上冷凝 如果冷凝面的形状合理且光滑并迅速转移 则可以认为冷凝是瞬间完成的 5分子蒸馏技术的特点 5 1操作温度低 常规蒸馏是靠不同物质的沸点差进行分离的 而分子蒸馏是靠不同物质的分子运动平均自由程的差别进行分离的 也就是说后者在分离过程中 蒸气分子一旦由液相中逸出 挥发 就可实现分离 而并非达到沸腾状态 因此 分子蒸馏是在远离沸点下进行操作的 5 2蒸气压强低 由分子运动平均自由程公式可知 要想获得足够大的平均自由程 必须通过降低蒸馏压强来获得 5 3受热时间短 鉴于分子蒸馏是基于不同物质分子运动平均自由程的差别而实现分离 因而装置中加热面与冷凝面的间距要小于轻分子的运动平均自由程 即间距很小 这样 由液面逸出的轻分子几乎未发生碰撞即达到冷凝面 所以受热时间很短 5 4不可逆性 普通蒸馏是蒸发与冷凝的可逆过程 液相和气相间可以形成互相平衡状态 而分子蒸馏过程中 从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上 中间不与其它分子发生碰撞 理论上没有返回蒸发面的可能性 所以 分子蒸馏是不可逆的 5 5没