基本介紹
- 中文名：蒸餾
- 外文名：distillation
- 所屬·學科：熱力學
- 方法：物理方法
- 目的：分離物質
- 分類：簡單蒸餾、平衡蒸餾
- 主要儀器：蒸餾燒瓶
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詞語解釋
1. [distill]∶加熱液體汽化，再使蒸氣液化，從而除去其中的雜質。
2. [still]∶用蒸餾法製造或提取。
3.蒸餾詞語有兩層含義：蒸發或揮發，常溫下不明顯，加熱到沸點後，可以明顯觀察到；遇冷蒸發汽體變為液體，俗稱餾出液。
4. 形容熱氣蒸騰。
明宋濂《贈劉俊民先輩》詩：“今年度 庾嶺 ，熱氣甚蒸餾。”
5. 把液體加熱使變成蒸氣，再使蒸氣冷卻凝成液體以除去其中所含雜質。
定義
指利用液體混合物中各組分揮發性的差異而將組分分離的傳質過程。將液體沸騰產生的蒸氣導入冷凝管，使之冷卻凝結成液體的一種蒸發、冷凝的過程。蒸餾是分離沸點相差較大的混合物的一種重要的操作技術，尤其是對於液體混合物的分離有重要的實用意義。即，蒸餾條件：1.液體是混合物。2.各組分沸點不同。
特點
1．通過蒸餾操作，可以直接獲得所需要的產品，而吸收和萃取還需要如其它組分。
2．蒸餾分離套用較廣泛，歷史悠久。
3．能耗大，在生產過程中產生大量的氣相或液相。
分類
3．按混合物中組分：雙組分蒸餾、多組分蒸餾
4．按操作方式分：間歇蒸餾、連續蒸餾
主要儀器
分類介紹
蒸餾可以分為有塔蒸餾和無塔蒸餾。
從世界蒸餾發展史看，3000--5000年前，酒類生產中，就有了分離提純要求。
但長期酒的含量在15--20度左右，經歷了無數發明家攻關，雛型分離裝置面世，42--56度含量乙醇是一個提純高峰，也就是現在白酒的含量範圍。
200多年前，法國發明家採用蒸餾豎塔，生產出了95%含量乙醇，獲得了蒸餾界的公認記錄，30多年後，英國發明家在蒸餾豎塔基礎上，發明了精餾塔，生產出了99--99.9%乙醇，第一次產生了“酒精”一詞，含義是酒的精華。甲醇或乙醇生產廠，林立的高20--120米，塔徑0.3--13.5米蒸餾【精餾】塔，結構多樣塔，均源於法國和英國發明家產品，蒸餾【精餾】塔最大年生產量可達5--30萬噸，是有機溶劑主要提純方法。
2005年開始，安陽市海川化工研究所（原安陽高新區當代化工研究所），開始獨具特色提純研究，國內許多用戶稱之為無塔蒸餾（精餾）和無塔精製。2010年12月無塔精製設備面世，獲得了專利證書；2011年3-8月份，無塔蒸餾機和無塔精餾機問世，一項專利授權，一項專利通過初審。20%超低含量廢甲醇工業性提純試驗，在河南省商丘市某大型藥業生產公司使用成果，初餾份含量在86%；2011年8月，河南省安陽市某大型製藥公司，對82%廢乙醇工業性提純試驗，無塔蒸餾[增程]機提純到98%，乙醇中醋酸甲酯含量0.1%，明顯優於該廠蒸餾塔0.26%分離效果。2010年代後，在眾多的有機溶劑提純上無塔蒸餾設備受到用戶高度重視。該所不僅致力與分離設備研發，而且努力把積累的豐富提純經驗，上升到理論高度探索。
歷史
在古希臘時代，亞里士多德曾經寫到：“通過蒸餾，先使水變成蒸汽繼而使之變成液體狀，可使海水變成可飲用水”。這說明當時人們發現了蒸餾的原理。古埃及人曾用蒸餾術製造香料。在中世紀早期，阿拉伯人發明了酒的蒸餾。在十世紀， 一位名叫Avicenna的哲學家曾對蒸餾器進行過詳細的描述。
原理
概述
利用液體混合物中各組分揮發度的差別，使液體混合物部分汽化並隨之使蒸氣部分冷凝，從而實現其所含組分的分離。是一種屬於傳質分離的單元操作。廣泛套用於煉油、化工、輕工等領域。其原理以分離雙組分混合液為例。將料液加熱使它部分汽化，易揮發組分在蒸氣中得到增濃，難揮發組分在剩餘液中也得到增濃，這在一定程度上實現了兩組分的分離。兩組分的揮發能力相差越大，則上述的增濃程度也越大。在工業精餾設備中，使部分汽化的液相與部分冷凝的氣相直接接觸，以進行汽液相際傳質，結果是氣相中的難揮發組分部分轉入液相，液相中的易揮發組分部分轉入氣相，也即同時實現了液相的部分汽化和汽相的部分冷凝。
普通蒸餾裝置
普通蒸餾裝置液體的分子由於分子運動有從表面溢出的傾向。這種傾向隨著溫度的升高而增大。如果把液體置於密閉的真空體系中，液體分子繼續不斷地溢出而在液面上部形成蒸氣，最後使得分子由液體逸出的速度與分子由蒸氣中回到液體的速度相等，蒸氣保持一定的壓力。此時液面上的蒸氣達到飽和，稱為飽和蒸氣，它對液面所施的壓力稱為飽和蒸氣壓。實驗證明，液體的飽和蒸氣壓只與溫度有關，即液體在一定溫度下具有一定的蒸氣壓。這是指液體與它的蒸氣平衡時的壓力，與體系中液體和蒸氣的絕對量無關。
將液體加熱至沸騰，使液體變為蒸氣，然後使蒸氣冷卻再凝結為液體，這兩個過程的聯合操作稱為蒸餾。很明顯，蒸餾可將易揮發和不易揮發的物質分離開來，也可將沸點不同的液體混合物分離開來。但液體混合物各組分的沸點必須相差很大（至少30℃以上）才能得到較好的分離效果。在常壓下進行蒸餾時，由於大氣壓往往不是恰好為0.1MPa，因而嚴格說來，應對觀察到的沸點加上校正值，但由於偏差一般都很小，即使大氣壓相差2.7KPa，這項校正值也不過±1℃左右，因此可以忽略不計。
暴沸
將盛有液體的燒瓶放在石棉網上，下面用煤氣燈加熱，在液體底部和玻璃受熱的接觸面上就有蒸氣的氣泡形成。溶解在液體內的空氣或以薄膜形式吸附在瓶壁上的空氣有助於這種氣泡的形成，玻璃的粗糙面也起促進作用。這樣的小氣泡（稱為氣化中心）即可作為大的蒸氣氣泡的核心。在沸點時，液體釋放大量蒸氣至小氣泡中，待氣泡的總壓力增加到超過大氣壓，並足夠克服由於液柱所產生的壓力時，蒸氣的氣泡就上升溢出液面。因此，假如在液體中有許多小空氣或其它的氣化中心時，液體就可平穩地沸騰，如果液體中幾乎不存在空氣，瓶壁又非常潔淨光滑，形成氣泡就非常困難。這樣加熱時，液體的溫度可能上升到超過沸點很多而不沸騰，這種現象稱為“過熱”。一旦有一個氣泡形成，由於液體在此溫度時的蒸氣壓遠遠超過大氣壓和液柱壓力之和，因此上升的氣泡增大得非常快，甚至將液體沖溢出瓶外，這種不正常沸騰的現象稱為“暴沸”。因此在加熱前應加入助沸物以期引入氣化中心，保證沸騰平穩。助沸物一般是表面疏鬆多孔、吸附有空氣的物體，如碎瓷片、沸石等。另外也可用幾根一端封閉的毛細管以引入氣化中心（注意毛細管有足夠的長度，使其上端可擱在蒸餾瓶的頸部，開口的一端朝下）。在任何情況下，切忌將助沸物加至已受熱接近沸騰的液體中，否則常因突然放出大量蒸氣而將大量液體從蒸餾瓶口噴出造成危險。如果加熱前忘了加入助沸物，補加時必須先移去熱源，待加熱液體冷至沸點以下後方可加入。如果沸騰中途停止過，則在重新加熱前應加入新的助沸物。因為起初加入的助沸物在加熱時逐出了部分空氣，再冷卻時吸附了液體，因而可能已經失效。另外，如果採用浴液間接加熱，保持浴溫不要超過蒸餾液沸點20℃，這種加熱方式不但可以大大減少瓶內蒸餾液中各部分之間的溫差，而且可使蒸氣的氣泡不單從燒瓶的底部上升，也可沿著液體的邊沿上升，因而可大大減少過熱的可能。
過程
純粹的液體有機化合物在一定的壓力下具有一定的沸點，但是具有固定沸點的液體不一定都是純粹的化合物，因為某些有機化合物常和其它組分形成二元或三元共沸混和物，它們也有一定的沸點。不純物質的沸點則要取決於雜質的物理性質以及它和純物質間的相互作用。假如雜質是不揮發的，則溶液的沸點比純物質的沸點略有提高（但在蒸餾時，實際上測量的並不是不純溶液的沸點，而是逸出蒸氣與其冷凝平衡時的溫度，即是餾出液的沸點而不是瓶中蒸餾液的沸點）。若雜質是揮發性的，則蒸餾時液體的沸點會逐漸升高或者由於兩種或多種物質組成了共沸點混合物，在蒸餾過程中溫度可保持不變，停留在某一範圍內。因此，沸點的恆定，並不意味著它是純粹的化合物。
蒸餾沸點差別較大的混合液體時，沸點較低者先蒸出，沸點較高的隨後蒸出，不揮發的留在蒸餾器內，這樣，可達到分離和提純的目的。故蒸餾是分離和提純液態化合物常用的方法之一，是重要的基本操作，必須熟練掌握。但在蒸餾沸點比較接近的混合物時，各種物質的蒸氣將同時蒸出，只不過低沸點的多一些，故難於達到分離和提純的目的，只好藉助於分餾。純液態化合物在蒸餾過程中沸程範圍很小（0.5~1℃）。所以，蒸餾可以利用來測定沸點。用蒸餾法測定沸點的方法為常量法，此法樣品用量較大，要10 mL以上，若樣品不多時，應採用微量法。
分餾
進行分餾的必要性：（1）蒸餾分離不徹底。（2）多次蒸餾操作繁瑣，費時，浪費極大。
混合液沸騰後蒸氣進入分餾柱中被部分冷凝，冷凝液在下降途中與繼續上升的 蒸氣接觸，二者進行熱交換，蒸汽中高沸點組分被冷凝，低沸點組分仍呈蒸氣上升，而冷凝液中低沸點組分受熱氣化，高沸點組分仍呈液態下降。結果是上升的蒸汽中低沸點組分增多，下降的冷凝液中高沸點組分增多。如此經過多次熱交換，就相當於連續多次的普通蒸餾。以致低沸點組分的蒸氣不斷上升，而被蒸餾出來；高沸點組分則不斷流回蒸餾瓶中，從而將它們分離。
溶液蒸餾
簡介
由於溶液中x溶劑<1，溶液中溶劑的蒸氣壓總比純溶劑的蒸氣壓低一些。蔗糖水溶液的蒸餾曲線。曲線1和曲線2分別表示水和蔗糖水溶液的溫度-蒸氣壓曲線。溶液中蔗糖分子的存在會降低溶液表面上水分子的密集度，從而降低溶液的蒸氣壓。因此在相同的溫度下溶液的蒸氣壓（B點）低於水的蒸氣壓（A點）。在100℃時水會沸騰（在1個大氣壓下），而溶液還不會沸騰。只有在更高的溫度下（B′點）溶液才會沸騰。對於這一類溶液，蒸餾操作或者是用來回收純溶劑，或者是用來得到固體溶質。
摩爾分數
含有非揮發性組分的溶液蒸餾時，溶劑蒸氣由冷凝管導出，不揮發性的組分留在瓶內殘液中，一次簡單蒸餾即可將大部分溶劑蒸出，從而達到分離目的。由拉烏爾定律，在一定壓力下，稀溶液中溶劑的蒸氣壓等於純溶劑的蒸氣壓乘以該溶劑在溶液中的摩爾分數：
p溶劑=po溶劑x溶劑
式中p溶劑、po溶劑分別是溶液中溶劑的蒸氣壓和純溶劑的蒸氣壓。
方法匯總
閃急蒸餾
將液體混合物加熱後經受一次部分汽化的分離操作。
簡單蒸餾
使混合液逐漸汽化並使蒸氣及時冷凝以分段收集的分離操作。
精餾
藉助回流來實現高純度和高回收率的分離操作 ，套用最廣泛。對於各組分揮發度相等或相近的混合液，為了增加各組分間的相對揮發度，可以在精餾分離時添加溶劑或鹽類，這類分離操作稱為特殊蒸餾，其中包括恆沸精餾、萃取精餾和加鹽精餾；還有在精餾時混合液各組分之間發生化學反應的，稱為反應精餾。
實驗操作
套用方面
蒸餾操作是化學實驗中常用的實驗技術，一般套用於下列幾方面：
水蒸氣蒸餾
水蒸氣蒸餾（1）分離液體混合物，僅對混合物中各成分的沸點有較大的差別時才能達到較有效的分離；
（2）測定純化合物的沸點；
（3）提純，通過蒸餾含有少量雜質的物質，提高其純度；
（4）回收溶劑，或蒸出部分溶劑以濃縮溶液。操作步驟
加熱：用水冷凝管時，先由冷凝管下口緩緩通入冷水，自上口流出引至水槽中，然後開始加熱。加熱時可以看見蒸餾瓶中的液體逐漸沸騰，蒸氣逐漸上升。溫度計的讀數也略有上升。當蒸氣的頂端到達溫度計水銀球部位時，溫度計讀數就急劇上升。這時應適當調小煤氣燈的火焰或降低加熱電爐或電熱套的電壓，使加熱速度略為減慢，蒸氣頂端停留在原處，使瓶頸上部和溫度計受熱，讓水銀球上液滴和蒸氣溫度達到平衡。然後再稍稍加大火焰，進行蒸餾。控制加熱溫度，調節蒸餾速度，通常以每秒1～2滴為宜。在整個蒸餾過程中，應使溫度計水銀球上常有被冷凝的液滴。此時 的溫度即為液體與蒸氣平衡時的溫度，溫度計的讀數就是液體（餾出物）的沸點。蒸餾時加熱的火焰不能太大，否則會在蒸餾瓶的頸部造成過熱現象，使一部分液體的蒸氣直接受到火焰的熱量，這樣由溫度計讀得的沸點就會偏高；另一方面，蒸餾也不能進行得太慢，否則由於溫度計的水銀球不能被餾出液蒸氣充分浸潤使溫度計上所讀得的沸點偏低或不規範。
蒸餾燒瓶
蒸餾燒瓶觀察沸點及收集餾液：進行蒸餾前，至少要準備兩個接受瓶。因為在達到預期物質的沸點之前，帶有沸點較低的液體先蒸出。這部分餾液稱為“前餾分”或“餾頭”。前餾分蒸完，溫度趨於穩定後，蒸出的就是較純的物質，這時應更換一個潔淨乾燥的接受瓶接受，記下這部分液體開始餾出時和最後一滴時溫度計的讀數，即是該餾分的沸程（沸點範圍）。一般液體中或多或少地含有一些高沸點雜質，在所需要的餾分蒸出後，若再繼續升高加熱溫度，溫度計的讀數會顯著升高，若維持原來的加熱溫度，就不會再有餾液蒸出，溫度會突然下降。這時就應停止蒸餾。即使雜質含量極少，也不要蒸乾，以免蒸餾瓶破裂及發生其他意外事故。
蒸餾完畢，應先停止加熱，然後停止通水，拆下儀器。拆除儀器的順序和裝配的順序相反，先取下接受器，然後拆下尾接管、冷凝管、蒸餾頭和蒸餾瓶等。
注意事項
操作時要注意
（1）在蒸餾燒瓶中放少量碎瓷片，防止液體暴沸。
（2）溫度計水銀球的位置應與支管口下端位於同一水平線上。
（3）蒸餾燒瓶中所盛放液體不能超過其容積的2/3，也不能少於1/3。
（4）冷凝管中冷卻水從下口進，上口出。
（5）加熱溫度不能超過混合物中沸點最高物質的沸點。
注意事項注意事項注意事項注意事項 在蒸餾操作中，應當注意以下幾點：
（1） 控制好加熱溫度。如果採用加熱浴，加熱浴的溫度應當比蒸餾液體的沸點高出若干度，否則難以將被蒸餾物蒸餾出來。加熱浴溫度比蒸餾液體沸點高出的越多，蒸餾速度越快。但是，加熱浴的溫度也不能過高，否則會導致蒸餾瓶和冷凝器上部的蒸氣壓超過大氣壓，有可能產生事故，特別是在蒸餾低沸點物質時尤其需注意。一般地，加熱浴的溫度不能比蒸餾物質的沸點高出30℃。整個蒸餾過程要隨時添加浴液，以保持浴液液面超過瓶中的液面至少一公分。
（2） 蒸餾高沸點物質時，由於易被冷凝，往往蒸氣未到達蒸餾燒瓶的側管處即已經被冷凝而滴回蒸餾瓶中。因此，應選用短頸蒸餾瓶或者採取其它保溫措施等，保證蒸餾順利進行。
（3） 蒸餾之前，必須了解被蒸餾的物質及其雜質的沸點和飽和蒸氣壓，以決定何時（即在什麼溫度時）收集餾分。
（4） 蒸餾燒瓶應當採用圓底燒瓶。沸點在40-150℃的液體可採用150℃以上的液體，或沸點雖在150℃以下，對熱不穩常壓的簡單蒸餾。對於沸點在定、易熱分解的液體，可以採用減壓蒸餾和水蒸汽蒸餾。
蒸餾化學口訣
隔網加熱冷管傾，上緣下緣兩相平。
瓶中液限掌握好，先撤酒燈水再停。
相關解釋
①隔網加熱冷管傾：“冷管”指冷凝管。意思是說加熱蒸餾燒瓶時要隔石棉網（防止蒸餾燒瓶因受熱不均勻而破裂），在安裝冷凝管時要向下傾斜。
③熱氣冷水逆向行：意思是說冷卻水要由下向上不斷流動，與熱的蒸氣的流動的方向相反。
④瓶中液限掌握好：意思是說一定要掌握好蒸餾燒瓶中液體的限量，最多不超過蒸餾燒瓶球體容積的2/3，最低不能少於1/3。
⑤先撤酒燈水再停：意思是說蒸餾結束時，應先停火再停冷卻水。
相關文物
考古發現
銅蒸餾器另外，在蒸餾器出土所在的編號M115墓葬中，考古人員還發掘出二百多件器物，其中包括五件大型銅鼎和四件大型釉陶鼎。據《周禮》記載，西周時天子用九鼎隨葬。M115的墓主追慕周代禮制，使用九鼎隨葬，可見其特殊身份地位。九鼎和另一件隨葬品仿銅釉陶鼎是王莽托古改制的真實物證，具有極為重要的學術價值和歷史意義。
文物位置
這次發掘的四百四十餘座漢墓群位於漢長安城東側，距長安城僅二千五百米，共出土陶、銅、鐵、鉛、玉石、骨等各類文物近三千件。這批墓葬以小型漢墓為主，其中三座西漢晚期至新莽時期的中型墓葬最為重要，不僅出土了西漢時期墓葬常見的器物，如紅彩陶器、 釉陶器、鼎、盒、壺、倉、奩、灶等，在M110號墓葬中，還出土了玉衣殘片。而M114號墓葬中出土的大型精美釉陶器，在西安地區兩漢墓葬中亦十分罕見。專家表示，是次發掘對於研究漢代社會生活、漢長安城布局等方面提供了重要的材料，並有助進一步解讀漢文化的形成與發展。
技術套用
蒸餾酒
蒸餾酒蒸餾酒的原料一般是富含天然糖分或容易轉化為糖的澱粉等物質。如蜂蜜、甘蔗、甜菜、水果和玉米、高粱、稻米、麥類馬鈴薯等。糖和澱粉經酵母發酵後產生酒精，利用酒精的沸點（78.5攝氏度）和水的沸點（100攝氏度）不同，將原發酵液加熱至兩者沸點之間，就可從中蒸出和收集到酒精成分和香味物質。
用特製的蒸餾器將酒液，酒醪或酒醅加熱，由於它們所含的各種物質的揮發性不同，在加熱蒸餾時，在蒸汽中和酒液中，各種物質的相對含量就有所不同。酒精(乙醇)較易揮發，則加熱後產生的蒸汽中含有的酒精濃度增加，而酒液或酒醪中酒精濃度就下降。收集酒氣並經過冷卻，得到的酒液雖然無色，氣味卻辛辣濃烈。其酒度比原酒液的酒度要高得多，一般的釀造酒，酒度低於20%。 蒸餾酒則可高達60%以上。我國的蒸餾酒主要是用穀物原料釀造後經蒸餾得到的。
現代人們所熟悉的蒸餾酒分為“白酒”(也稱“燒酒”)，“白蘭地”，“威士忌”。 “伏特加酒”，“蘭姆酒”等。白酒是中國所特有的，一般是糧食釀成後經蒸餾而成的。白蘭地是葡萄酒蒸餾而成的，威士忌是大麥等穀物發酵釀製後經蒸餾而成的。蘭姆酒則是甘蔗酒經蒸餾而成的。
蒸餾水
用蒸餾方法製備的純水。可分一次和多次蒸餾水。水經過一次蒸餾，不揮發的組分（鹽類）殘留在容器中被除去，揮發的組分（氨、二氧化碳、有機物）進入蒸餾水的初始餾分中，通常只收集餾分的中間部分，約占60%。要得到更純的水，可在一次蒸餾水中加入鹼性高錳酸鉀溶液，除去有機物和二氧化碳；加入非揮發性的酸（硫酸或磷酸），使氨成為不揮發的銨鹽。由於玻璃中含有少量能溶於水的組分，因此進行二次或多次蒸餾時，要使用石英蒸餾器皿，才能得到很純的水，所得純水應保存在石英或銀制容器內。蒸餾水機採用列管降膜蒸發原理，原料水通過特殊分布器均勻地布膜流動在管壁上，大大提高了蒸發效率，並採用特殊的螺旋分離裝置，能可靠地除去熱原和微粒。二次蒸汽反覆利用，使熱能得到了充分發揮，具有明顯的節能效果，是醫院、藥廠、電子、科研等行業理想的蒸餾水設備。
蒸餾水
蒸餾水
分子蒸餾 設備