蒸馏和分馏的区别是什么？

蒸馏和分馏的区别是什么？

利用简单蒸馏可以分离两种或两种以上的沸点相差较大的液体混合物。而对于沸点相差较小的、或沸点接近的液体混合物的分离和提纯则是采取分馏的办法。

如果将几种沸点不同而又完全互溶的液体混合物加热，当其总蒸气压等于外界大气压时开始沸腾气化。蒸气中易挥发组分所占的比例比原液相中所占的比例要大。若将该气体凝结成液体，其中有较多的低沸点成分，根据这一现象可以把液体混合物中的各组分分离开来。

为了简化，仅讨论混合物是二组分理想溶液的情况。所谓理想溶液，即是指在这种溶液中，相同分子间的相互作用与不同分子间的相互作用是一样的。也就是各个组分在混合时无热效应产生，体积没有改变。只有理想溶液才遵循拉乌尔定律。

由组分R和S组成的理想混合溶液，当 时，即R和S的分压和等于外界压力（P外）时，溶液就开始沸腾。蒸气中易挥发液体的成分较在原混合液中要多。而理想溶液，就是指遵从拉乌尔定律的溶液。

这时溶液中每一组分的蒸气压等于此纯物质的蒸气压和它在溶液中的摩尔分数的乘积，即

式中 分别为溶液中R、S组分的分压， 分别为纯物质的蒸气压， 分别为R、S在溶液中的摩尔分数。

根据道尔顿分压定律，气相中每一组分的蒸气压和它的摩尔分数成正比。因此，在气相中各组分蒸气的成分为

所以，就可以得到

如果在R和S的混合液上面一定体积的蒸气中，组分R、S的摩尔分数与其本身的分压成正比，又R比S更易挥发，即 ,那么

所以，就可以得到

即蒸气中易挥发组分的摩尔分数 大于与之平衡的液相中的相应比。

由此可知，在任何温度下蒸气相中总比与之平衡的沸腾液相中有更多的易挥发组分，利用这一原理，沸点相近的液体化合物借助分馏柱可以被分离。

从图中可以看出，由苯20%和甲苯80%组成的液体（ ）在102℃时沸腾，和此液相平衡的蒸气（ ）组成约为苯40%和甲苯60%。若将此组成的蒸气冷凝同组成液体（ ）,则与此溶液成平衡的蒸气（ ）组成约苯60%和甲苯40%。显然，如此继续重复，即可获得接近纯苯的气相。

通过分别收集大量的最初蒸出液和残留液，并重复多次进行简单蒸馏，能够分离出一定量的纯物质。

显然，这样太繁琐了，而分馏柱就可以把这种重复蒸馏的操作在柱内完成。所以，分馏是多次重复的简单蒸馏。

连续的蒸馏过程是如何在分馏柱中实现的呢？

蒸馏圆底烧瓶里的液体混合物沸腾后，蒸气上升进入分馏柱，在分馏柱内与下降的冷凝液接触时，发生热量交换。上升的蒸气部分冷凝，放出的热量使下降的冷凝液部分气化，其结果是上升蒸气中低沸点组分增加，而下降的冷凝液中高沸点组分增加。蒸气在分馏柱内的上升过程中，反复经过这样的气液平衡过程，相当于进行了多次的简单蒸馏，导致靠近分馏柱顶部的低沸点组分比例高， 而在烧瓶里的高沸点组分的比例高。由此可见，在分馏过程中分馏柱是关键装置，如果选择适当的分馏柱，当分馏柱的效率足够高时，从分馏柱顶部出来的几乎是纯净的低沸点组分，而最后在烧瓶里残留的则几乎是纯净的高沸点组分。

蒸馏和分馏都利用了有机物沸点的不同，在蒸馏过程中将低沸点的组分先蒸出，高沸点的组分后蒸出，从而达到分离提纯的目的。两者的不同之处是：分馏是借助于分馏柱一次完成多次蒸馏， 而不需多次重复；另外，应用范围也不同，蒸馏时混合液体中各组分的沸点要相差30℃以上才可以得到良好的分离效果，而现在最精密的分馏设备能够将沸点相差仅1~2℃的混合物分开。分馏在化学工业和实验室中被广泛应用。例如，石油通过分馏可以得到汽油、煤油、柴油、石蜡油、重油、 沥青等产物；发酵法制乙醇，所得发酵液中乙醇含量只有9%左右，通过分馏可以得到95.6%的乙醇，还可除去甲醇等有害杂质。

虽然大多数均相液体的性质近似理想溶液，但还是有许多已知的例子是非理想的，在这些溶液中不同分子相互之间的作用是不同的，以致发生对拉乌尔定律的偏离，有些溶液蒸气压较预期的大，即所谓正向偏离；另有一些则是较预期的要小，即所谓负向偏离。

在正向偏离情况下，两种或两种以上的分子之间的引力要比同种分子间的引力弱，故其合并起来的蒸气压要比单一的易挥发的组分的蒸气压大。

于是在此组成范围内的混合物（X与Y之间），其沸点要比任何一个纯组分低（Z点），Z点的组成可成为第三组分，组成了最低沸点共沸物，这个最低沸点共沸物有一定的组成（Z点）。

例如，水与乙醇（bp78.5℃）形成最低沸点共沸物，沸点为78.2℃，其组成为水（4.4%）—乙醇（95.6%）

在负向偏离的情况下，两种或两种以上的分子间的引力，要比同种分子间的引力大，故其合并起来的蒸气压要比单一的难挥发的组分的蒸气压低，故组成了最高沸点共沸物。

于是在此组成范围内的混合物（X与Y之间），沸腾温度比纯的高沸点组分还高，这个最高沸点共沸物也有一定的组成（Z点）。

因此，在分馏过程中，有时可能得到与单纯化合物相似的混合物，有固定沸点和固定组成，其气相和液相的组成也完全相同，故不能用分馏法进一步分离。

例如，甲酸（bp100.7℃）与水形成最高沸点共沸物，其沸腾温度为107.3℃，该沸点组成甲酸（77.5%）—水（22.5%），除该点外，蒸馏该体系，在分馏时都会获得共沸组成的残液。

共沸混合物虽不能用分馏来进行分离，但它不是化合物，它的组成和沸点要随压力而改变，用其他方法破坏共沸组分后再蒸馏，即可以得到纯粹的组分。

安装好的分馏装置应处于同一平面，分馏柱要垂直台面。为减少分馏柱的热量损失，通常需要在分馏柱外裹以保温棉等保温材料。

待分馏样品的体积以烧瓶容积的1/3–2/3为宜。分馏常用直形冷凝管，若蒸气温度高于130 °C时， 需选用空气冷凝管。根据待分馏液体的沸点范围，选择合适的加热方式，使温度缓慢而均匀上升。选择好合适的回流比和蒸发速率，使柱内保持稳定的温度梯度。要得到好的分馏效果，分馏的速度不能太快或太慢，馏出液的流速要控制在每2–3秒钟一滴。

参考资料