薄膜蒸馏是一种高效的分离技术,其工作原理如下:
首先,在薄膜蒸发器中,将需要分离的混合液均匀涂布在壁面(即薄膜)上。然后,在蒸发器中加热,使液体快速沸腾,产生蒸汽。蒸汽随后在薄膜上自下而上迅速传播。
在薄膜上形成的薄膜层内,毛细作用力会将薄膜液体吸附于薄膜表面。薄膜的厚度通常在几微米到几十微米之间,因此,薄膜的厚度远小于液体层内分子的自由程,在分子尺度上,薄膜可以看作完全平坦。
在薄膜表面,由于蒸汽和薄膜液体之间的分子作用力,薄膜液体会被吸附于蒸汽侧表面。由于壁面吸附的存在,液体分子需要克服吸附作用力才能跃入蒸汽相,即液体分子需要获得足够的动能。
随着液体分子从薄膜表面跃入蒸汽相,液体膜表面会重新被薄膜液体所补充。在此过程中,液体分子会在薄膜内部进行扩散,以弥补被蒸发的液体分子。这样,薄膜内部的液体分子进行蒸发与凝结的动态平衡将得到维持。
最终,在薄膜内部,整个混合物的分离过程是由一系列蒸发和凝结步骤共同完成的。薄膜内部由于蒸发,流体成分逐渐变质,而凝结则主要是在薄膜内侧发生。通过控制薄膜的形成和蒸发温度的控制,可以高效地将混合液体分离为纯净的成分。
薄膜蒸馏因其快速传质、高效率和低热耗等优点,在石化、制药、精细化工等领域广泛应用,为许多分离过程提供了一种新的选择。
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