海昏侯刘贺墓,出土青铜蒸馏器

刘贺墓葬呈甲字形,为典型的西汉列侯葬制,由主椁室、过道、回廊式藏椁和甬道构成。青铜蒸馏器出土于刘贺墓东回廊北部,是该墓葬出土最大的组合器物,由天锅、蒸馏筒和釜组成。由于刘贺墓椁室早年坍塌,出土时三器虽紧邻但已倾倒,但其出土位置、器物尺寸及套合程度,一定程度地揭示出三者之间的组合关系,应是一套蒸馏器,出土时蒸馏筒内外壁夹层中发现有大量的芋头残留物。釜(M1:)通高毫米,沿宽52毫米,沿厚7.7毫米,口径毫米,口沿厚4.4毫米,口沿高53毫米,最大径毫米;整体呈扁圆形,鼓腹,敛口,中间出檐,檐边水平,便于能安放在灶穴上;外侧附有三个对称的衔环和一大耳,纵断面呈扁圆型。

蒸馏筒(M1:),通高毫米,圈足高毫米,底径毫米,内径毫米,外径毫米,内腹深毫米,外腹深毫米,外槽深毫米;整体上大下小,上部为主体结构,深腹呈筒状,直口,蒸馏筒内底部中间高周边低呈凹槽状,筒外侧附有三个对称的衔环;下部设计为圆形箅隔,箅隔上留有菱格形孔,外圆内方,轮廓类似于五铢钱,蒸馏筒与釜有子口相接。区别于其他出土的汉代青铜蒸馏器;该蒸馏筒为内外双层设计,内外筒中间均匀设置三根青铜筋用于维护内外筒的结构稳定,且内外筒之间没有连接通道,底部设有两个流口,流口开口朝下,分别为内筒与外界连通和外筒与外界连通,内筒壁高于外筒壁。天锅(M1:)外形呈浅底天穹型,口沿边缘处有三个对称的衔环,穹顶处有一空心管状柱,其与天锅相连处无孔,空心管状柱边缘有对称的两个贯穿性小圆孔。

蒸馏是一种热力学的分离工艺,它利用液液体系或液-固体系中各组分沸点不同,通过加热使不同沸点组分在相应温度下汽化蒸发,通过热交换冷凝以分离整个组分的单元操作过程;而蒸馏器则是提供加热、蒸发、冷凝、收集四个过程的生产设备。在刘贺墓出土青铜蒸馏器中,釜底加热以后,釜内的液体汽化,热汽体上升遇天锅及筒壁后与外界发生热交换,温度下降以后冷凝成液体而流入蒸馏筒底部导流凹槽,汇聚在底部通过流口流出后由外部收集。釜、蒸馏筒和天锅三者的组合,可以保证整套蒸馏工序的完成,将其划定为蒸馏器是合理的。目前存世最早的青铜蒸馏器为汉代青铜蒸馏器。

根据考古资料统计,共有五件,其中年代确定的有三件:一是刘贺墓出土这件,制作时间不迟于刘贺去世时间即公元前59年;二是西安张家堡出土的新莽时期青铜蒸馏器;三是上海博物馆藏东汉青铜蒸馏器,它是年从上海冶炼厂堆积如山的废铜中拣选出来的,马承源先生根据器型及纹饰,将其年代定为东汉。另外两件的具体年代则没有确定:一是柳州博物馆藏汉代铺首衔环青铜蒸馏器,二是滁州市博物馆藏汉代青铜蒸馏器,后者虽然没定确切的年代,但由于其器型与上海博物馆藏东汉青铜蒸馏器颇为相似,二者年代应相差不远。刘贺墓出土的这件青铜蒸馏器,是迄今为止已确定出土年代中最早的青铜蒸馏器。二、结构功能和使用方法从上至下认识刘贺墓出土青铜蒸馏器,天锅沿口处有三个衔环,按照普遍规律,盖子的把手应放置在盖子外部,适用于这件器盖,天锅的天穹形顶应该朝下。

但是这件蒸馏筒的内壁高度是大于外壁高度的,天穹顶朝下放置在蒸馏筒上,只能完全封闭内筒,内外壁之间的夹层就覆盖不到了,这只能说明,在此种使用条件下,只有蒸馏筒的内筒是有效的蒸馏空间。此时,刘贺墓出土青铜蒸馏器天锅穹底的管状柱置于蒸馏内筒,如若单独存在,势必会造成冷凝液顺着管状柱流至箅隔进而回流至釜,难以保证液体流入内筒壁底部四周的凹槽;但是,其底部对称位置的两个贯穿性圆孔,极相似于张家堡新莽蒸馏器伞状附加装置的榫卯孔,刘贺墓青铜蒸馏器应该还有与其相似的装置,由于刘贺墓青铜器清理保护工作还在继续,如若被发掘出并且没有损坏,这件构件应可以找出来。有学者认为张家堡新莽铜蒸馏器的伞状附加装置是为内承接而设置的,并且有相应尺寸的内承接器配合使用。

有学者则认为上大下小的结构很难保证内承接器的稳定,加之釜中沸腾的液体加剧了其发生倾斜或倾洒的可能,凸起的器盖难以保证液体全部滴入接液器,内承法难以实现冷凝液的收集。笔者比较认同其不是内承接装置的观点,其下部连接的伞状构件,按照物理学原理,是将运动中的液体或气体引导流至四周,而不是下部中央位置的内承接器,按照蒸馏过程的实际情况,伞状附加装置应有两种用途:一是其下面用于控导上升过程中的蒸汽的运动路径,使其运动至四周,在内壁处进行热交换,在气体液化为液体后,沿内壁流至底部凹槽,再汇集至蒸馏筒底部流口进行外承接;二是在天锅底部进行热交换的气体液化成液体,沿着伞状构件的连接柱流至伞状附加装置的上面,导流至四周,沿着蒸馏内筒壁流至底部四周凹槽处,后汇聚到内筒流口流出,进而由外承接收集。

笔者依照张家堡新莽铜蒸馏器的伞形附加装置,配置于刘贺墓出土青铜蒸馏器上,应是它完整的使用结构。即在天锅的衔环朝外放置时,釜内放置液体,蒸馏筒中放置物料,釜下加热。蒸汽通过箅隔带走物料的有效成分,上升至天锅穹底处的气体在热交换后,液化形成的液体因重力作用流至位置最低的管状柱连接处,然后沿着伞状构件导流至蒸馏内筒壁,后汇聚到内筒流口流出,进而由外承接收集;因伞状装置的引导,将中间部分上升的蒸汽引导至四周,在内筒壁处进行热交换,液化而成的液体沿内筒壁流至底部四周凹槽处,后汇聚到内筒流口流出,进而由外承接收集;在内筒壁处液化形成的液体,直接流入内筒底部凹槽处,通过内筒流口流出,进而由外承接收集。

此时,天锅里放置冷水,内外壁夹层也可通过上注冷水,下部外筒流口出水的方式,达到双重冷却的效果。此种情况下,热交换面积为内筒壁与天锅底面积,流动的水也加大了热交换的温差,在双重措施下,提升了热交换的效率,加快了蒸馏的进行,此时该蒸馏器的使用方法适用于环境温度较高或需要快速冷却的情况。需要注意的是,单独将内筒作为蒸馏筒,箅隔容量有限,内里不能放置很多物料,否则会堵塞内筒流口,进而影响冷凝液体的承接




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