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分子蒸餾是一種在高真空下進行的特殊蒸餾技術,其工作原理基于以下幾個關鍵概念:
分子運動平均自由程:在一定的溫度和壓力下,氣體分子在兩次連續(xù)碰撞之間所經過的平均路程稱為分子運動平均自由程。不同物質的分子,由于其分子量、分子大小和結構的不同,分子運動平均自由程也不同。
分子蒸餾過程:
首先,待分離的混合物被加熱,使其蒸發(fā)形成蒸汽。
在高真空環(huán)境下,分子之間的碰撞幾率大大降低。由于輕分子(分子量較小的分子)的平均自由程較大,它們能夠不受阻礙地在蒸發(fā)面和冷凝面之間直線飛行。
而重分子(分子量大的分子)的平均自由程較小,它們在飛行過程中更容易與其他分子發(fā)生碰撞,難以到達冷凝面。
蒸發(fā)面和冷凝面之間通常有一定的距離和溫度差。輕分子能夠順利到達溫度較低的冷凝面并凝結成液體被收集,而重分子則留在蒸發(fā)面附近或返回蒸發(fā)面,從而實現(xiàn)了混合物中不同組分的分離。
例如,在分離魚油中的不同脂肪酸成分時,分子量較小的脂肪酸分子能夠更快地從蒸發(fā)面到達冷凝面,從而被分離出來,得到純度較高的產品。
總之,分子蒸餾利用了不同分子平均自由程的差異,在高真空條件下實現(xiàn)了高效、溫和的分離,特別適用于熱敏性、高沸點、易氧化物質的分離和提純。