12.2.2.3蒸馏方式

(1)简单蒸馏

简单蒸馏又称为微分蒸馏，是一种单级蒸馏操作，通常以间歇方式进行。由于液体混合物仅进行一次部分气化，因而不能实现组分之间的完全分离，仅适用于沸点差别较大的易分离物系以及分离要求不高的场合，实际生产中通常用作多组分混合液的初步分离。工艺流程如图12-1所示。

图12-1 简单蒸馏工艺流程

1-蒸馏釜；2-冷凝釜；3-接收器

在蒸馏的操作过程中，将原料液直接加入蒸馏釜中，在恒压下加热至液体沸腾，气化所产生的蒸气经塔顶流出，进入冷凝器中冷凝，冷凝液作为馏出液产品不断流入接收器中。蒸馏过程中，任意时刻产生的平衡蒸气中易挥发组分的含量均高于液体中易挥发组分的含量。随着蒸馏过程的进行，釜内原料液中易挥发组分的含量不断下降，釜内液体的沸点逐渐升高。操作中按不同组成范围分批收集，以得到不同纯度的产品，当馏出液的平均组成或釜残液的组成降至某规定要求后停止蒸馏操作，然后将釜残液一次性排出。

(2)单级平衡分离

单级分离过程可分为闪蒸过程和部分冷凝过程，可进行连续操作，因而是一种稳态过程。

闪蒸又称为平衡蒸馏，原料液经预先加热，使液体温度高于分离器压强下液体的沸点，然后通过减压设施使其降压后进入分离器中。此时，过热的原料液被部分气化，气液两相迅速分离，得到含易挥发组分较多的蒸气。

部分冷凝工艺流程，原料液经预加热至部分气化，然后通过冷凝器部分冷凝后进入分离器中，气液两相迅速分离，得到含难挥发组分较多的液体。

在上述过程中，如气液两相有足够的时间接触而达到平衡状态，则这种方式被称为平衡气化或平衡冷凝。但实际生产过程中，由于接触时间和接触面积总是有限的，故只能在一定程度上趋于平衡。平衡气化和平衡冷凝可以使相对挥发度相差较大的混合物得到一定程度的分离，产品纯度不高，因而只适应于对分离纯度要求不高的场合。

(3)分子蒸馏

分子蒸馏又称为短程蒸馏，是在高真空下进行的一种蒸馏过程，适用于高沸点、热敏性及易氧化物的分离，其应用面已扩展到医药、食品、香料与农药、石油化工等工业领域，特别是近年来在天然物质提取中的应用尤为突出。

分子蒸馏为非平衡蒸馏，其蒸发面与冷凝面的间距小于或等于被分离物蒸气分子的平均自由程。在高真空下，物质分子间的引力很小，自由飞驰的距离较大，蒸发面逸出的分子可以无阻拦地传递扩散到冷凝面上冷凝，从而实现分离。

蒸馏釜内液体维持在一定温度下，蒸馏釜上方空间压强逐渐降低，蒸气分子借扩散或对流作用传递至冷凝器内，液体蒸发的速率取决于传递速率。当蒸馏釜上方压强继续降低至蒸发面的饱和蒸气压，液体开始沸腾，此时蒸气依靠压差推动进入冷凝器，此时蒸发速率取决于加热速率。对于油类高沸点物质，在安全加热的最高温度下，蒸馏釜内总压强降低至蒸气压以下，且不存在确定沸点，但存在-50℃左右的蒸发温度范围，此即分子蒸馏温度范围。此时蒸发速率取决于绝对蒸发速率，即分子蒸发面逸出速率。对于不含杂质的空间内的饱和蒸气压，低压下视为理想气体，则分子蒸发面逸出速率符合朗格缪尔方程。

在进行分子蒸馏前，需对原溶液进行预处理，以去除原溶液中的气体、水及易挥发液体。为保证馏出物完全冷凝，蒸发面与冷凝面间须保持约100℃的温差。

分子蒸馏由于是在高真空下进行的，因此与普通常压蒸馏、减压精馏相比，具有其独特的优点。主要表现在：分子蒸馏过程可以在任何温度下进行，只要与冷凝面存在足够的温差即可；分子蒸馏是在液层表面上的自由蒸发，不存在鼓泡、沸腾现象，是不沸腾状态下的蒸馏，蒸发和冷凝都是不可逆的过程；分一子蒸馏的分离因子与组分蒸气压和分子量之比有关，分子程度高；分子蒸馏的蒸馏温度低、受热时间短、相对挥发度大、分解聚合现象少、热损失少、无共沸混合物，特别适合热敏性、易氧化的活化物质，或高分子量、高沸点、高黏度物料的分离、浓缩和纯化。

但分子蒸馏也存在一些缺点，如需真空排气装置、整体机组需要高真空、设备费用高、单位生产量的维修费用高、一般精馏能力只能采取单级进行等。

(4)水蒸气蒸馏

水蒸气蒸馏是利用水蒸气来加热混合液体，使具有一定挥发度的被测组分与水蒸气成比例地自溶液中一起蒸馏出来的一种特殊蒸馏方式。其突出特点是体系的沸腾温度低于各组分单独存在的沸点温度，不易使物料受热局部炭化或发生分解变性，因此是中药生产中提取和纯化挥发油的主要方法。

水蒸气蒸馏是基于不互溶液体的独立蒸气压原理，原料浸入水中或水蒸气通过原料表面，使原料表层中被提取物与水或蒸气直接接触并发生作用，同时向原料组织内部渗透、扩散，从而使原料组织内部组分以水为载体不断扩散到原料表面，此时原料表面形成被提取物和水两个蒸气分压，当物系中各组分的蒸气分压与水蒸气的分压之和等于体系的总压时，体系便开始沸腾。混合蒸气进入冷凝器冷凝，然后由分离器分离，得到被提取物。

水蒸气中存在水散作用，水散是指水向原料组织进行渗透，并以它作载体，将提取物逐步扩散到组织表面的现象。只有提取物传递到组织表面，才能形成被提取物和水两个蒸气分压，实现水蒸气蒸馏。因此水散在水蒸气蒸馏过程中具有十分重要的作用。

(5)N沸精馏

在原有组分中加入新组分，使之与被分离物系中一个或几个组分形成最低沸点的恒沸物，新组分在精馏过程中以恒沸物的形成从塔顶蒸出，这种分离操作称为恒沸精馏。这种新加入的组分称为恒沸剂或挟带剂。

恒沸精馏中恒沸剂的选择通常需要满足：①恒沸剂应能与被分离组分间形成新的恒沸液，其恒沸点要比纯组分的沸点低，一般两者沸点差不应小于10℃ ;②新恒沸液所含恒沸剂的量越少越好，以便减少恒沸剂用量以及对恒沸剂的回收时所需的能量；③新恒沸液最好为非均相混合物，便于用分层法进行分离；④恒沸剂应具有一定的稳定性、无腐蚀、无毒，保证工艺及技术的可行性，而且要求来源丰富，价格低廉。

(6)萃取精馏

萃取精馏向原料液中所加入的新组分和物系中任一组分不形成恒沸物，并且其沸点比物系中任一组分的沸点高，最后将随釜液从塔底排出，这样的分离操作称为萃取精馏，所加入的新组分称为萃取剂或溶剂，处理后溶剂可循环使用。通常萃取精馏常用于分离各组分的挥发度差别很小的溶液。以苯和环己烷混合液的萃取精馏过程为例。

萃取精馏的主要设备是萃取精馏塔，由三段组成，即提馏段、精馏段和塔顶的萃取剂再生段。提馏段主要是提馏出易挥发组分，而沸点高于原料液中各组分沸点的萃取剂，将从塔釜排出；在精馏段中易挥发组分被提浓，气相中难挥发组分进入溶剂中，称为吸收区；在再生段中，易挥发组分与萃取剂分离，使馏出物从塔顶引出之前将其中的萃取剂浓度降低到很低的程度，也使萃取剂得到再生，其塔板数取决于萃取剂的沸点。萃取剂与难挥发组分一起自萃取精馏塔底部引出，送入萃取剂回收塔，将难挥发组分从萃取剂中蒸出，萃取剂自塔底引出，重新返回萃取精馏主塔循环使用，而难挥发组分产品将在回收塔塔顶得到。

工业生产中选择萃取剂需注意：①具有可能性大的选择性，可改变原有组分的相对挥发度；②与原有组分有较大的相互溶解度；③热稳定性与化学稳定性要好，在操作温度下不分解，不形成恒沸物，不起化学反应，并且与原组分有一定的沸点差，易分离再生；④无毒性、无腐蚀性、价格低廉、来源广泛。

(7)溶盐精馏

在两相平衡物系中，加入的新组分是不挥发的盐类，使原物系中的平衡点发生迁移，此过程称为溶盐精馏或盐析精馏，所加入的固体盐称为分离剂。盐通过化学亲和力、氢键力以及离子的静电力等作用，与溶液中组分的分子发生选择性溶剂化反应，和某种组分形成难挥发性缔合物，从而破坏组分间的气液平衡，减少气相中该组分的分子数。在有些物系中较低的盐浓度即可使相对挥发度提高好几倍。

目前，溶盐精馏采用的方法主要包括三种：①向回流液中直接加固体盐，由塔顶得到纯产品，塔底得到盐溶液，盐可回收再利用；②将盐溶液和回流液混合，但在塔顶得不到高纯产品；③将盐加到再沸器中，破坏恒沸液体系，再用普通蒸馏进行分离。但受到回收难度大、输送费用高、易堵塞、腐蚀等问题影响，使溶盐精馏在工业应用上受到一定限制。

12.2.3蒸馏的应用

12.2.3.1酒精的生产

酒精是我国主要发酵产品之一，广泛应用于食品、化工、医药和国防等工业。我国酒精的生产是以淀粉质原料发酵为主要方式的，其发酵醪中除酒精之外还含有几十种不同挥发度的杂质、固形物和水分。目前从发酵醪中回收酒精，蒸馏是唯一的方法。早期酒精生产工艺中，回收酒精主要采用典型的酒精蒸馏过程，随着能耗问题为人们日益关注，各种类型的节能蒸馏流程不断出现。

12.2.3.2溶剂的回收

溶媒回收是抗生素生产工艺中的一项重要工序，在抗生素提取、精制过程中使用的萃取剂、洗涤剂、反应剂等有机溶媒经过回收环节的处理，可以重复使用，对回收溶媒的主要要求是水分和色级。通常的溶媒回收方式包括间歇精馏法和连续精馏法两种。其中单塔式间歇精馏法通过重蒸得到成品，直到塔顶二元物不再分层停止蒸馏。抗生素生产中所用的连续精馏法分为两种工艺过程，即“先脱水，后脱色”和“先脱色，后脱水”。在先脱水后脱色工艺流程中，废溶媒自塔顶进料，塔顶馏出物冷凝后重相采出，轻相回流，塔底产品进入脱色塔，难挥发杂质、色素等留于蒸发釜内，成品在塔顶冷凝后采出。在先脱色，后脱水的工艺流程中，废溶媒首先在脱色塔内蒸发脱去色素、杂质，改善了后续蒸馏工序的进料状况，然后再经精馏脱去水分。

12.2.3.3天然药物的分离与纯化

天然药物的药效成分广泛存在于动植物、海洋生物和微生物中，具有一定的生物活性。通常从天然药物中提取出的药效成分复杂，需要通过分离、精制等工序以达到纯化的目的。药效成分主要为醛、酮、醇、酚等类物质，具有热敏性，易发生氧化、分解、聚合等反应而失去生物活性。通常采用普通蒸馏方法进行分离，由于精制时极易造成药效成分的破坏，因而天然药物药效成分的精制过程通常选用对活性成分具有有效分离和保护优势的蒸馏技术。在天然药物分离与纯化中，蒸馏技术常用于维生素、玫瑰精油、中草药药效成分等的提纯与精制。

相关链接：挥发和蒸馏分离法（一）

文章来源：《分析化学分析方法的原理及应用研究》

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