Что значит перегонка в химии

Перегонка

Перегонка — способ разделения или очистки веществ, основанный на различных температурах кипения.

В зависимости от свойств компонентов разделяемой смеси и разницы в их температурах кипения применяют различные типы и способы перегонки. Так, если целью перегонки является очистка вещества от практически нелетучих примесей, прибегают к простой перегонке. Примером может служить перегонка водопроводной воды с целью очистки от растворенных в ней минеральных солей, приводящая к получению дистиллированной воды. Частным случаем простой перегонки является перегонка с паром. Если при нагревании смеси два или большее число компонентов переходят в парообразное состояние, для их разделения приходится прибегать к фракционной перегонке. Оба вида перегонки — простая и фракционная — могут быть проведены как при атмосферном, так и при пониженном давлении (вакуум-перегонка).

Перегонке могут подвергаться не только жидкие, но и твердые при комнатной температуре вещества. По сравнению с перекристаллизацией перегонка дает, как правило, более высокий выход чистого продукта при меньших затратах времени.

С помощью перегонки в лабораторных условиях за одну операцию можно, например, легко очистить до килограмма вещества, тогда как для перекристаллизации такого же количества продукта требуется либо разделить его на несколько порций, либо применить громоздкую аппаратуру, что не всегда удобно. В отличие от перекристаллизации перегонка может быть использована для очистки сильно загрязненных соединений, в том числе для выделения продуктов непосредственно из реакционной массы. Наконец, перегонка не связана с затратами каких-либо вспомогательных веществ, например адсорбентов или органических растворителей.

С другой стороны, перегонка не является универсальным методом очистки. Многие вещества разлагаются при температуре кипения даже при пониженном давлении.

Если у жидкостей близкие температуры кипения, их разделение в лабораторных условиях очень трудоемко и требует применения эффективных ректификационных колонн, которые имеются далеко не в каждой лаборатории. Однако, даже если различие в температурах кипения велико, перегонка по всегда обеспечивает полное разделение. На это следует обратить особое внимание. Начинающие работники нередко считают, что перегонка автоматически гарантирует удаление всех примесей пз вещества. Между тем, на практике встречаются нераздельнокипящие (азеотропные) смеси. Так, например, этиловый спирт ire может быть полностью освобожден от воды перегонкой при атмосферном давлении, хотя разница в их температурах кипения более 20 °С. При попытке отогнать спирт от воды в приемнике будет собираться смесь, содержащая 95,6% (масс.) спирта и 4,4% поды. Довольно распространенное явление, мешающее перегонке,— способность некоторых высококппящих веществ перегоняться с парами других веществ. В то же время это свойство используют для эффективной очистки высококппящнх веществ, например при перегонке с водяным паром.

Из сказанного следует, что прибегать к перегонке можно, только составив полное представление о природе возможных примесей и их относительной летучести. Во многих случаях вещество может быть получено с меньшими затратами труда и в более чистом виде, если перегонку совместить с другими методами очистки. Например, технический этилацетат в качестве основных примесей содержит этиловый спирт, уксусную кислоту и воду. В соответствии с этим один из возможных методов его очистки включает в себя обработку хлоридом кальция для поглощения спирта и большей части воды, обработку безводным поташом для удаления следов кислоты и дальнейшей сушки, выдержку над цеолитами для окончательной сушки и, наконец, перегонку для освобождения от возможных нелетучих примесей.

Источник

Простой процесс перегонки и примеры

простая перегонка представляет собой процесс, в котором пары, образующиеся из жидкости, направляются непосредственно в конденсатор, внутри которого температура паров понижается и происходит его конденсация.

Он используется для отделения летучего компонента от нелетучих компонентов, присутствующих в жидкости. Он также используется для разделения двух жидкостей, присутствующих в растворе с очень разными температурами кипения.

Простая дистилляция не является эффективным методом разделения двух летучих жидкостей, присутствующих в растворе. Когда ее температура увеличивается за счет подачи тепла, кинетическая энергия молекул также увеличивается, что позволяет им преодолевать силу сцепления между ними.

Летучие жидкости начинают кипеть, когда их давление пара равно внешнему давлению, действующему на поверхность раствора. Обе жидкости вносят вклад в состав образующихся паров, причем присутствие более летучей жидкости больше; то есть тот, с самой низкой температурой кипения.

Следовательно, наиболее летучая жидкость составляет большую часть образующегося дистиллята. Процесс повторяется до достижения желаемой чистоты или максимально возможной концентрации.

Простой процесс перегонки

При простой перегонке температура раствора увеличивается, пока он не достигнет точки кипения. В этот момент происходит переход между жидким и газообразным состояниями. Это наблюдается, когда при растворении начинается постоянное барботирование.

оборудование

Оборудование для проведения простой перегонки обычно состоит из зажигалки или нагревательного чехла (см. Изображение); круглая колба огнеупорное стекло с матовым стеклом ротами, чтобы разрешить соединение; и некоторые стеклянные шарики (некоторые используют деревянную палочку), чтобы уменьшить размер образовавшихся пузырьков.

Стеклянные шарики служат в качестве пузырьков, образующих сердцевины, которые позволяют жидкости кипеть медленно, предотвращая перегрев, что приводит к образованию неких гигантских пузырьков; способен даже выбросить массу жидкости из дистилляционного баллона.

В сочетании с устьем колбы, переходник огнеупорных трехгорлые стекол помещают, которые изготовлены из матового стекла. Горловина соединена с дистилляционной колбой, вторая горловина соединена с конденсатором, а третья горловина закрыта с помощью резиновой заглушки.

В изображении, сборке не хватает этого адаптера; и вместо этого через ту же резиновую пробку помещаются термометр и прямой соединитель с конденсатором.

конденсатор

Конденсатор представляет собой устройство, предназначенное для выполнения функции, указанной в его названии: для конденсации пара, который проходит через его внутреннюю часть. Его верхняя часть соединена с адаптером, а его нижняя часть соединена с шаром, где собираются продукты дистилляции..

В случае изображения они используют (хотя это не всегда правильно) градуированный цилиндр, чтобы сразу измерить дистиллированный объем.

Вода, которая циркулирует через внешнюю оболочку конденсатора, поступает в нее через свою нижнюю часть и уходит через верхнюю часть. Это гарантирует, что температура конденсатора будет достаточно низкой, чтобы обеспечить конденсацию паров, образующихся в дистилляционной колбе..

Все детали, из которых состоит дистилляционный аппарат, закреплены зажимами, соединенными с металлической опорой..

Объем раствора, подлежащего перегонке, помещают в круглую колбу с подходящей емкостью.

Соответствующие соединения выполняются с использованием графита или смазки, чтобы обеспечить эффективную герметизацию и запуск нагревания раствора. Одновременно начинается прохождение воды через конденсатор..

отопление

По мере нагревания дистилляционного баллона в термометре наблюдается повышение температуры до достижения точки, при которой температура остается постоянной. Это остается так, даже если нагревание продолжается; если вся летучая жидкость полностью не испарится.

Объяснение этого поведения состоит в том, что точка кипения нижнего кипящего компонента жидкой смеси была достигнута, в которой давление его пара равно внешнему давлению (760 мм рт. Ст.).

В этот момент вся тепловая энергия расходуется на переход из жидкого состояния в газообразное состояние, которое включает истечение силы межмолекулярного сцепления жидкости. Следовательно, подача тепла не приводит к повышению температуры..

Жидкий продукт перегонки собирается в колбах с соответствующей маркировкой, объемы которых будут зависеть от объема, первоначально помещенного в перегонную колбу..

примеров

Дистилляция воды и алкоголя

Существует 50% раствор спирт в воде. Зная, что температура кипения спирта составляет 78,4 ° С, а температура кипения воды составляет около 100 ° С, можно ли затем получить чистый спирт с простой стадией перегонки? Ответ нет.

При нагревании водно-спиртовой смеси температура кипения наиболее летучей жидкости первоначально достигается; в этом случае алкоголь. Образующийся пар будет иметь большую долю спирта, но также будет высокое присутствие воды в паре, так как точки кипения аналогичны..

Жидкость, собранная в результате дистилляции и конденсации, будет иметь процентное содержание спирта более 50%. Если эта жидкость подвергается последовательной дистилляции, может быть достигнут концентрированный спиртовой раствор; но не чистые, так как пары будут продолжать тянуть воду к определенной композиции, образуя так называемый азеотроп

Жидкий продукт сбраживания сахаров имеет процентное содержание спирта 10%. Эту концентрацию можно переносить при 50%, как в случае с виски, простой перегонкой..

Разделение жидкости и твердого вещества

Раствор соли в воде образован жидкостью, которая может улетучиваться, и нелетучим соединением с высокой температурой кипения: солью.

Когда раствор дистиллирован, чистая вода может быть получена в конденсационной жидкости. Между тем, в нижней части дистилляционной колбы соли будут осаждаться.

Алкоголь и глицерин

Он имеет смесь этилового спирта с температурой кипения 78,4 ° С и глицерина с температурой кипения 260 ° С. При простой перегонке образующийся пар будет иметь очень высокий процент спирта, близкий к 100%..

Таким образом, вы получите дистиллированную жидкость с процентным содержанием спирта, похожего на пар. Это происходит потому, что точки кипения жидкостей очень разные.

Источник

Перегонка. Дистилляция. Ректификация.

Перегонка (объединяющая дистилляцию и ректификацию)- процесс, включающий частичное испарение разделяемой смеси и последующую конденсацию образующихся паров, осуществляемое однократно или многократно.

Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре.

Будем рассматривать бинарные смеси.

Компонент, упругость пара которого выше, а температура кипения ниже, является летучим и называется низкокипящим компонентом- НК. А компонент с упругостью пара ниже, а температурой кипения выше называется труднолетучим или высококипящим – ВК.

Пример:

—

Жидкость, которая осталась после частичного испарения, называется остаток, а жидкость, которая получилась при конденсации пара, называется дистиллятом.

Существует два принципиально отличных вида перегонки:

1.Простая перегонка (или дистилляция)- процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров; применима только для разделения смесей, летучести компонентов, которой существенно разделены. Обычно используют для предварительного разделения смесей.

2.Ректификация- процесс разделения гомогенных смесей путем многократного ступенчатого или непрерывного тепломассообмена между неравновесными встречными потоками пара и жидкости, это процесс многократного частичного испарения жидкости и испарения паров.

Разделение обычно осуществляется в колонных аппаратах при многократном и непрерывном контакте фаз, сопровождающемся испарением НК и конденсацией ВК. При конденсации паров, отходящих из верхней части колонны образуется дистиллят (ректификат), часть которого в виде флегмы возвращается для орошения верхней части колонны. В нижней части колонны удаляется кубовый остаток – продукт, обогащенный ВК.

Классификация бинарных систем.

Бинарные смеси подразделяются на:

1. Смеси с неограниченной взаимной растворимостью:

а) идеальные (подчиняются закону Рауля)

2. Смеси взаимно нерастворимые.

3.Ограниченно растворимые друг в друге.

Бинарные смеси, неограниченно растворимые друг в друге:

вспомним правило фаз: С=К+2-Ф, где

С – число степеней свободы,

К – число компонентов, в нашем случае К=2 (бинарная система).

Поэтому бинарные смеси представляют в виде фазовых диаграмм:

2. При Р=const диаграмма температура состав жидкости, состав пара t –x,y

3.При Р=const диаграмма равновесия y-x

Идеальные смеси подчиняются закону Рауля: при постоянной температуре парциальное давление компонента (А) в паре ( ) прямопропорционально мольной доле этого компонента в жидкости. При этом коэффициент пропорциональности равен давлению насыщенного пара данного компонента при данной температуре.

— парциальное давление А и В

— упругость пара компонентов А и В (по таблице)

Запишите: Расчет ректификации ведется по НК компоненту и в мольных долях (в отличии от абсорбции, где концентрация в кмоль на кмоль)

x – содержание НК в жидкости

y- Содержание ВК в паре

Одновременно, согласно закону Дальтона: общее давление пара над раствором Р равно сумме парциальных давлений его компонентов:

т.е. парциальные давления компонентов изменяются по линейным законам и обладают свойством аддитивности и при постоянной температуре парциальные давления компонентов, а также общее давление паров над смесью находится в линейной зависимости от мольной доли низкокипящего компонента.

Эти уравнения можно выразить графически на Р-х диаграмме, на которой по оси абсцисс отложен состав жидкости х, а по оси ординат – давление пара Р. Уравнения изображаются прямыми линиями: парциальное давление НК- линией СВ, парциальное давление ВК- линией АD, полное общее давление – линией АВ. Отрезок DB равен упругости пара чистого НК, а АС- упругости пара чистого ВК. Описанное построение относится к некоторой постоянной температуре, следовательно, линии АD, СВ и АВ являются изотермами.

1.Строим диаграмму давление- состав жидкости Р-х при t=const.

DB и CA- упругость паров компонента А и В

При

При

АВ – общее давление Р.

Пользуясь диаграммой Р-х можно определить температуру кипения смеси различного состава.

Строят по значениям из справочников. Для этого надо построить ряд изотерм полного давления, соответствующих температурам . Далее проводят горизонтальную линию MN с ординатой, равной внешнему давлению.

MN-линия внешнего давдения

Определив температуры кипения и составы паров для смесей разного состава, можно построить t-x,y, и y-x диаграммы.

2. Диаграмма t-x,y (температура – состав жидкости – состав пара) при Р=const.

Построение этой диаграммы ведется на основании диаграммы давление – состав жидкости. Наносятся точки t кипения НК и ВК компонентов, жидкости смеси состава , затем точки с координатами и соединяются кривой. Нижняя кривая – это температура кипения жидкой смеси.

Надо построить линию пара.

Далее откладываем по оси абсцисс составы паров и соединяя точки получаем линию, называемую линией конденсации.

В соответствии с законом Дальтона парциальное давление данного компонента А пропорционально его мольной доле в паре , а так как по закону Рауля, то зависимость между составами равновесных фаз отсюда . Зная х, общее давление и давление насыщенного пара над чистой жидкостью, найдем , по .

Получим точки:

По этим координатам строим вторую кривую- линию конденсации.

а- чистая жидкость состава

с – температура пара состава

Что бы найти состав пара для какой – либо смеси, надо отложить на оси абсцисс состав этой смеси и из этой точки провести вертикаль до пересечения с линией кипения. Далее провести горизонталь до х с линией конденсации. Абсцисса последней точки пересечения выражает искомый состав пара.

3.Строим диаграмму равновесия y-x (состав пара – состав жидкости).

На фазовой диаграмме y-x наносится линия равновесия, выражающая в данном случае зависимость между равновесными составами (по НК) жидкой ( ) и паровой ( ) фаз.

Это уравнение параболы. Крайние точки кривой равновесия расположены в противоположных углах квадрата. В реальном случае эта кривая не парабола и имеет другую форму.

В практических расчетах, зная давление паров чистых компонентов определяют относительную летучесть , а далее уже можно построить кривую равновесия для идеальных смесей. Чем больше , тем более выпуклая кривая равновесия, тем легче разделить смесь. .

Источник

Перегонка

Жидкость закипает, когда давление ее насыщенного пара становится равным внешнему давлению. Температура кипения жидкости изменяется с изменением давления. При перегонке чистого индивидуального вещества температура кипения при определенном давлении постоянна, так как состав жидкости и образующегося пара одинаков. В случае перегонки смеси жидких веществ, компоненты которых смешиваются друг с другом в любом соотношении, состав пара и жидкости все время изменяется в результате обогащения газовой фазы более летучим компонентом.

Пар, обогащенный более летучим компонентом, конденсируется. В результате получается жидкость (дистиллят) с тем же составом, что и пар. При перегонке дистиллята вначале образуется пар, еще более обогащенный легкокипящим компонентом.

В результате подобной многократной перегонки можно практически разделить смесь на чистые компоненты. В этом заключается сущность метода разделения смеси жидких веществ путем дробной (фракционной) перегонки. Разделение смеси веществ методом дробной перегонки тем легче, чем больше разница между составом жидкости и составом пара. Однако методом дробной перегонки нельзя разделить азеотропные (нераздельно кипящие) смеси.

Перегонку можно проводить не только при атмосферном, но и при повышенном и уменьшенном давлении. Перегонка при уменьшенном давлении применяется для разделения компонентов высококипящих жидкостей, которые при температуре кипения под атмосферным давлением разлагаются или изменяются. Желаемая температура кипения достигается путем соответственного уменьшения остаточного давления.

Для очистки или разделения веществ, особенно термически малостойких, мало растворимых в воде, или легко отделяющихся от воды, часто используют перегонку с насыщенным или перегретым водяным паром.

Простая перегонка при атмосферном давлении

Простая перегонка сводится к частичному испарению кипящей жидкой смеси, полному отводу и конденсации образовавшихся при этом паров. Как правило, простую перегонку применяют для разделения термически устойчивых жидких веществ, сильно отличающихся по своим температурам кипения; для отделения жидкости от растворенных в ней твердых веществ; для концентрирования растворов; для очистки сжиженных газов и т. п.

Простейший прибор для перегонки при атмосферном давлении состоит из колбы Вюрца, к горлу которой припаяна трубка для отвода паров кипящей жидкости в холодильник, или из отдельной колбы, снабженной насадкой Вюрца, термометром, нисходящим холодильником, алонжем и приемником (рис. 156). В качестве перегонной колбы можно использовать круглодонную, остроконечную или грушевидную колбы. Колбу Вюрца или отдельную перегонную колбу выбирают такой вместимости, чтобы перегоняемая жидкость занимала не более 2/3 объема. Для перегонки высококипящих жидкостей следует пользоваться короткогорлыми колбами. Небольшие объемы жидкостей лучше перегонять из остроконечных колб, оттянутая форма которых позволяет вести отгонку до минимального остатка. Наиболее пригодна грушевидная форма перегонной колбы, обеспечивающая почти постоянную поверхность испарения при уменьшении содержимого колбы.

Стеклянную насадку Вюрца выбирают так, чтобы номер КШ керна соответствовал номеру КШ муфты перегонной колбы. Для конденсации пара применяют обычный нисходящий холодильник. Длина холодильника должна быть тем больше, чем ниже температура кипения жидкости.

Пары твердых при комнатной температуре веществ не должны охлаждаться в холодильнике до температуры затвердевания. Во избежание этого рекомендуется холодильник периодически прогревать теплой (горячей) водой.

При перегонке жидкостей, кипящих выше 150 °С, применяют только воздушные холодильники. Жидкости, кипящие в пределах 200-300 °С, перегоняют без холодильника, функцию которого в этом случае может выполнять отводная трубка насадки перегонной колбы (рис. 157).

При перегонке низкокипящих веществ приемную колбу помещают в ледяную или охладительную баню.

Перегонку веществ вредных для здоровья (сероуглерод, тионилхлорид и др.), следует выполнять в вытяжном шкафу.

Устанавливать термометр в горло перегонной колбы нужно так, чтобы ртутный шарик его находился не менее чем на 5 мм ниже нижнего края отверстия отводной трубки в шейке колбы Вюрца или дистилляционной насадки. В этом случае термометр хорошо омывается парами жидкости, что обеспечивает правильное измерение температуры кипения. На конце шарика термометра должна удерживаться капля конденсата; ее отсутствие указывает на то, что пар в колбе перегрет и, следовательно, регистрируемая температура не соответствует истинной температуре кипения.

В качестве приемника дистиллята может служить коническая склянка или круглодонная колба. Приемник присоединяют к холодильнику с помощью алонжа с отводной трубкой, служащей для отвода не сконденсировавшихся вредных или опасных паров газов в безопасное место или в промывную склянку с соответствующим поглотителем (нейтрализатором).

Если дистиллят чувствителен к влаге или диоксиду углерода, к отводной трубке алонжа присоединяют хлоркальциевую трубку, заполненную СаСl2, натронной известью или аскаритом. Если перегоняемое вещество чувствительно к кислороду, то перегонку ведут в токе сухого азота. При этом приемную колбу следует присоединять к поглотительной склянке, заполненной раствором, поглощающим кислород.

Когда установка собрана, в колбу вливают перегоняемую жидкость и для равномерного кипения вносят кусочки необожженного фарфора, кирпича, а также заплавленные с одной стороны стеклянные капилляры, которые помещают в колбу открытым концом к низу. Сильный перегрев может сопровождаться «взрывным» кипением, разбрызгиванием и перебрасыванием перегоняемой жидкости.

При длительном кипячении все количество адсорбированного «кипелкой» воздуха может оказаться израсходованным, и жидкость начинает кипеть неравномерно. Тогда необходимо повторно ввести «кипелки» (или капилляры), предварительно охладив жидкость ниже температуры кипения, иначе жидкость может внезапно бурно вскипеть.

Перегонную колбу нагревают газовой горелкой через асбестовую сетку, на закрытой электрической плитке или с помощью колбонагревателя, на водяной, воздушной, масляной или металлической бане. Нагревание на бане обеспечивает равномерность нагрева, предотвращает перегревы и связанные с ними нарушения процесса кипения. Температура бани не должна превышать температуру кипения перегоняемого вещества больше чем на 20-30 °С.

Нагревание проводят так, чтобы перегонка проходила не слишком быстро. При слишком интенсивном кипении в результате перегрева паров в колбе создается повышенное давление, и измеряемая температура не соответствует температуре кипения данной фракции при атмосферном давлении. Скорость перегонки считается нормальной, если из холодильника стекает 30-35 капель конденсата в минуту.

При перегонке индивидуальных веществ температура кипения постоянна в течение всего процесса, лишь к концу перегонки она может подняться на несколько градусов. Непрерывное повышение температуры кипения свидетельствует о том, что отгоняется смесь веществ.

Для увеличения эффективности разделения смеси, когда простая перегонка не позволяет добиться нужных результатов, пользуются перегонной колбой с дефлегматором. Дефлегматоры часто называют фракционирующими насадками; некоторые из них послужили прообразом современных ректификационных колонок.

Когда стекающий конденсат соприкасается с поднимающимися вверх парами кипящей жидкости, между ними происходит взаимодействие, приводящее к дополнительной конденсации менее летучего компонента и испарению легколетучего.

Для разделения смеси жидкостей, имеющих относительно близкие температуры кипения, обычные дефлегматоры практически малоэффективны. В практике для повышения эффективности простых и вакуумных перегонок используют дефлегматоры различных конструкций и колбы Фаворского и Арбузова (рис. 158).

При простой перегонке под атмосферным давлением боковая горловина колбы Фаворского служит для загрузки перегоняемой жидкости, выгрузки остатка от перегонки, внесения «кипелок», пропускания тока инертного газа и установки термометра. При вакуумной перегонке, чтобы предотвратить бурное вскипание жидкости, в боковую горловину вставляют капиллярную трубку для перемешивания жидкости пузырьками воздуха или инертного газа.

Колба Арбузова представляет собой перегонную колбу, спаянную с шариковым дефлегматором. На дно каждого шара такого дефлегматора помещен стеклянный шарик, что значительно повышает разделительную способность дефлегматора.

Дробная перегонка

Нередко дробную перегонку целесообразно проводить при уменьшенном давлении, особенно в тех случаях, когда компоненты смеси имеют близкие температуры кипения и относятся к разным классам соединений. Иногда различие в температурах кипения таких веществ в вакууме может быть значительно большим, чем при атмосферном давлении.

Ректификация в колонках

Разделение компонентов на колонке должно происходить в условиях адиабатического процесса. Тепловые потери приводят к нарушению состояния равновесия, при этом пар конденсируется вдоль стенок колонки. Разделение протекает тем полнее, чем больше поверхность соприкосновения между флегмой и паром.

Для увеличения поверхности соприкосновения пара и флегмы в лабораторных условиях применяют так называемые на садочные колонки, представляющие собой стеклянные или кварцевые трубки с насыпной насадкой из одиночных стеклянных или проволочных витков. Поверхность соприкосновения пара и жидкости в колонке велика, поэтому облегчается теплообмен и улучшается разделение компонентов.

Скорость установления равновесия фаз в колонке зависит от ее конструкции. За установлением равновесия в колонке обычно следят по показанию термометра. В момент заполнения колонки парами термометр показывает некоторую температуру, которая со временем понижается до определенного уровня. Достижение этого уровня означает, что установилось равновесие, т. е. пары максимально для данной колонки обогатились наиболее летучим компонентом.

Конденсация паров, прошедших через ректификационную колонку, и разделение конденсата на флегмовую жидкость, стекающую обратно из колонки в перегонную колбу, и отбираемые порции дистиллята, происходят в головке колонки. Если в головке задерживается только часть паров, конденсат которых идет на орошение колонки, а другая часть паров конденсируется в холодильнике и отбирается в виде фракции дистиллята, то такие головки называют головками частичной конденсации. В лабораторных колонках аналитического и препаративного назначения преимущественно применяются головки полной конденсации, в которых конденсируются все пары, а конденсат специальным устройством разделяется на флегмовую жидкость и дистиллят.

Во время перегонки одного компонента температура кипения держится постоянной, затем скачкообразно повышается вследствие появления в дистилляте другого компонента и опять держится на постоянном уровне, соответствующем температуре кипения этого компонента. Во время «скачка» температуры получаются различные количества промежуточных фракций. Колонка считается тем эффективней, чем меньше количество промежуточных фракций.

Рабочая мощность колонки оценивается количеством паров и жидкостей, проходящих противотоком через колонку, не вызывая ее «захлебывания», т. е. заполнения центральной трубки избытком флегмы. Каждая колонка имеет некоторую оптимальную скорость перегонки, при которой она работает наиболее эффективно. При выборе колонки следует учитывать также и то, что часть конденсата расходуется на орошение внутреннего пространства колонки. Эта неиспользованная часть продукта не отбирается в виде дистиллята. Количество перегоняемой жидкости должно быть по меньшей мере в 20 раз больше количества конденсата, орошающего колонку.

В лабораторной практике пользуются разнообразными типами перегонных колонок. Во многих лабораториях особенно широко используются колонки с насыпной насадкой из одиночных витков стеклянной спирали или обрезков металлической проволочной спирали. Один из вариантов подобных стеклянных колонок представлен на рис. 159.

Стеклянные детали для сборки лабораторных колонок точной ректификации при атмосферном и пониженном давлении с высотой ректифицирующей части 400 и 1100 мм выпускаются серийно. Общая длина центральной трубки с головкой полной конденсации 840 и 1620 мм. Объем перегоняемой жидкости 10-50 и 50-500 мл. Соединение деталей установки выполнено на нормальных взаимозаменяемых шлифах. Общий вид колонок, собранных из стеклянных деталей, представлен на рис. 160.

В соответствии с конструкцией применяемой колонки в значительной степени меняется и техника перегонки. Однако имеются общие операции проведения перегонки на насадочных колонках, краткое описание которых приводим ниже.

Когда из стеклянных деталей собрана колонка (согласно прилагаемой инструкции), ее следует промыть и просушить. Для этого в колбу для перегонки помещают этиловый спирт, нагревают колбу при закрытом кране для отбора проб дистиллята и одновременно пускают воду, охлаждающую головку колонки. Затем устанавливают такой режим обогрева, чтобы число капель, падающих в колонку из головки в единицу времени, было в 2-2,5 раза меньше, чем число капель, падающих из колонки в колбу, а температура рубашки была на 5-10 °С ниже температуры кипения спирта. При этом колонка «захлебывается». В результате этого из насадки вытесняется воздух и вся она смачивается флегмой. Уменьшая нагрев перегонной колбы, дают стечь избытку флегмы в течение 15-20 мин, после чего, сохраняя установленный обогрев колонки, усиливают нагрев колбы, пока в головке вновь не соберется столб жидкости. Целесообразно держать колонку в состоянии «захлебывания» 5-10 мин и чтобы объем жидкости над насадкой составлял 10-25% объема насадки. «Захлебывание» повторяют 2-3 раза, затем устанавливают режим разгонки и заставляют колонку работать 30-60 мин при полном орошений, отбирают несколько раз по 0,5-1,0 мл дистиллята, чтобы промыть кран и отводные трубки, после чего выключают нагрев колбы. Когда вся флегма стечет из колонки, колбу отсоединяют, прокачивают через колонку сухой воздух с помощью водоструйного насоса, присоединяемого к отводной трубке головки, из которой на это время выпускают воду. После выполнения описанных операций колонка готова к работе.

Перегонную колбу предпочтительнее всего нагревать на жидкостной бане с регулируемым обогревом. Включив нагрев перегонной колбы, устанавливают режим обогрева колонки, как было описано выше, и 2 раза дают колонке «захлебнуться». После этого устанавливают требуемый режим обогрева колбы и рубашки. При полном орошении колонку выдерживают около 1 ч для того, чтобы установилось равновесие фаз. Далее опытным путем устанавливают оптимальный режим работы колонки.

При работе с колонками, у которых отсутствует обогрев, режим работы определяется только скоростью испарения жидкости.

Отбор дистиллята можно проводить непрерывно и периодически. При непрерывном отборе слегка открывают кран для отбора дистиллята у головки полной конденсации так, чтобы установить заранее заданное флегмовое число (1:10, 1:20, 1:30).

Температуру измеряют при каждом отборе дистиллята.

Если в приемнике собирается индивидуальное вещество, признаком чего служит постоянство температуры паров в головке в течение некоторого времени, величину флегмового числа можно уменьшить, увеличивая скорость отбора дистиллята. При переходе от фракции к фракции флегмовое число вновь увеличивают, уменьшая скорость отбора дистиллята. Это называется «отжимом фракции».

При периодическом отборе дистиллята на 1-5 с полностью открывают кран для отбора дистиллята, спускают небольшое количество последнего в приемник и закрывают кран. Так как при этом удаляется часть легколетучего компонента, то равновесие в колонке нарушается, и температура пара в головке начинает увеличиваться. Когда кран вновь закрывают, в колонке постепенно устанавливается состояние равновесия, и температура пара при этом понижается. Когда температура установится, вновь отбирают пробу дистиллята. Температуру и объем дистиллята отсчитывают непосредственно в момент отбора очередной порции дистиллята.

При ректификации в вакууме головку колонки снабжают вакуум-приемником.

Перегонка в вакууме

Некоторые вещества не могут быть перегнаны при атмосферном давлении ввиду частичного или полного разложения их при температуре кипения. Такие вещества можно перегнать при условии, если давление в перегонной колбе будет понижено настолько, чтобы температура кипения вещества оказалась ниже температуры его разложения. Например, вещества, кипящие с разложением при 350 °С и 101 кПа (760 мм рт. ст.), можно перегнать без разложения при 160-210 °С и 1,33 кПа (10 мм рт. ст.) или при 100-130 °С и 1,33 Па (0,01 мм рт. ст.).

При вакуумной перегонке вещества в меньшей степени подвержены действию кислорода. В ряде случаев, как было указано выше, вакуумная перегонка способствует разделению азеотропных смесей.

Прибор для перегонки в вакууме (рис. 161) состоит из перегонной колбы, приспособления для ее нагрева, термометра, холодильника, приемника конденсата или приспособления для смены приемников, источника вакуума и приспособления для измерения и регулирования давления.

В качестве перегонной колбы могут быть использованы колбы Кляйзена, Фаворского и Арбузова, а также круглодонные или остродонные колбы на шлифах с дистилляционной насадкой или холодильником Кляйзена.

Форма и вместимость перегонной колбы определяются объемом и температурными пределами кипения перегоняемой жидкости. Объем последней не должен превышать 1/2 объема колбы. Высококипящие жидкости следует перегонять из колб с низкоприпаянной и широкой боковой отводной трубкой.

В центральное горло колбы Кляйзена или дистилляционной насадки Кляйзена для предупреждения «взрывного» вскипания вставляют тонкооттянутый стеклянный капилляр, доходящий почти до дна колбы. О пригодности капилляра судят, продувая через него воздух в пробирку с диэтиловым эфиром. Хороший, капилляр даже при небольшом избыточном давлении пропускает лишь мелкие отдельные пузырьки, образующие в жидкости тонкую цепочку. После подключения прибора к вакуум-насосу через жидкость должны проходить очень мелкие пузырьки газа (воздуха), обеспечивающие перемешивание перегоняемой жидкости и равномерность кипения.

В боковое горло перегонной колбы или насадки помещают термометр.

В случае пользования колбой Кляйзена без шлифов капилляр и термометр вставляют через кусочки резиновой вакуумной трубки, обеспечивающие должную герметичность.

Значительные трудности возникают при перегонке в вакууме пенящихся жидкостей. Чтобы избежать переброса жидкости, рекомендуется заполнять боковое горло колбы или насадки отрезками стеклянных трубок, стеклянной ватой или же вставлять вместо термометра второй стеклянный капилляр. Пенящиеся жидкости перегоняют при незначительном заполнении перегонной колбы. Пенообразование часто вызывается примесями, содержащимися в перегоняемой жидкости; при повторной перегонке пена, как правило, не образуется.

Чтобы собирать несколько фракций дистиллята отдельно, не отключая вакуум, пользуются различными устройствами. К наиболее простым из них относится алонж «паук». Отводы «паука» соединяют с приемниками, объем которых соизмеряют с ожидаемым объемом фракции. В качестве приемников применяют круглодонные или остродонные колбочки или пробирки со шлифами; шлифы смазывают чистым касторовым маслом или глицерином. Смазка обеспечивает хорошее скольжение и предотвращает заклинивание шлифов.

Устройство, позволяющее менять любое число приемников во время перегонки, представлено на рис. 162. Пользование подобным приемником для сбора низкокипящих жидкостей исключает возможность контакта паров фракций дистиллята, находящихся в отдельных приемниках, и тем самым предотвращает взаимное загрязнение фракций.

Применение для создания вакуума водоструйного насоса не требует дополнительных приспособлений для поглощения паров перегоняемой жидкости; нужно только предохранять приемник и перегонную колбу от попадания воды, для этого между насосом и прибором перегонки помещают предохранительную склянку. Если используют масляный вакуумный насос, то между перегонным прибором и насосом должна находиться поглотительная или вымораживающая система.

Вакуумная перегонка взрывоопасна. Мелкие осколки стекла, образующиеся при взрыве вакуумированного сосуда, представляют большую опасность, особенно для глаз. Поэтому при проведении работ под вакуумом необходимо надевать защитные очки или пользоваться защитной маской.

Перед началом вакуумной перегонки следует проверить герметичность системы при минимальном давлении без применения нагрева.

Запрещается создавать вакуум в перегонной колбе, наполненной горячей жидкостью. После отгонки растворителя при атмосферном давлении следует сначала охладить содержимое колбы, а затем включить вакуум-насос.

Стеклянные сосуды, например вакуум-эксикаторы, в которых создано уменьшенное давление, должны быть закрыты чехлом или обернуты легкой прочной тканью, чтобы предотвратить разлетание осколков (при взрыве сосуда). Переносить вакуумированные сосуды с места на место не рекомендуется.

При окончании вакуумной перегонки нефтепродуктов включать насос и сообщать систему с воздухом следует, если температура нефтепродукта не менее чем на 50 °С ниже температуры его самовоспламенения.

Перегонка с водяным паром

Перегонку с водяным паром применяют для выделения, очистки и разделения веществ, мало растворимых в воде и обладающих достаточным давлением паров при температуре кипения воды. Если вещества нерастворимы в воде, давление паров смеси равно сумме парциальных давлений паров каждого из компонентов. Вследствие этого температура кипения вещества при перегонке с водой всегда ниже температуры кипения воды при данном давлении. Поэтому перегонка с водяным паром позволяет отгонять вещества, которые при обычной перегонке в той или иной степени разлагаются.

Перегонку с водяным паром можно проводить как при атмосферном давлении, так и в вакууме. Подводимый водяной пар должен быть насыщен или перегрет. Перегретый водяной пар позволяет отгонять вещества с довольно низким давлением паров. Для перегревания водяного пара пользуются пароперегревателями. Они обычно представляют собой металлическую или стеклянную спираль, нагреваемую газовыми горелками или нагревательными банями, в которой насыщенный водяной пар превращается в перегретый.

Перегонка с водяным паром производится на установке, представленной на рис. 163. Колбу располагают наклонно, чтобы летящие вверх брызги не попадали в отводящую пары трубку.

Пар, поступающий из паровика, очень влажен, и перегонная колба может быстро заполниться водой, поэтому между паровиком и перегонной колбой устанавливают водоотделитель.

Для перегонки с водяным паром в вакууме в качестве парообразователя используют перегонную колбу, присоединяя ее к вакуумной линии. Тонкий капилляр, помещенный в колбу, позволяет регулировать расход водяного пара.

В процессе перегонки с водяным паром перегонную колбу следует подогревать, а горло колбы теплоизолировать асбестовым шнуром. Если из холодильника начнут выходить не сконденсировавшиеся пары дистиллята, нужно уменьшить подачу пара или увеличить подачу охлаждающей воды в холодильник.

При перегонке твердые вещества часто затвердевают в холодильнике. Кристаллы целесообразно расплавить в процессе перегонки, прекращая временно подачу охлаждающей воды в холодильник. Если температура плавления твердого вещества выше температуры пара, то по окончании перегонки это вещество выталкивают из холодильника длинной стеклянной палочкой или извлекают подходящим растворителем, из которого оно хорошо кристаллизуется.

При перегонке с водяным паром иногда образуются устойчивые эмульсии. В этом случае перегнанный продукт может быть выделен выслаиванием или экстрагированием органическим растворителем.

О конце перегонки веществ, нерастворимых в воде, судят по отгону прозрачной воды, не содержащей маслянистых примесей. При перегонке веществ, растворимых в воде, о ходе перегонки судят по физическим, химическим или другим свойствам дистиллята.

Источник