Для чего нужна перегонная колба
Простая перегонка
Простая перегонка — один из вариантов 
дистилляции. Физико-химический процесс испарения перегоняемой жидкости с дальнейшим охлаждением и конденсацией паров в приемнике.
Кроме простой перегонки существуют:
Устройство для простой перегонки
Прибор для простой дистилляции состоит из устройства для нагрева, колбы-реактора или перегонного куба, нисходящего холодильника и колбы-приемника. Дополнительно обычно используются насадки с боковым, направленным вниз отводом, например, насадка Вюрца, термометр, алонж, баня.
Реакционную колбу берут круглодонную, в ней жидкость прогревается равномернее. Размер подбирают с таким расчетом, чтобы перегоняемая жидкость занимала от половины до двух третей объема сосуда. Кроме круглодонных колб часто используют плоскодонные колбы Эрленмейера, особенно если для нагрева берут не баню, а спиртовку, горелку или электроплитку.
Холодильник устанавливают под наклоном сверху вниз, от насадки к алонжу. Обычно используют холодильник Либиха:
Насадка нужна для соединения колбы-реактора с холодильником. Вместо насадки и реакционной колбы можно использовать колбу Вюрца или фракционную колбу с отводом для соединения с холодильником. Алонж — для соединения холодильника с сосудом-приемником. В качестве устройства для нагрева может быть использована газовая горелка, спиртовка, лабораторная плитка, магнитная мешалка с нагревом, баня с электрическим нагревом.
Баня может быть водяной, масляной, реже песочной. С помощью бани легче контролировать равномерность прогрева перегоняемой жидкости и ее температуру.
Термометр устанавливают в верхней части насадки Вюрца, для измерения температуры паров. Резервуар с термометрической жидкостью должен полностью омываться перегоняемыми парами, он должен быть расположен чуть ниже отвода к холодильнику. Часто термометр применяют и для контроля температуры жидкости в бане.
Если перегоняемая жидкость при кипении склонна к образованию брызг, то перед холодильником устанавливают каплеуловитель.
Аппарат для дистилляции закрепляют с помощью штативов (один штатив для колбы-реактора, второй — для холодильника) таким образом, чтобы перегонный куб был приподнят над поверхностью стола. Это делается для того, чтобы можно было быстро остановить перегонку, просто опустив баню, не трогая весь аппарат.
Приемный сосуд тоже устанавливают на подставку, чтобы можно было легко поменять сосуд при его заполнении.
Существуют и другие варианты установок для простой дистилляции. Например, холодильник может быть расположен не под наклоном, а вертикально вниз. При такой компановке аппарат занимает меньше места, можно обойтись одним штативом, возможно использование гораздо более эффективных шариковых или змеевиковых конденсаторов.
Процесс перегонки
Аппарат для перегонки собирают, проверяют надежность всех креплений и соединений.
С помощью воронки через верхнее отверстие насадки (вынув термометр) вливают перегоняемую жидкость в колбу-реактор. Туда же, в колбу опускают «кипелки» — центры кипения; это могут быть кусочки фарфора, кирпича, цеолита, запаянные капилляры. На «кипелках» образуются пузырьки воздуха, они обеспечивают равномерный прогрев жидкости и равномерное кипение.
В рубашку конденсатора пускают воду для охлаждения и только после этого начинают нагрев бани и сосуда реактора. Жидкость в бане нагревают примерно на 20-30 ° выше, чем температура кипения перегоняемой смеси.
Перегонку проводят до тех пор, пока в колбе не останется совсем мало жидкости. Полностью отгонять всю жидкость не следует.
Применение
Обычно простая перегонка используется в тех случаях, когда нужно очистить перегоняемый раствор от мало- и нелетучих примесей, например, получить дистиллированную воду без растворенных в ней солей. Или самогон, очищенный от сивушных масел. Простую перегонку применяют и в тех случаях, когда трудно избавиться от твердых примесей методом фильтрования.
Посуда специального назначения (1 2 3 4)
Круглодонные колбы (рис.55) изготовляют из обыкновенного и из специального (например, иенского) стекла. Все, что сказано об обращении с плоскодонными колбами, относится и к круглодонным; их применяют при многих работах. Некоторые круглодонные колбы имеют короткое, но широкое горло.
Для нагревания круглодонных колб на голом пламени применяют асбестированные сетки с полушаровидным углублением.
Круглодонные колбы, так же как и плоскодонные, бывают самой разнообразной емкости; со шлифом на горле и без него.
Круглодонные колбы удобно ставить в подставки из дерева, имеющие углубление (рис. 56). Применяют также подставки в виде колец разного диаметра, изготовленные из различных материалов, например из резины, резиновых трубок и др.
Колбы Кьельдаля имеют грушевидную форму и удлиненное горло (рис. 57), их применяют для определения азота по Кьельдалю; емкость их обычно от 300 до 800 мл. Такие колбы изготовляют из тугоплавкого и термостойкого стекла типа пирекс.
Колбы для дистилляции. Для перегонки жидкостей применяют специальные колбы, например колбы Вюрца, Клайзена, Арбузова и другие.
Наиболее распространены колбы Вюрца (рис. 58) емкостью от 50 мл до 1—2 л; они представляют собой круглодонные колбы с длинным горлом, от которого отходит под углом длинная узкая отводная трубка.
Рис.55 Круглодонные колбы.
Рис.56 Подставлка для круглодонных колб.
Рис. 57. Колба Кьельдаля и установка для нагревания таких колб.
Эта трубка может быть расположена на различном расстоянии от шара колбы. Колбы Вюрца, имеющие пароотводную трубку, расположенную близко к шару, предназначены для перегонки веществ с низкой температурой кипения. Колбы с пароотводной трубкой, расположенной на середине горла, применяются для перегонки веществ со средней температурой кипения. Высококипя-щие жидкости перегоняют в колбах Вюрца, пароотводная трубка которых расположена ближе к открытому концу горла.
При работе в горло колбы Вюрца плотно вставляют корковую или резиновую пробку с термометром, а боковую трубку присоединяют на пробке или шлифе к холодильнику. Термометр устанавливают так, чтобы его
Рис. 58. Колбы Вюрца.
чтобы резервуар не касался стенок шейки и был посредине ее против отверстия отводной трубки. Пробки на боковую трубку надевают так, чтобы конец трубки, который будет вставлен в холодильник, входил в него не менее чем на 4—5 см.
Когда колба подготовлена, ее укрепляют в лапке на штативе, помещают на баню или на асбестированную сетку и затем присоединяют к ней холодильник. Перед началом работы пробку с термометром вынимают, в горло вставляют воронку с концом такой длины, чтобы он был ниже уровня отводной трубки, и в колбу наливают жидкость, которую нужно перегнать. Когда жидкость заполнит шар колбы максимум на 3/4, последнюю закрывают пробкой с термометром, проверяют еще раз весь прибор и приступают к перегонке.
Колбы с саблеобразной отводной трубкой (рис. 59) применяют для перегонки или сублимации веществ с высокой точкой затвердевания. Они имеют широкую саблеобразную отводную трубку, которая служит как воздушч. ный холодильник и одновременно как приемник. Наибо* лее употребительны колбы емкостью 50, 100 или 250 мл.
Колба Клайзена (рис. 60) отличается от колбы Вюрца тем, что ее горло имеет две шейки, причем одна снабжена отводной трубкой коленчатой формы. Иногда шейки бывают с одним или несколькими шаровидными расширениями. Колбы Клайзена применяют для перегонки жидкостей под уменьшенным давлением.
Верхняя часть обеих шеек колбы Клайзена несколько оттянута, и поместить в нее термометр на пробке, как. в колбу Вюрца, нельзя. Термометр в шейке колбы Клайзена закрепляют при помощи отрезка эластичной резиновой трубки длиной около 3 см. Трубку надевают на ту шейку колбы, у которой имеется отводная трубка, причем резиновая трубка должна выступать над шейкой на 1—1,5 см, и вставляют термометр диаметром чуть меньше диаметра шейки колбы. Положение резервуара термометра должно быть такое же, как и в колбе Вюрца.
Рис. 59. Колба с саблеобразной отводной трубкой.
Рис. 60. Колба Клайзена.
В другую шейку совершенно аналогично вставляют стеклянную трубку, конец которой, находящийся внутри колбы, вытянут в капилляр. Капилляр должен находиться на расстоянии 2—3 мм от дна колбы. На наружную часть этой трубки надевают резиновую трубку, снабженную винтовым зажимом. В резиновую трубку рекомендуется вставить отрезок тонкой проволоки, чтобы в месте сдавливания трубки зажимом резина не слипалась. Такое приспособление дает возможность создавать канал с очень малым сечением для регулирования поступления воздуха в колбу.
Вводить в колбу воздух при вакуум-перегонке необходимо для того, чтобы предотвратить или смягчить толчки и удары, которые наблюдаются при перегонке жидкостей под вакуумом. Однако следует помнить, что при пропускании струи воздуха температура кипения будет ниже истинной. В этом легко убедиться, если начать пропускать воздух очень интенсивно. Поэтому для поддержания температуры кипения близкой к истинной струя воздуха не должна быть сильной. Достаточно, если воздух будет проходить маленькими пузырьками по одному пузырьку в секунду.
Отводную трубку соединяют с холодильником при помощи резиновой пробки.
Колба Арбузова (рис. 61)— это усовершенствованная колба Клайзена. Такие колбы обладают большой
Рис. 61. Колба Арбузова. Рис. 62. Аллонж.
дефлегмационной способностью. При работе с колбой Арбузова исключается возможность попадания жидкости из колбы в приемник, так как оба горла колбы соединены между собой и в случае внезапного вскипания жидкость попадает в расширенную часть и стекает обратно в колбу. Колбы Арбузова обычно бывают емкостью от 20 до 1000 мл.
Аллонжи — стеклянные изогнутые трубки (рис. 62). Аллонжи применяют при перегонке для соединения, холодильника с приемником и при других работах.
К широкому концу аллонжа вначале подбирают пробку, в которой просверливают отверстие для фор-штоса холодильника; Форштос холодильника должен входить в аллонж на 3—4 см. Узкий конец аллонжа опускают в приемник.
Эксикаторы — приборы, применяемые для медленного высушивания и для сохранения веществ, легко поглощающих влагу из воздуха. Эксикаторы закрывают стеклянными крышками, края которых притерты к верхней части цилиндра. Различают два основных типа эксикаторов: обыкновенные (рис.63) и вакуум-экс и* каторы (рис. 64). Последние имеют отверстие, в ко*, торое на резиновой пробке вставляют трубку с краном или же в крышке имеется тубус с притертой пробкой, к которой припаяна стеклянная трубка с краном; это дает возможность соединять эксикатор с вакуум-насосом и, создавая внутри эксикатора уменьшенное давление, ве-сти высушивание под вакуумом (рис. 65). Между ваку-ум-эксикатором / и вакуум-насосом обычно помещают манометр 2 и предохранительную склянку 3.
Некоторые вакуум-эксикаторы (см. рис. 64) имеют приспособление для обогрева при помощи электричества, В таком эксикаторе возможно вести высушивание в вакууме при подогреве. Впускать воздух в вакуум-эксикатор нужно очень осторой(но, так как струя врывающегося воздуха может разбросать высушиваемое вещество. Поэтому впускной кран нужно поворачивать очень медленно и поднимать крышку только через несколько минут пс(сле того, как впускной кран будет приоткрыт.
Рис. 64, Вакуум-эксикаторы.
стеклом (кроме тех случаев, когда в эксикатор ставят горячие тигли). Класть стекло нужно на пробки, чтобы не изолировать цилиндрическую часть эксикатора от конусообразной.При работе с эксикатором необходимо следить, чтобы притертые части всегда были слегка смазаны вазелином или другой смазкой. Эксикаторы очень часто приходится переносить с места на место, и при этом нередки случаи, когда крышка соскальзывает и разбивается. Поэтому при переноске эксикатора обязательно нужно придерживать крышку (рис. 67).
Рис. 65. Схема соединения вакуум-эксикатора с вакуум-насосом:
1 — вакуум-эксикатор; 2 — манометр; 3 — предохранительная склянка.
* Рис. 66. Фарфоровые вкладки для эксикаторов.
Если в эксикатор ставят горячие тигли, то вследствие нагревания воздуха крышка иногда приподнимается, при этом она может соскользнуть и разбиться. Поэтому, поместив горячий тигель в эксикатор и накрыв его крышкой, ее некоторое время притирают, т. е. двигают вправо и влево. При остывании тигля внутри эксикатора создается небольшой вакуум и крышка держится очень плотно. Чтобы открыть эксикатор, нужно не поднимать крышку, а сначала сдвинуть ее в сторону, после чего она легко снимается (рис.- 68).
Для того чтобы облегчить снимание крышки с вакуум-эксикатора, рекомендуется помещать полиэтиленовую прокладку между фланцами крышки и эксикатора. Прокладка приклеивается к фланцу эксикатора вакуумной смазкой. Смазывать крышку не следует. В эксикаторе с такой прокладкой вакуум удерживается до 3 дней.
Рис. 67. Положение рук при переноске эксикатора.
Рис. 68. Открывание эксикатора.
В качестве водопоглощающих средств для снаряжения эксикаторов применяют различные поглотители.
Посуда специального назначения (1 2 3 4)
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.