ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дробная перегонка из "Техника лабораторной работы в органической химии" Вопросы, связанные с точностью показаний термометров, их проверкой и установлением поправок, освещаются в гл. I (стр. 26). [c.155] Дробная перегонка служит для разделения однородной смеси жидкостей, кипящих при различной температуре и не образующих друг с другом постоянно кипящих смесей. В основе всякой дробной перегонки лежит закон фазового равновесия в системе жидкость—пар, открытый Д. П. Коноваловым пар обогащен тем компонентом, прибавление которого к жидкости понижает ее температуру кипения . [c.155] А—низкокипящий компо неит В—высоко-кипящий компонент. [c.155] В первом случае поступают следующим образом. Смесь перегоняют, собирая несколько фракций либо в заранее намеченных температурных интервалах, либо в температурных интервалах, определяемых изменениями скорости перегонки. Затем подвергают перегонке первую фракцию, от которой в свою очередь отгоняют одну или две фракции перегонку ведут до тех пор, пока температура паров не достигнет верхнего предела, наблюдавшегося при первоначальной перегонке этой фракции. К остатку прибавляют вторую фракцию и продолжают перегонку таким образом до конца. Так повторяют несколько раз, собирая фракции в первоначальных температурных интервалах или же сужая пределы кипения основных фракций. [c.156] Для увеличения эффективности разделения смеси и, следовательно, для уменьшения числа перегонок следует пользоваться дефлегматорами. Сущность действия дефлегматоров состоит в том, что вследствие охлаждения происходит частичная конденсация пара и температура его понижается. Как видно из рис. 91, при понижении температуры пара от до содержание низкокипящего компонента возрастает от Mi до М . При этом из составу конденсата, или так называемой флегмы, происходит частичное удаление высококипящего компонента, конденсирующегося в жидкость, стекающую обратно в колбу. [c.156] В лабораториях применяют дефлегматоры самых различных конструкций. Некоторые из них изображены на рис. 92. [c.156] Следует помнить, что дефлегматорами можно пользоваться лишь при многократной дробной перегонке. Для ректификации смеси относительно близко кипящих жидкостей эти приборы практически непригодны ввиду их весьма незначительной эффективности. [c.156] Часто применяемые в лабораториях шариковые дефлегматоры (рис. 92, а и б) наименее эффективны если же на дно каждого шарика такого дефлегматора не помещать ни металлической сетки, ни стеклянного шарика, то эффективность их становится такой же малой, как у пустой цилиндрической стеклянной трубки. [c.156] Из других типов дефлегматоров без насадки более эффективны дефлегматоры Арбузова (рис. 92,5) и Гана (рис. 92, е) в последнем охлаждающей поверхностью является поверхность внутренней трубки, содержащей жидкость, кипящую при температуре. [c.156] Нередко дробную перегонку лучше проводить при уменьшенном давлении, особенно в тех случаях, когда компоненты смеси имеют близкие температуры кипения, но относятся к разным группам органических соединений, например к спиртам и углеводородам. Различие в температурах кипения таких веш,еств в вакууме может быть значительно большим, чем при атмосферном давлении, и разделение такой смеси будет соответственно легче. [c.157] Другой тип дробной перегонки, ректификация, преследует цель объединить в одном приборе (ректификационной колонке) в одну операцию сто. 1ько отдельных процессов перегонки, сколько необходимо для полного разделения смеси. Другими словами, в ректификационной колонке должен быть создан последовательный ряд фазовых равновесий между стекающей обратно флегмой и поднимающимся вверх паром в условиях известного температурного градиента по всей длине колонки. При этом высококипящий компонент будет все время частично конденсироваться из паровой фазы, а низкокипящий будет частично испаряться из флегмы. [c.157] При полной конденсации пара и отсутствии отбора дистиллята в колонке через некоторое время устанавливается, равновесие, характеризующееся одинаковым составом пара и флегмы на каждом сечении колонки. В результате пар (или флегма), находящийся в верхней части колонки, будет в максимальной степени, в зависимости от эффективности прибора, обогащен низкокипящим компонентом, а жидкость в кубе будет в максимальной степени обогащена высококипящим компонентом. [c.158] Обычная лабораторная колонка, схематически изображенная на рис. 93, состоит из длинной стеклянной трубки, наполненной насадкой 1 и снабженной каким-либо термоизолирующим устройством 2. К верхней части колонки присоединен конденсатор 4, устройство которого позволяет частично или полностью конденсировать проходящие через колонку пары и отбирать при помощи крана любое количество дистиллята. [c.158] Сравнительную эффективность ректификационных колонок удобнее всего оценивать числом теоретических тарелок (ч. т. т.). Этот термин был предложен на основе представления, что в идеальной тарельчатой колонке на каждой тарелке устанавливается полное фазовое равновесие между обоими компонентами смеси в системе пар—жидкость. Поэтому под одной теоретической тарелкой подразумевается такая часть колонки, в которой пар, проходящий вверх через ее верхнюю границу, находится в состоянии фазового равновесия с флегмой, стекающей вниз через ее нижнюю границу. [c.158] Колонки одинаковой высоты могут иметь для одной и той же смеси различное ч. т. т. в зависимости от конструкции колонки, характера насадки и режима работы. Поэтому другой величиной, характеризующей эффективность ректификационных колонок, яв-ляется высота, эквивалентная одной теоретической тарелке (в. э. т. т.), которая получается делением высоты данной колонки на ч.т.т. Однако следует иметь в виду, что увеличение высоты насадки не приводит к пропорциональному увеличению ч. т. т., так как в. э. т. т. при этом несколько возрастает. Таким образом, при простом удлинении колонки определенного типа наряду с улучшением ее абсолютной эффективности (ч. т. т.) имеет место ухудшение относительной эффективности (в. э. т. т.). Лучшие современные лабораторные ректификационные колонки имеют в. э. т. т. около 1 см. [c.159] Ниже приведены требования, предъявляемые к конструкции колонки и режиму ректификации. Соблюдение этих требований необходимо для правильной и эффективной работы ректификационной колонки. [c.159] Термоизоляция. Колонка должна быть снабжена термоизоляцией, обеспечивающей максимальное приближение к адиаба-тическим условиям. В процессе достижения равновесного состояния в колонке обмен компонентами смеси между паром и флегмой, т. е. одновременное и примерно эквимолекулярное испарение из флегмы низкокипящей жидкости и конденсация находящейся в парах высококипящей жидкости, происходит только за счет температурного градиента по всей высоте колонки. При всяком значительном отклонении от адиабатических условий, а именно при перегревании или охлаждении стенок колонки, правильная работа ректификационной колонки будет нарушена и эффективность ее может быть снижена в несколько раз. Главным образом по этой причине обычные лабораторные дефлегматоры, не имеющие изоляции, весьма мало пригодны для однократного разделения жидких смесей. Наиболее эффективные из них (например, типа елочного дефлегматора или дефлегматора Арбузова) имеют в. э. т. т. в среднем 10—25 см. [c.159] Однако такую конструкцию все же нельзя считать удачной. Важнейший недостаток колонки Видмера заключается в том, что внутренняя трубка с насадкой обогревается паром, имеющим более высокую температуру, вследствие чего происходит перегрев центральной ректифицирующей части колонки. Следует помнить, что перегревание стенок колонки, вызывающее резкое уменьшение количества флегмы, оказывает гораздо более вредное влияние на процесс ректификации, чем некоторое охлаждение. Кроме того, в средней трубке колонки Видмера обе фазы движутся в одном направлении и, следовательно, нарушается принцип противотока, необходимый для правильной работы колонки. В результате по своим разделяющим свойствам колонка Видмера не превосходит обычного елочного дефлегматора. [c.160] Изоляцию ректификационных колонок осуществляют различными способами. Примете-ние эвакуированной и посеребренной изнутри муфты целесообразно, но наиболее эффективна такая изоляция при низкой температуре, например при разгонке смесей, кипящих ниже 0° С. Обычно колонку изолируют асбестом, пробковой крошкой, магнезиальной массой и т. п., но так как при этом все же происходит некоторая потеря тепла вследствие излучения, то лучше всего сочетать изоляцию с внешним обогревом. Спираль электрообогрева желательно расчленить на несколько секций с самостоятельным регулированием каждой из них так, чтобы различию температур на разных сечениях колонки соответствовало последовательное изменение интенсивности обогрева по всей высоте изоляции. Во избежание весьма нежелательного перегрева стенок колонки в изоляции следует поддерживать температуру на 2—5° С ниже, чем внутри колонки. При этом в результате частичной потери тепла количество флегмы, возвращающейся в перегонный сосуд из колонки, должно быть в 1,2— 1,8 раза больше количества флегмы, стекающей из конденсатора, находящегося в верхней части колонки. Было показано, что перегрев изоляции на 20° С при ректификации веществ с температурой кипения порядка 180° С приводил к снижению эффективности колонки с 90 до 20 ч. т. т. [c.160] Известны конденсаторы с частичной конденсацией паров (дефлегматоры), при применении которых часть паров не сжижается, а проходит через конденсатор и поступает в нисходящий холодильник для образования дистиллята. Для частичной конденсации необходимо тщательно поддерживать определенную температуру жидкости, проходящей через муфту конденсатора, что может быть достигнуто при помощи различных терморегулирующих приспособлений. [c.161] Вернуться к основной статье