化学および工業における蒸留技術の基礎と分類

蒸留（じょうりゅう、英: Distillation）とは、液体を加熱して気化させ、発生した気体を冷却して再び液体として捕集する操作を指す。混合物を一度蒸発させ、後で再び凝縮させることにより、沸点の異なる成分を分離・濃縮するために広く利用されている。通常、目的成分が常温で液体である場合や、融点が比較的低い固体の場合に対象となる。共沸しない混合物であれば、蒸留によってほぼ完全に単離および精製することが可能であり、この操作は特に分留と呼ばれる。

原理と気液平衡

原理的には、物質ごとの蒸気圧の差を利用して混合物の特定成分を濃縮する操作である。混合物を加熱していくと、液面から各成分が徐々に蒸発し、各成分の蒸気圧の和が系の圧力と一致した時点で沸騰が始まる。発生する蒸気の組成はラウールの法則に従い、液面の成分組成と温度での各成分の分圧から決定される。この平衡状態における気相・液相の成分比と温度の関係を示した図を気液相関図と呼び、蒸留の濃縮過程をシミュレートできる。

組成は蒸発と凝縮の温度依存性に従うため、沸点差が大きい場合でも条件によっては一定以上の濃縮が制限される場合がある。例えばエタノールと水の系では、共沸現象によりエタノールは約96%w/w以上には濃縮されない。水（沸点100℃）とエタノール（沸点78.3℃）は共沸し、その共沸点は78.2℃、共沸組成は水対エタノールが4対96（w/w）となる。

精留と分留

蒸留により成分を高度に精製する操作は精留（せいりゅう、英: rectification）と呼ばれ、広くは蒸留と同義として扱われることもある。石油精製のための精留は、特に分留（英: fractional distillation）と称される。

精留を行うには、蒸留装置の塔部で凝縮液と蒸気とを向流接触させる必要がある。これにより、凝縮熱による液の蒸発と分縮が繰り返し行われ、特定成分の濃縮が進行する。ビグリューカラムをはじめとする蒸留塔は、こうした蒸発と凝縮の平衡状態が多段階で進行するように設計されている。

蒸気温度が一定であれば組成も一定であるため、通常は蒸気温度が安定した部分を本留として捕集する。これに対し、初期の段階（初留）や終盤（後留）は蒸気温度が一定ではなく組成が変動するため、副成分が多く含まれる。蒸留酒の製造においては、初留分は初垂れ、中留分は本垂れ、後留分は末垂れと呼ばれ、香気成分の特性に応じて個別に採取されることがある。

蒸留の種類

蒸留方法には、目的に応じていくつかの種類が存在する。

• 減圧蒸留：大気圧下で行う常圧蒸留に対し、系内を減圧にして実施する方法。沸点が高い物質や、熱によって分解・反応してしまう物質の加熱を抑制するために用いられる。蒸留酒の製造でも用いられ、効率的な分離が可能である一方、原料由来の芳醇さが変化する場合がある。
• 分子蒸留：蒸発面と凝縮面との距離を蒸気分子の平均自由行程以下に接近させ、高真空下で高分子などの蒸留を行う方法。
• 水蒸気蒸留：共沸現象を積極的に利用する方法であり、ローズオイルなどの天然香料の工業的精製に多用されている。
• 単式蒸留：単純な構造の装置を用い、凝縮と蒸発のサイクルが少ない段階で凝縮器に導入する方法。本格焼酎やウイスキーなどの蒸留酒で用いられ、エステルなどの芳香成分が残ることで独特の風味が生まれる。

伝統的な蒸留器具

歴史的および伝統的な蒸留においては、地域や目的に応じて多様な器具が発展してきた。代表的なものとして、アランビックやレトルト、木桶蒸留器、直釜式焼酎蒸留器、ツブロ式焼酎蒸留器、ランビキ、兜釜式焼酎蒸留器などが挙げられる。