技術文章
分子蒸餾的核心是讓物料在蒸發器表面形成薄而均勻的液膜,以最-大化輕組分的蒸發效率(分子自由程不受液膜厚度阻礙)。傳動系統(刮膜式的刮板電機、離心式的旋轉電機)的轉速是控制液膜厚度的關鍵參數,其通過機械力(刮板剪切力或離心力)克服物料粘性,影響液膜的鋪展狀態。以下從兩種傳動形式分別說明轉速對成膜厚度的影響:
一、刮膜式分子蒸餾:刮板轉速對成膜厚度的影響
刮膜式通過刮板旋轉直接作用于物料,強制將其在蒸發器表面(通常為圓柱形或錐形)鋪展成膜。刮板與蒸發器表面存在微小間隙(通常0.5-2mm),轉速通過改變刮板對物料的剪切力和推動作用,影響膜厚:
- 低轉速范圍(如50-200rpm):
刮板旋轉速度較慢時,對物料的剪切力和推動力不足,難以克服高粘度物料的內聚力或低粘度物料的重力流動。此時液膜厚度較厚(通常100-500μm),且均勻性差——可能出現局部堆積(刮板后方因推動不充分形成厚區)或流掛(重力導致下方膜更厚)。
例如:處理高粘度樹脂時,50rpm轉速下,液膜可能因刮板“推不動"而局部厚達300μm以上,影響輕組分蒸發(分子需穿過更厚液膜,逸出效率低)。
- 中高轉速范圍(如200-500rpm):
轉速升高后,刮板的剪切力和離心推動作用增強,能有效將物料“拉薄"并均勻鋪開。液膜厚度顯著降低(通常30-100μm),且均勻性提升——刮板連續掃過表面,可消除局部堆積,使膜厚偏差控制在10%以內。
例如:處理低粘度精油時,300rpm轉速下,液膜厚度可穩定在50μm左右,輕組分分子能快速逸出,分離效率提升。
- 臨界轉速以上:
當轉速超過某一臨界值(如500rpm以上,因設備結構而異),刮板對物料的剪切力過大,可能導致部分物料被“甩離"蒸發器表面(尤其低粘度物料),反而造成液膜局部過薄甚至斷裂,同時增加物料損失。
二、離心式分子蒸餾:旋轉電機轉速對成膜厚度的影響
離心式通過蒸發器表面高速旋轉產生的離心力,將物料從中心甩向邊緣,自然鋪展成膜(無刮板接觸)。轉速通過離心力大小直接影響液膜的鋪展范圍和厚度:
- 低轉速范圍(如50-200rpm):
離心力較小,不足以克服物料粘性,物料僅在中心區域鋪展,邊緣可能無液膜覆蓋;液膜厚度厚(通常200-800μm)且分布極不均勻——中心因物料聚集而厚,向外逐漸變薄,甚至出現“空白區"。
例如:處理粘度1000cP的物料時,100rpm轉速下,液膜可能僅覆蓋蒸發器表面的50%,中心厚度達500μm,邊緣幾乎無物料。
- 中高轉速范圍(如200-500rpm):
離心力隨轉速平方增長(F=mv2/r),此時離心力足以將物料均勻甩向整個蒸發器表面(從中心到邊緣)。液膜厚度隨轉速升高而顯著降低(通常20-100μm),且徑向分布均勻——因離心力沿半徑方向逐漸增大,可抵消物料粘性導致的“中心厚、邊緣薄"問題。
例如:處理粘度500cP的物料時,400rpm轉速下,液膜可覆蓋蒸發器表面90%以上,厚度穩定在40-60μm,邊緣與中心的膜厚偏差小于5%。
- 高轉速極限:
當轉速過高(如超過500rpm,因物料粘度和設備直徑而異),離心力可能超過物料與蒸發器表面的附著力,導致物料被“甩出"設備(形成霧狀飛濺),液膜局部斷裂,膜厚反而不均勻,同時造成物料浪費。
三、總結:轉速與成膜厚度的核心關系
無論刮膜式還是離心式,轉速與液膜厚度呈顯著負相關:在合理轉速范圍內(50-500rpm),轉速升高→機械力(剪切力/離心力)增強→液膜厚度減小,且均勻性提升。
- 刮膜式因刮板的強制作用,對高粘度物料的適應性更強,低轉速下的膜厚均勻性優于離心式;
- 離心式無刮板接觸,對易剪切降解的物料更友好,但需更高轉速才能實現薄而均勻的液膜(尤其高粘度物料)。
實際操作中,需結合物料粘度(高粘度需更高轉速)、蒸發器面積(大直徑需更高轉速以覆蓋邊緣)和分離需求(輕組分含量高時需更薄液膜),選擇最-優轉速,避免過低導致膜過厚(分離效率低)或過高導致物料損失。