水蒸氣蒸餾（Steam Distillation）是指將含有揮發(fā)性成分的植物材料與水共蒸餾，使揮發(fā)性成分隨水蒸氣一并餾出，經(jīng)冷凝分取揮發(fā)性成分的浸提方法。該法適用于具有揮發(fā)性、能隨水蒸氣蒸餾而不被破壞、在水中穩(wěn)定且難溶或不溶于水的植物活性成分的提取。

水蒸氣蒸餾法是提取植物性天然香料的最常用的一種方法,其流程、設(shè)備、操作等方面的技術(shù)都比較成熟,成本低而產(chǎn)量大,設(shè)備及操作都比較簡單。

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水蒸氣蒸餾的原理

水蒸氣蒸餾是分離純化有機化合物的重要方法之一，它是將水蒸氣通入含有不溶或微溶于水但有一定揮發(fā)性的有機物的混合物中，并使之加熱沸騰，使待提純的有機物在低于100℃的情況下隨水蒸氣一起被蒸餾出來，從而達到分離提純的目的。

根據(jù)道爾頓分壓定律，當(dāng)與水不相混溶的物質(zhì)與水共存時，整個體系的蒸氣壓應(yīng)為各組分蒸氣壓之和，即：

其中P代表總的蒸氣壓，

P_A為水的蒸氣壓，

P_B為與水不相混溶物質(zhì)的蒸氣壓。

當(dāng)混合物中各組分蒸氣壓總和等于外界大氣壓時，混合物開始沸騰，這時的溫度即為它們的沸點。而混合物的沸點比其中任何一組分的沸點都要低些。因此，在常壓下應(yīng)用水蒸氣蒸餾，就能在低于100℃的情況下將高沸點組分與水一起蒸出來。蒸餾時混合物的沸點保持不變，直到其中一組分幾乎全部蒸出（因為總的蒸氣壓與混合物中二者相對量無關(guān)），溫度才上升至留在瓶中液體的沸點。

混合物蒸氣中各個氣體分壓（P_A，P_B）之比等于它們的物質(zhì)的量（n_A，n_B）之比，即：

n_A=m_A/M_A；n_B=m_B/M_B。其中m_A、m_B為各物質(zhì)在一定容積中蒸氣的質(zhì)量，M_A、M_B為物質(zhì)A和B的相對分子質(zhì)量。因此：

可見，這兩種物質(zhì)在餾液中的相對質(zhì)量（就是它們在蒸氣中的相對質(zhì)量）與它們的蒸氣壓和相對分子質(zhì)量成正比。

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水蒸氣蒸餾的應(yīng)用

水蒸氣蒸餾有比較悠久的歷史，從1907年CA創(chuàng)刊時，就已經(jīng)有人在這方面發(fā)表文章，但那時的探討還僅限于最基本的物理化學(xué)原理。后來，水蒸氣蒸餾在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用，直到現(xiàn)在，每年仍有大量的文章對水蒸氣蒸餾進行探討。下面簡要介紹一下它的主要應(yīng)用領(lǐng)域：

⑴松脂加工：即對采集的松脂進行水蒸氣蒸餾，得到液態(tài)的松節(jié)油和固態(tài)的松香；

⑵從植物葉莖中提取香精油；

⑶水蒸氣蒸餾與溶劑萃取（或固相吸附）相結(jié)合測微量物質(zhì)；

⑷從沉積物中提取油；

⑸從中藥中提取揮發(fā)油；

⑹在煤焦油和石油工業(yè)中回收苯類化合物；

⑺脂肪酸，食用油，聚酯類（高沸物）的除臭、降酸度；

⑻用減壓水蒸氣蒸餾精制二甲基硫代磷酰胺；

⑼高壓水蒸氣蒸餾從含磷殘渣中回收和提純磷。

水蒸氣蒸餾法適合分離那些在其沸點附近容易分解的物質(zhì)，也適用于從不揮發(fā)物質(zhì)或樹脂狀物質(zhì)中分離出所需的組分（如天然產(chǎn)物香精油、生物堿等）。使用此法被提純的物質(zhì)必須具備以下條件：

⑴不溶于水或微溶于水；

⑵具有一定的揮發(fā)性；

⑶在共沸溫度下與水不發(fā)生反應(yīng)；

⑷在100℃左右，必須具有一定的蒸氣壓，至少666.5～1333Pa（5～10mmHg），并且待分離物質(zhì)與其他雜質(zhì)在100℃左右時具有明顯的蒸氣壓差。

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水蒸氣蒸餾實例

例如苯胺的沸點為184.4℃，且和水不相混溶。當(dāng)和水一起加熱至98.4℃時，水的蒸氣壓為95.4kPa，苯胺的蒸氣壓為5.6kPa，它們的總壓力接近大氣壓力，于是液體就開始沸騰，苯胺就隨水蒸氣一起被蒸餾出來。

利用水蒸氣蒸餾來分離提純物質(zhì)時，要求此物質(zhì)在100℃左右時的蒸氣壓至少在1.33kPa左右。如果蒸氣壓在0.13～0.67kPa，則其在餾出液中的含量僅占1%，甚至更低。

為了要使餾出液中的含量增高，就要提高此物質(zhì)的蒸氣壓，即要提高溫度，使蒸氣的溫度超過100℃，即要用過熱水蒸氣蒸餾。

例如苯甲醛（沸點178℃），進行水蒸氣蒸餾時，在97.9℃沸騰，這時P_A=93.8 kPa，P_B=7.5 kPa，則：

這時餾出液中苯甲醛占32.1%。

假如導(dǎo)入133℃過熱蒸汽，苯甲醛的蒸氣壓可達29.3 kPa，因而只要有72 kPa的水蒸氣壓，就可使體系沸騰，則：

這樣餾出液中苯甲醛的含量就提高到了70.6%。

應(yīng)用過熱水蒸氣還具有使水蒸氣冷凝少的優(yōu)點，為了防止過熱蒸氣冷凝，可在蒸餾瓶下保溫，甚至加熱。

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水蒸氣蒸餾裝置

水蒸氣蒸餾裝置通常由水蒸氣發(fā)生器、蒸餾部分、接收部分組成。

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水蒸氣精餾的優(yōu)勢

水蒸氣蒸餾的工業(yè)應(yīng)用價值很大，但幾乎所有的應(yīng)用中，僅作為簡單蒸餾，或過熱水蒸氣作為惰性氣的多級載氣蒸餾。由前面介紹可知，在水相存在的條件下蒸餾可以產(chǎn)生良好的降溫效果。因此，有學(xué)者考慮將液態(tài)水引入傳統(tǒng)多級水蒸氣蒸餾的分離過程中，由此提出了水蒸氣精餾的概念（在多級水蒸氣蒸餾裝置中通入飽和水蒸氣）。

水蒸氣精餾作為分離熱敏物系的一種潛在的方法，除了能顯著地降低操作溫度外，還具有它獨特的優(yōu)勢：

⑴蒸餾設(shè)備中存在良好的攪動而不存在局部過熱，促進了傳熱和傳質(zhì)，并可防止結(jié)垢，這是水蒸氣精餾的本質(zhì)性優(yōu)點。

⑵水蒸氣排掉了大氣中的氧，可防止被處理物系的氧化。

⑶在精餾的同時，完成降酸、除臭等功能，而且還不會引人異味。這對食用的天然脂肪酸與油脂類的分離與提純有著特殊的意義。

⑷產(chǎn)物與水的最終分離只需簡單的液液分層，這是萃取所不能比擬的，而且，水蒸氣精餾不會對設(shè)備和操作條件有苛刻的要求。

⑸由于塔板或填料結(jié)構(gòu)變化所引起的壓降升高，有兩個液相分別承擔(dān)，不會引起釜溫的顯著升高。

⑹作為分離劑的水隨處可得，而且由于塔內(nèi)傳熱阻力小，用于加熱的能量的品位可相對降低，也可以用低壓蒸氣直接通入塔釜，有利于能量的綜合利用。

⑺由于全塔都有水相存在，為加鹽精餾提供了可能。