分子蒸餾與水蒸氣蒸餾

1、第七講第七講第一節(jié)第一節(jié) 分子蒸餾分子蒸餾1. 幾個基本概念 分子與分子之間存在著相互作用力，當分子與分子之間存在著相互作用力，當兩分子離得較遠時，分子之間的作用力表現(xiàn)兩分子離得較遠時，分子之間的作用力表現(xiàn)為吸引力，但當兩分子接近到一定程度后，為吸引力，但當兩分子接近到一定程度后，分子之間的作用力會改變?yōu)榕懦饬?，并隨其分子之間的作用力會改變?yōu)榕懦饬Γ㈦S其接近距離的減小，排斥力迅速增加。當兩分接近距離的減小，排斥力迅速增加。當兩分子接近到一定程度時，排斥力的作用使兩分子接近到一定程度時，排斥力的作用使兩分子分開。這種由接近而至排斥分離的過程，子分開。這種由接近而至排斥分離的過程，就是分子的碰撞

2、過程。就是分子的碰撞過程。分子有效直徑：分子有效直徑： 分子在碰撞過程中，兩分子質心的最短距離（即分子在碰撞過程中，兩分子質心的最短距離（即發(fā)生斥離的質心距離）稱為分子有效直徑。發(fā)生斥離的質心距離）稱為分子有效直徑。分子運動自由程：分子運動自由程： 一個分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經過的路程。一個分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經過的路程。分子運動平均自由程分子運動平均自由程 ： 任一分子在運動過程中都在不斷變化自由程，而任一分子在運動過程中都在不斷變化自由程，而在一定的外界條件下，不同物質的分子其自由程各不在一定的外界條件下，不同物質的分子其自由程各不相同。在某時間間隔內自由程的平均值稱為平均自

3、由相同。在某時間間隔內自由程的平均值稱為平均自由程程 。2 分子蒸餾背景分子蒸餾背景 常規(guī)蒸餾是常規(guī)蒸餾是利用不同物質間的沸點差來完成的利用不同物質間的沸點差來完成的，通常，通常是將液相加熱至沸騰后再將氣相冷凝，從而實現(xiàn)混合物的是將液相加熱至沸騰后再將氣相冷凝，從而實現(xiàn)混合物的分離。盡管這種手段在工業(yè)上普遍應用，但對于許多熱敏分離。盡管這種手段在工業(yè)上普遍應用，但對于許多熱敏性物系而言，這種方法并不適用。原因在于熱敏性物質在性物系而言，這種方法并不適用。原因在于熱敏性物質在沸騰過程中會出現(xiàn)熱分解，而這種熱分解的速度是隨著溫沸騰過程中會出現(xiàn)熱分解，而這種熱分解的速度是隨著溫度的升高呈指數(shù)升高，隨

4、停留時間的增大呈線性增大的。度的升高呈指數(shù)升高，隨停留時間的增大呈線性增大的。因此，要解決好熱敏性物系的分離問題，首先就必須從降因此，要解決好熱敏性物系的分離問題，首先就必須從降低蒸發(fā)過程的分離溫度和縮短物料的受熱時間開始。低蒸發(fā)過程的分離溫度和縮短物料的受熱時間開始。 物料的沸點依賴于操作壓力，為此，人們開發(fā)了各種物料的沸點依賴于操作壓力，為此，人們開發(fā)了各種類型的真空蒸餾設備，試圖通過類型的真空蒸餾設備，試圖通過降低過程的操作壓力來降降低過程的操作壓力來降低物料的沸點，從而達到降低分離溫度的目的低物料的沸點，從而達到降低分離溫度的目的。如間歇真。如間歇真空蒸餾，將物料放置在一加熱釜中蒸發(fā)，

5、并在釜外冷凝器空蒸餾，將物料放置在一加熱釜中蒸發(fā)，并在釜外冷凝器后配置上真空系統(tǒng)，由于操作壓力的降低，物料的沸點隨后配置上真空系統(tǒng)，由于操作壓力的降低，物料的沸點隨之下降，從而使操作溫度降低。但這種類型的蒸餾，由于之下降，從而使操作溫度降低。但這種類型的蒸餾，由于其氣相必須由釜內移至外部冷凝器冷凝，其蒸發(fā)面上的實其氣相必須由釜內移至外部冷凝器冷凝，其蒸發(fā)面上的實際操作壓力必須大到足以克服氣相的管道阻力才行。因此，際操作壓力必須大到足以克服氣相的管道阻力才行。因此，這種蒸餾的操作壓力的降低是有限度的這種蒸餾的操作壓力的降低是有限度的。 此外，由于此外，由于釜內液層很厚釜內液層很厚，液層的壓力又進

6、一步增大，液層的壓力又進一步增大了底層液體的實際蒸發(fā)壓力，這就進一步了底層液體的實際蒸發(fā)壓力，這就進一步限制了操作溫度限制了操作溫度的降低的降低。 與此同時，與此同時，液層的厚度還增大了傳熱傳質阻力，降低液層的厚度還增大了傳熱傳質阻力，降低了分離效率，同時也增大了物料的受熱時間了分離效率，同時也增大了物料的受熱時間。為了解決這。為了解決這些問題，人們設計了各種不同形式的薄膜蒸發(fā)器，如降膜些問題，人們設計了各種不同形式的薄膜蒸發(fā)器，如降膜式薄膜蒸發(fā)器、刮膜式薄膜蒸發(fā)器等，有效地減小了蒸發(fā)式薄膜蒸發(fā)器、刮膜式薄膜蒸發(fā)器等，有效地減小了蒸發(fā)器表面上液膜的厚度，并減少了傳熱傳質阻力，從而降低器表面上液

7、膜的厚度，并減少了傳熱傳質阻力，從而降低了物料的分離溫度和物料的受熱時間。所有這些，都使熱了物料的分離溫度和物料的受熱時間。所有這些，都使熱敏性物料的品質得到了一定程度的保護。敏性物料的品質得到了一定程度的保護。 但是，由于但是，由于薄膜蒸發(fā)器仍屬于常規(guī)蒸餾薄膜蒸發(fā)器仍屬于常規(guī)蒸餾，不管空載真，不管空載真空度多高，其操作時都空度多高，其操作時都必須要達到物料的沸點必須要達到物料的沸點，其蒸發(fā)的，其蒸發(fā)的氣相也必須靠一定壓力由蒸發(fā)器內部移至外部冷凝器，因氣相也必須靠一定壓力由蒸發(fā)器內部移至外部冷凝器，因此其蒸發(fā)面上的此其蒸發(fā)面上的實際操作壓力仍然比較高實際操作壓力仍然比較高，因此，對于許，因此，

8、對于許多熱敏性、高沸點物系的分離，薄膜蒸發(fā)器仍然無能為力，多熱敏性、高沸點物系的分離，薄膜蒸發(fā)器仍然無能為力，因此，長期以來，人們一直在尋求著一種更為溫和的蒸餾因此，長期以來，人們一直在尋求著一種更為溫和的蒸餾分離手段。正是在這種背景下，分子蒸餾技術得以開發(fā)，分離手段。正是在這種背景下，分子蒸餾技術得以開發(fā)，并得到廣泛應用。該項技術突破了傳統(tǒng)蒸餾利用沸點差分并得到廣泛應用。該項技術突破了傳統(tǒng)蒸餾利用沸點差分離的原理，而是利用分子運動平均自由程的差別實現(xiàn)物質離的原理，而是利用分子運動平均自由程的差別實現(xiàn)物質的分離，從而使物料在遠離沸點下進行蒸餾分離成為可能。的分離，從而使物料在遠離沸點下進行蒸餾

9、分離成為可能。3 分子蒸餾基本原理 根據(jù)分子運動理論，液體混合物受熱后分子運動會加劇，當接受到足夠能量時，就會從液面逸出成為氣相分子。隨著液面上方氣相分子的增加，有一部分氣相分子就會返回液相。在外界條件保持恒定的情況下，最終會達到分子運動的動態(tài)平衡，從宏觀上看即達到了平衡。 溫度、壓力及分子有效直徑是影響分子溫度、壓力及分子有效直徑是影響分子運動平均自由程的主要因素。當壓力一定時，運動平均自由程的主要因素。當壓力一定時，一定物質的分子運動平均自由程隨溫度增加而一定物質的分子運動平均自由程隨溫度增加而增加；當溫度一定時，平均自由程增加；當溫度一定時，平均自由程m與壓力與壓力p成反比，壓力越?。ㄕ?/p>

10、空度越高），成反比，壓力越?。ㄕ婵斩仍礁撸?，m越大，越大，即分子間碰撞機會越少。不同物質因其有效直即分子間碰撞機會越少。不同物質因其有效直徑 不 同 ， 因 而 分 子 平 均 自 由 程 不 同 。徑 不 同 ， 因 而 分 子 平 均 自 由 程 不 同 。m = Vm / ff = Vm / m 2mPdfVKT22mTdP 設設 Vm 為某一分子的平均速度；為某一分子的平均速度；f為碰撞頻為碰撞頻率；率；m為平均自由程，則：為平均自由程，則：由熱力學原理可知：由熱力學原理可知：則則 根據(jù)分子運動平均自由程公式，不同種類的根據(jù)分子運動平均自由程公式，不同種類的分子，由于其分子有效直徑不同

11、，故其平均自由分子，由于其分子有效直徑不同，故其平均自由程也不同，即從統(tǒng)計學觀點看，不同種類分子逸程也不同，即從統(tǒng)計學觀點看，不同種類分子逸出液面后不與其他分子碰撞的飛行距離是不同的。出液面后不與其他分子碰撞的飛行距離是不同的。 分子蒸餾的分離作用就是依據(jù)不同種類分子分子蒸餾的分離作用就是依據(jù)不同種類分子運動的平均自由程不同這一性質來實現(xiàn)的運動的平均自由程不同這一性質來實現(xiàn)的 。.液體混合物沿加熱板流動并被加熱液體混合物沿加熱板流動并被加熱 .輕、重分子會逸出液面而進入氣相輕、重分子會逸出液面而進入氣相 .由于輕、重分子的由于輕、重分子的自由程自由程不同不同 .輕分子達到冷凝板被冷凝排出輕分子

12、達到冷凝板被冷凝排出;重分子達不到冷凝板沿混合液排出重分子達不到冷凝板沿混合液排出 分子運動自由程分子運動自由程（用（用表示）：一個分表示）：一個分子相鄰兩次碰撞之間所走的路程。子相鄰兩次碰撞之間所走的路程。 分子蒸餾的揮發(fā)度分子蒸餾的揮發(fā)度M1輕組分相對分子質量輕組分相對分子質量M2重組分相對分子質量；重組分相對分子質量； p1輕組分飽和蒸氣壓，輕組分飽和蒸氣壓，Pa； p2重組分飽和蒸氣壓，重組分飽和蒸氣壓，Pa； 相對揮發(fā)度。相對揮發(fā)度。而常規(guī)蒸餾的相對揮發(fā)度為：而常規(guī)蒸餾的相對揮發(fā)度為：由于由于 項中項中 ，因此，因此即即1221rpMpM r12pp 21MM1MM21MM r 分子

13、蒸餾應滿足的兩個條件：分子蒸餾應滿足的兩個條件： 輕、重分子的平均自由程必須要有差輕、重分子的平均自由程必須要有差異，且差異越大越好；異，且差異越大越好； 蒸發(fā)面與冷凝面間距必須小于輕分子蒸發(fā)面與冷凝面間距必須小于輕分子的平均自由程的平均自由程。 4 分子蒸餾過程（四步驟）分子蒸餾過程（四步驟）(1) 擴散：物料分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴散。擴散：物料分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴散。 注意：液相中的擴散速度是控制分子蒸餾速度注意：液相中的擴散速度是控制分子蒸餾速度的主要因素的主要因素(2) 蒸發(fā)：物料分子在液層上自由蒸發(fā)速度隨溫蒸發(fā)：物料分子在液層上自由蒸發(fā)速度隨溫度升高而增大度升高而增大,但分

14、離因數(shù)卻隨溫度升高而降低。但分離因數(shù)卻隨溫度升高而降低。(3)飛射：分子從蒸發(fā)面向冷凝面飛射。該過程中飛射：分子從蒸發(fā)面向冷凝面飛射。該過程中分子可能與殘存的空氣分子碰撞分子可能與殘存的空氣分子碰撞,也可能相互碰也可能相互碰撞撞,但只要真空度合適但只要真空度合適,使蒸發(fā)分子的平均自由程使蒸發(fā)分子的平均自由程大于或等于蒸發(fā)面與冷凝面之間的距離即可。大于或等于蒸發(fā)面與冷凝面之間的距離即可。(4) 冷凝：輕分子在冷凝面上冷凝。如果冷凝面的冷凝：輕分子在冷凝面上冷凝。如果冷凝面的形狀合理且光滑并迅速轉移形狀合理且光滑并迅速轉移,則可以認為冷凝是則可以認為冷凝是瞬間完成的瞬間完成的 。5 分子蒸餾技術的

15、特點分子蒸餾技術的特點 常規(guī)蒸餾常規(guī)蒸餾是靠不同物質的是靠不同物質的沸點差沸點差進行分進行分離的，而離的，而分子蒸餾分子蒸餾是靠不同物質的是靠不同物質的分子運動分子運動平均自由程的差別平均自由程的差別進行分離的，也就是說后進行分離的，也就是說后者在分離過程中，蒸氣分子一旦由液相中逸者在分離過程中，蒸氣分子一旦由液相中逸出（揮發(fā)）就可實現(xiàn)分離，而并非達到沸騰出（揮發(fā)）就可實現(xiàn)分離，而并非達到沸騰狀態(tài)。因此，分子蒸餾是在遠離沸點下進行狀態(tài)。因此，分子蒸餾是在遠離沸點下進行操作的。操作的。 5.1 操作溫度低操作溫度低 5.2 蒸氣壓強低蒸氣壓強低 由分子運動平均自由程公式可知，由分子運動平均自由程

16、公式可知，要想獲得足夠大的平均自由程，必須通過要想獲得足夠大的平均自由程，必須通過降低蒸餾壓強來獲得。降低蒸餾壓強來獲得。 5.3 受熱時間短受熱時間短 鑒于分子蒸餾是基于不同物質分子運鑒于分子蒸餾是基于不同物質分子運動平均自由程的差別而實現(xiàn)分離，因而裝動平均自由程的差別而實現(xiàn)分離，因而裝置中加熱面與冷凝面的間距要小于輕分子置中加熱面與冷凝面的間距要小于輕分子的運動平均自由程（即間距很小），這樣，的運動平均自由程（即間距很?。@樣，由液面逸出的輕分子由液面逸出的輕分子幾乎未發(fā)生碰撞幾乎未發(fā)生碰撞即達即達到冷凝面，所以受熱時間很短。到冷凝面，所以受熱時間很短。 5.4 不可逆性不可逆性 普通蒸

17、餾是普通蒸餾是蒸發(fā)與冷凝的可逆過程蒸發(fā)與冷凝的可逆過程,液液相和氣相間可以相和氣相間可以形成互相平衡狀態(tài)形成互相平衡狀態(tài)。而分。而分子蒸餾過程中子蒸餾過程中,從蒸發(fā)表面逸出的分子直接從蒸發(fā)表面逸出的分子直接飛射到冷凝面上飛射到冷凝面上,中間不與其它分子發(fā)生碰中間不與其它分子發(fā)生碰撞撞,理論上沒有返回蒸發(fā)面的可能性，所以理論上沒有返回蒸發(fā)面的可能性，所以分子蒸餾是不可逆的分子蒸餾是不可逆的。 5.5 沒有沸騰鼓泡現(xiàn)象沒有沸騰鼓泡現(xiàn)象 普通蒸餾有鼓泡、沸騰現(xiàn)象，分子蒸普通蒸餾有鼓泡、沸騰現(xiàn)象，分子蒸餾是液層表面上的自由蒸發(fā)餾是液層表面上的自由蒸發(fā),在低壓力下進在低壓力下進行，液體中無溶解的空氣，因

18、此在蒸餾過行，液體中無溶解的空氣，因此在蒸餾過程中不能使整個液體沸騰，程中不能使整個液體沸騰， 沒有鼓泡現(xiàn)象。沒有鼓泡現(xiàn)象。 5.6 分離程度及產品收率高分離程度及產品收率高 分子蒸餾常常用來分離常規(guī)蒸餾難以分分子蒸餾常常用來分離常規(guī)蒸餾難以分離的物質，而且就兩種方法均能分的物質而離的物質，而且就兩種方法均能分的物質而言，分子蒸餾的分離程度更高。從兩種方法言，分子蒸餾的分離程度更高。從兩種方法相同條件下的揮發(fā)度不同可以看出這一點。相同條件下的揮發(fā)度不同可以看出這一點。 由以上特點可以看出，分子蒸餾技術由以上特點可以看出，分子蒸餾技術能分離常規(guī)蒸餾不易分離的物質，特別適能分離常規(guī)蒸餾不易分離的物

19、質，特別適宜于高沸點、高粘度、熱敏性物質的分離。宜于高沸點、高粘度、熱敏性物質的分離。因此，它為工業(yè)生產的各個領域中高純物因此，它為工業(yè)生產的各個領域中高純物質的提取開辟了廣闊的前景。質的提取開辟了廣闊的前景。 5.7 無毒、無害、無污染、無殘留，無毒、無害、無污染、無殘留，產物純凈安全產物純凈安全，且操作工藝簡單且操作工藝簡單，設設備少。備少。 分子蒸餾器有分子蒸餾器有簡單蒸餾型簡單蒸餾型與與精密蒸餾型精密蒸餾型之之分，目前采用的裝置多為簡單蒸餾型。分，目前采用的裝置多為簡單蒸餾型。 簡單蒸餾型又可分為簡單蒸餾型又可分為靜止式、降膜式、離靜止式、降膜式、離心式心式等幾種。等幾種。6 分子蒸餾

20、裝置分子蒸餾裝置 6.1 靜止式分子蒸餾器靜止式分子蒸餾器 靜止式分子蒸餾器出現(xiàn)早，結構簡單，特靜止式分子蒸餾器出現(xiàn)早，結構簡單，特點是有一個點是有一個靜止不動的水平蒸發(fā)表面靜止不動的水平蒸發(fā)表面，按，按其形狀不同，可分為釜式、盤式等，靜止其形狀不同，可分為釜式、盤式等，靜止式分子蒸餾設備一般用于實驗室及小量生式分子蒸餾設備一般用于實驗室及小量生產，工業(yè)上已不采用。產，工業(yè)上已不采用。 流體靠重力在蒸發(fā)壁面流動時形成一層流體靠重力在蒸發(fā)壁面流動時形成一層薄膜，但液膜厚度不均勻，且液膜流動一般薄膜，但液膜厚度不均勻，且液膜流動一般為層流，傳質、傳熱阻力大。為層流，傳質、傳熱阻力大。 6.2 降膜

21、式分子蒸餾器降膜式分子蒸餾器優(yōu)點：優(yōu)點：液膜厚度小，蒸餾物料可沿蒸發(fā)表面流液膜厚度小，蒸餾物料可沿蒸發(fā)表面流動，停留時間短，熱分解的危險性較小，蒸動，停留時間短，熱分解的危險性較小，蒸餾過程可以連續(xù)進行餾過程可以連續(xù)進行,生產能力大。生產能力大。缺點：缺點：很難保證所有的蒸發(fā)表面都被液膜均勻很難保證所有的蒸發(fā)表面都被液膜均勻覆蓋，液體流動時常發(fā)生翻滾現(xiàn)象，產生的覆蓋，液體流動時常發(fā)生翻滾現(xiàn)象，產生的霧沫也常濺到冷凝面上，影響分離效果。霧沫也常濺到冷凝面上，影響分離效果。 刮膜式分子蒸餾設備刮膜式分子蒸餾設備是對降膜式設備是對降膜式設備的改進。其結構的主要特點是在刷膜式釜的改進。其結構的主要特點

22、是在刷膜式釜中設置一聚四氟乙烯制的轉動刮板，既保中設置一聚四氟乙烯制的轉動刮板，既保證液體能夠均勻覆蓋蒸發(fā)表面，又可使下證液體能夠均勻覆蓋蒸發(fā)表面，又可使下流液層得到充分攪動，從而強化了物料的流液層得到充分攪動，從而強化了物料的傳熱和傳質過程，提高了分離效能。傳熱和傳質過程，提高了分離效能。 6.3 刮膜式分子蒸餾設備刮膜式分子蒸餾設備 旋轉刮膜式（旋轉刮膜式（wiped-film evaporator)分分子蒸餾設備組成部分子蒸餾設備組成部分: 離心式離心式(centrifugal evaporator)分子蒸分子蒸餾裝置餾裝置是是將物料送到高速旋轉的轉盤中央將物料送到高速旋轉的轉盤中央，并

23、在旋轉面擴展形成薄膜并在旋轉面擴展形成薄膜，同時加熱蒸發(fā)同時加熱蒸發(fā)，使輕組分到對面的冷凝面冷凝。該裝置是目使輕組分到對面的冷凝面冷凝。該裝置是目前較為理想的分子蒸餾裝置前較為理想的分子蒸餾裝置，但與其它兩種但與其它兩種裝置相比，要求有高速旋轉的轉盤，又需要裝置相比，要求有高速旋轉的轉盤，又需要較高的真空密封技術較高的真空密封技術。 6.4 離心式分子蒸餾裝置離心式分子蒸餾裝置 特點特點:液膜在旋轉的轉盤表面形成的液膜極薄且液膜在旋轉的轉盤表面形成的液膜極薄且分布均勻分布均勻,蒸發(fā)速率和分離效率很高。蒸發(fā)速率和分離效率很高。受熱時間更短受熱時間更短,料液熱裂解的幾率低。料液熱裂解的幾率低。連續(xù)

24、處理量更大連續(xù)處理量更大,因此該裝置更適合于工因此該裝置更適合于工業(yè)化連續(xù)性生產。業(yè)化連續(xù)性生產。 操作溫度低（遠低于沸點）、真空度高、受熱時間短（以操作溫度低（遠低于沸點）、真空度高、受熱時間短（以秒計）、分離效率高等，特別適宜于高沸點、熱敏性、易氧化秒計）、分離效率高等，特別適宜于高沸點、熱敏性、易氧化物質的分離；物質的分離； 可有效地脫除低分子物質（脫臭）、重分子物質（脫色）可有效地脫除低分子物質（脫臭）、重分子物質（脫色）及脫除混合物中雜質；及脫除混合物中雜質； 其分離過程為物理分離過程，可很好地保護被分離物質不其分離過程為物理分離過程，可很好地保護被分離物質不被污染，特別是可保持天然

25、提取物的原來品質；被污染，特別是可保持天然提取物的原來品質； 分離程度高，高于傳統(tǒng)蒸餾及普通的薄膜蒸發(fā)器。分離程度高，高于傳統(tǒng)蒸餾及普通的薄膜蒸發(fā)器。 分子蒸餾技術的優(yōu)點7 分子蒸餾的適用范圍分子蒸餾的適用范圍（1.）分子蒸餾適用于不同物質分子量差別較大的）分子蒸餾適用于不同物質分子量差別較大的液體混合物系的分離，特別是同系物的分離，分液體混合物系的分離，特別是同系物的分離，分子量必須要有一定差別。子量必須要有一定差別。（2.）分子蒸餾也可用于分子量接近但性質差別較）分子蒸餾也可用于分子量接近但性質差別較大的物質的分離，如沸點差較大、分子量接近的大的物質的分離，如沸點差較大、分子量接近的物系的

26、分離。物系的分離。 （3.）分子蒸餾特別適用于高沸點、熱敏性、易氧）分子蒸餾特別適用于高沸點、熱敏性、易氧化（或易聚合）物質的分離?；ɑ蛞拙酆希┪镔|的分離。（4.）分子蒸餾適宜于附加值較高或社會效）分子蒸餾適宜于附加值較高或社會效益較大的物質的分離。益較大的物質的分離。（5.）分子蒸餾不適宜于同分異構體的分離。）分子蒸餾不適宜于同分異構體的分離。 8 分子蒸餾技術的局限性分子蒸餾技術的局限性（1）由于分子蒸餾要求在高真空下進行分離，所需）由于分子蒸餾要求在高真空下進行分離，所需要的設備成本過高，結構復雜，設計技術要求高，要的設備成本過高，結構復雜，設計技術要求高，相應的配套設備也多，投資過大

27、，國內尚未見大相應的配套設備也多，投資過大，國內尚未見大規(guī)模運用；規(guī)模運用；（2）分子蒸餾受設備結構和加熱面積的限制，設備）分子蒸餾受設備結構和加熱面積的限制，設備體積比常規(guī)蒸餾設備體積大，在大規(guī)模生產應用體積比常規(guī)蒸餾設備體積大，在大規(guī)模生產應用中有不少困難。中有不少困難。 第第二二節(jié)節(jié) 水蒸氣蒸餾水蒸氣蒸餾 一、水蒸氣蒸餾概述一、水蒸氣蒸餾概述 二、基本原理二、基本原理 三、水蒸氣蒸餾的方法三、水蒸氣蒸餾的方法 一、水蒸氣蒸餾概述一、水蒸氣蒸餾概述 水蒸氣蒸餾是分離和純化有機化合物水蒸氣蒸餾是分離和純化有機化合物的常用方法之一，尤其是在反應產物中混的常用方法之一，尤其是在反應產物中混有大量

28、樹脂狀雜質的情況，水蒸氣蒸餾效有大量樹脂狀雜質的情況，水蒸氣蒸餾效果較普通蒸餾或重結晶好。果較普通蒸餾或重結晶好。 1進行水蒸氣蒸餾時，對要分離的有機化合進行水蒸氣蒸餾時，對要分離的有機化合物有以下要求：物有以下要求： (l)不溶或微溶于水，這是滿足水蒸氣蒸餾的不溶或微溶于水，這是滿足水蒸氣蒸餾的先決條件。先決條件。 (2)長時間與水共沸不與水反應。長時間與水共沸不與水反應。 (3)近于近于l00時有一定的蒸氣壓，一般不少時有一定的蒸氣壓，一般不少10mmHg(133kPa)。 許多不溶于水或微溶于水的有機化合物，許多不溶于水或微溶于水的有機化合物，無論是固體還是液體，只要在無論是固體還是液體

29、，只要在l00左右具有左右具有一定的蒸氣壓，即有一定的揮發(fā)性時，與水在一定的蒸氣壓，即有一定的揮發(fā)性時，與水在一起加熱就能與水同時蒸餾出來，這就稱為水一起加熱就能與水同時蒸餾出來，這就稱為水蒸氣蒸餾。蒸氣蒸餾。 2、應用、應用 利用水蒸氣蒸餾可把這些化合物同其他揮發(fā)性利用水蒸氣蒸餾可把這些化合物同其他揮發(fā)性更低的物質分開而達到分離提純的目的。更低的物質分開而達到分離提純的目的。 避免不穩(wěn)定的或沸點較高的物質從混合物蒸出避免不穩(wěn)定的或沸點較高的物質從混合物蒸出時發(fā)生分解。時發(fā)生分解。 水蒸氣蒸餾是從動、植物中提取芳香油（揮發(fā)水蒸氣蒸餾是從動、植物中提取芳香油（揮發(fā)油）等天然產物最常用的方法之一。

30、油）等天然產物最常用的方法之一。 二、基本原理二、基本原理 根據(jù)根據(jù)Dolton分壓定律，當水與不溶于水的有機化分壓定律，當水與不溶于水的有機化合物共熱時，整個系統(tǒng)的壓力等于各組分的飽和蒸氣合物共熱時，整個系統(tǒng)的壓力等于各組分的飽和蒸氣壓之和：壓之和：式中，式中，P為總蒸氣壓、為總蒸氣壓、PH2O和和Pi分別為水和有機化合物的分別為水和有機化合物的飽和蒸氣壓。飽和蒸氣壓。PH2O和和Pi只與溫度有關，而與混合物組成只與溫度有關，而與混合物組成無關。達到一定溫度時聲與大氣壓無關。達到一定溫度時聲與大氣壓(外界壓力外界壓力)相等，液相等，液體沸騰，而且蒸氣組成保持不變。體沸騰，而且蒸氣組成保持不變

31、。 圖表示 水(bp：l00)和溴苯(bp：156)兩個不互溶混合物以及兩個化合物的混合蒸氣壓對溫度關系的坐標。 水蒸氣蒸餾的裝置由水蒸氣發(fā)生器和蒸餾裝水蒸氣蒸餾的裝置由水蒸氣發(fā)生器和蒸餾裝置兩部分組成，如圖置兩部分組成，如圖211所示。水蒸氣發(fā)生器所示。水蒸氣發(fā)生器有金屬桶式和圓底燒瓶兩種。蒸餾時應采用安有金屬桶式和圓底燒瓶兩種。蒸餾時應采用安全管，以免壓力過大。水蒸氣發(fā)生器與蒸餾裝全管，以免壓力過大。水蒸氣發(fā)生器與蒸餾裝置之間的連接采用氣液分離器或置之間的連接采用氣液分離器或T形管，以便于形管，以便于不斷放出冷凝的水。如果只有少量物質，可省不斷放出冷凝的水。如果只有少量物質，可省去水蒸氣發(fā)

32、生器，直接加熱水和有機物的混合去水蒸氣發(fā)生器，直接加熱水和有機物的混合液，使有機物蒸氣和蒸汽一同逸出，并可通過液，使有機物蒸氣和蒸汽一同逸出，并可通過滴液漏斗不斷補加水。滴液漏斗不斷補加水。 水蒸汽蒸餾常用于下列幾種情況：水蒸汽蒸餾常用于下列幾種情況： (1) 某些沸點高的有機物，在常壓下蒸餾雖可與某些沸點高的有機物，在常壓下蒸餾雖可與副產品分離，但其本身易破壞；副產品分離，但其本身易破壞； (2) 混合物中含有大量樹脂或不揮發(fā)性雜質，采混合物中含有大量樹脂或不揮發(fā)性雜質，采取普通蒸餾、萃取等方法都難以分離；取普通蒸餾、萃取等方法都難以分離； (3) 從較多固體反應物中分離出被吸附的液體；從較

33、多固體反應物中分離出被吸附的液體；(4) 從天然物中提取精油等。從天然物中提取精油等。例：植物原料的水蒸氣蒸餾例：植物原料的水蒸氣蒸餾 植物原料水蒸氣蒸餾中主要發(fā)生三種作用，即水植物原料水蒸氣蒸餾中主要發(fā)生三種作用，即水散作用、水解作用和熱力作用。散作用、水解作用和熱力作用。 植物的莖、葉、花，無論是新鮮原料還是干燥原料，植物的莖、葉、花，無論是新鮮原料還是干燥原料，必須在飽和蒸汽的作用下，經過潤濕之后，才有利于必須在飽和蒸汽的作用下，經過潤濕之后，才有利于蒸餾，這一過程稱為鍋內水散，實際上是水散作用的蒸餾，這一過程稱為鍋內水散，實際上是水散作用的開始。開始。 為了縮短鍋內水散過程，原料可在裝

34、鍋之前進行淋水為了縮短鍋內水散過程，原料可在裝鍋之前進行淋水潤濕，這一過程稱為鍋外水散。有些原料如玫瑰花等潤濕，這一過程稱為鍋外水散。有些原料如玫瑰花等可在蒸餾之前，用清水浸漬，既有保藏作用，也起鍋可在蒸餾之前，用清水浸漬，既有保藏作用，也起鍋外水散作用。外水散作用。三、水蒸氣蒸餾的方法三、水蒸氣蒸餾的方法 1. 水蒸氣蒸餾的方式水蒸氣蒸餾的方式 水蒸氣蒸餾的方法可分為水蒸氣蒸餾的方法可分為水上蒸餾、水中水上蒸餾、水中蒸餾和水氣蒸餾，蒸餾和水氣蒸餾，還可根據(jù)原料的特性或產品還可根據(jù)原料的特性或產品質量的要求選擇在常壓、減壓或加壓下進行。質量的要求選擇在常壓、減壓或加壓下進行。 水蒸汽蒸餾法水蒸

35、汽蒸餾法是提取植物性天然香料最常用的一種方法是提取植物性天然香料最常用的一種方法，其，其特點是技術成熟、設備簡單、操作容易、成本低、產量特點是技術成熟、設備簡單、操作容易、成本低、產量大。大。根據(jù)物料在蒸餾設備中所處位置的不同，水蒸汽蒸餾法根據(jù)物料在蒸餾設備中所處位置的不同，水蒸汽蒸餾法一般有三種形式：一般有三種形式：水中蒸餾、水上蒸餾水中蒸餾、水上蒸餾及及水氣蒸餾水氣蒸餾，其設備，其設備簡圖示意如下：簡圖示意如下：1）水上蒸餾）水上蒸餾 又稱又稱“隔水蒸餾隔水蒸餾”。是將原料置于蒸餾釜內的篩板上，篩。是將原料置于蒸餾釜內的篩板上，篩板下釜底層部位盛放一定水量以滿足蒸餾所需足夠的飽和板下釜底層部位盛放一定水量以滿足蒸餾所需足夠的飽和