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分子蒸餾它不同于傳統蒸餾依靠沸點差分離原理，而是靠不同物質分子運動平均自由程的差別完成分離。

當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，因為輕、重分子的自由程不同，因而，不同物質的分子從液面逸出后移動距離不同，若能恰當地設置一塊冷凝板，則輕分子達到冷凝板被冷凝排出，而重分子達不到冷凝板沿混合液排出。這樣，達到物質分離。

薄膜和冷凝面之間的壓差是蒸汽流向的驅動力，關于微小的壓力降會引起蒸汽的流動。在1mbar下運行要求在歡騰面和冷凝面之間十分短的距離，基于這個原理制造的蒸餾器稱為短程蒸餾器。短程蒸餾器（分子蒸餾）有一個內置冷凝器在加熱面的對面，并使操作壓力降到0.001mbar。

短程蒸餾器由外加熱的垂直圓筒體、位于它的中心冷凝器及在蒸餾器和冷凝器之間旋轉的刮膜器組成。

蒸餾進程是：物料從蒸發器的頂部加入，經轉子上的料液分布器將其接連均勻地分布在加熱面上，隨即刮膜器將料液刮成一層極薄、呈湍流狀的液膜，并以螺旋狀向下推動。在此進程中，從加熱面上逸出的輕分子，經過短的路線和幾乎未經碰撞到內置冷凝器上冷凝成液，并沿冷凝器管流下，經過位于蒸發器底部的出料管排出；殘液即重分子在加熱區下的圓形通道中搜集，再經過側面的出料管中流出。