離心式分子蒸餾器的工作原理如下:
1. 物料分布與成膜:
- 待分離的液體混合物通過進料系統(tǒng)被送到高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤中央。轉(zhuǎn)盤通常以較高的速度旋轉(zhuǎn),比如每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)甚至更高的轉(zhuǎn)速。
- 物料在離心力的作用下向轉(zhuǎn)盤邊緣擴散,并在旋轉(zhuǎn)面迅速擴展形成極薄的液膜。由于離心力的存在,液膜的厚度可以被控制得非常薄且分布極為均勻。
2. 加熱蒸發(fā):
- 在液膜形成的同時,蒸餾器的加熱系統(tǒng)對轉(zhuǎn)盤及液膜進行加熱。物料獲得熱量后,液膜中的分子運動加劇,當(dāng)分子獲得足夠的能量時,就會從液膜表面逸出而成為氣相分子。
- 因為液膜薄,物料能夠在短時間內(nèi)快速被加熱至適合蒸發(fā)的溫度,并且受熱均勻,大大提高了蒸發(fā)的效率。
3. 分子飛射與分離:
- 從液膜表面逸出的蒸氣分子在高真空環(huán)境下向?qū)γ娴睦淠骘w射。在這個過程中,蒸氣分子基本不與其他分子發(fā)生碰撞(或者碰撞概率極低),可以看作是近似自由地向冷凝面運動。
- 不同物質(zhì)的分子由于其分子質(zhì)量、大小等因素的不同,具有不同的分子運動平均自由程。輕分子的平均自由程較大,能夠順利地到達冷凝面;而重分子的平均自由程較小,在到達冷凝面之前就會失去動能,無法到達冷凝面。
4. 冷凝與收集:
- 當(dāng)輕分子到達冷凝面時,由于冷熱兩面間存在足夠的溫度差,輕分子會在瞬間冷凝成液體。
- 冷凝后的液體分子會沿著冷凝面流下,通過特定的收集裝置被收集起來,從而實現(xiàn)了與重分子的分離。而重分子則會沿著轉(zhuǎn)盤邊緣的特定通道排出,或者在蒸發(fā)面附近積累,隨后通過相應(yīng)的排出裝置排出蒸餾器。
總的來說,離心式分子蒸餾器利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生的離心力形成極薄的液膜,在高真空、加熱的條件下,根據(jù)不同分子的平均自由程差異實現(xiàn)物質(zhì)的高效分離。這種工作原理使得離心式分子蒸餾器具有蒸發(fā)效率高、分離效果好、適用于熱敏性物質(zhì)分離等優(yōu)點,但同時也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造及操作難度大、設(shè)備成本高等特點。