Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

ПЕРЕГОНКА ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ И В ВАКУУМЕ




Простая перегонка применяется для жидкостей, кипящих в интервале 40-150°С, так как при низких температурах возникают определенные затруднения с обеспечением полноты конденсации паров, а выше 150 °С многие соединения заметно разлагаются. Высококипящие жидкости перегоняют под уменьшенным давлением –  в вакууме, создаваемым водоструйным (8-15 мм рт.ст.) или ротационным масляным (1-0.01 мм рт.ст.) насосом.

Прибор для перегонки под обычным давлением изображен на рис. 25.

 

Рисунок 25 –Установки для перегонки при атмосферном давлении

 

Он состоит из круглодонной колбы, насадки Вюрца или Клайзена с термометром, прямого холодильника, аллонжа и приемника. В качестве приемника при такой перегонке допускается использование плоскодонных колб. Нагревание осуществляют с помощью нагревательной бани или горелки (для высококипящих соединений). Перед перегонкой для обеспечения равномерного кипения в жидкость помещают запаянные с одного конца стеклянные капилляры или несколько кусочков пористого фарфора. Следует обращать внимание на то, чтобы шарик термометра полностью омывался парами, т. е. находиться несколько ниже отводной трубки насадки. Количество жидкости в перегонной колбе не должно превышать половины общего объема колбы. На рис. 26 изображен подобный прибор для проведения реакций с одновременным добавлением одного из реагентов и отгонкой образующегося продукта.

 

Рисунок 26 – Установка для проведения реакций с одновременным добавлением одного из реагентов и отгонкой образующегося продукта

При перегонке в вакууме используют аналогичные приборы (рис. 27).

 

 

 

Рисунок 27 – Установка для перегонки при пониженном давлении

 

При этом  вместо круглодонной колбы с насадкой (как на рисунке) предпочтительнее использовать колбу Клайзена или Фаворского. Это обусловлено тем, что при нагревании смазка шлифа между колбой и насадкой становится жидкой, течет –  через шлифы начинает проникать воздух, и давление в приборе растет (а кипение вещества, соответственно, прекращается). Это является одной из причин удобства использования колб для перегонки, в которых отсутствует шлифованный переход между колбой и холодильником.

В нижний шлиф перегонной колбы обычно вставляется капилляр –  тонкая стеклянная трубка, с одного конца оттянутая практически до толщины волоса, с другого –  имеющая оливку для одевания резинового шланга или кран (капилляр оттягивают на стеклодувной горелке непосредственно перед перегонкой). Колба для перегонки либо уже имеет холодильник, либо холодильник присоединяют к ней. На выходе холодильника одевается насадка – «паук», обеспечивающая отбор в приемники кипящих при разных температурах фракций без снятия вакуума. Такая насадка обеспечивает отбор 3-5 фракций. При вакуумной перегонке категорически запрещается использовать в качестве приемников плоскодонные колбы! Рекомендуемый объем колбы для вакуумной перегонки –  вдвое больше объема перегоняемой жидкости.

ВНИМАНИЕ! Для измерения давления при вакуумной перегонке обычно используют ртутные манометры. Эти приборы изготовлены из стекла, и при неправильном обращении могут быть легко разбиты, что приведет к разливу ртути.

 

При вакуумной перегонке необходимо соблюдать следующие правила:

 

- перед перегонкой обязательно одевают защитные очки или маску;

- вначале полностью собирают прибор, присоединяют манометр, вакуумные шланги и шланги для воды.

- затем включают насос, закрывают кран, соединяющий манометр с атмосферой, и через некоторое время открывают кран вакуумметра;

- через 1-2 минуты манометр должен показать давление, приблизительно соответствующее давлению насыщенного пара воды при температуре водопровода (10-26 мм рт.ст.);

- скорость перегонки поддерживают на уровне 1-2 капель дистиллята в секунду;

- по окончании перегонки сначала следует закрыть кран вакуумметра, затем прекратить нагревание, дать прибору остыть и снять вакуум;

- снятие вакуума производят либо открыванием крана, соединяющего вакууметр с атмосферой, либо путем отключения от прибора вакуумного шланга, либо аккуратным извлечением термометра. Ни в коем случае не отключайте для этого водоструйный насос; неизбежное а последнем случае засасывание воды в прибор приведет к попаданию ее в приемники с веществом, в вакуумметр (откуда ее непросто извлечь) и, при попадании в недостаточно остывшую перегонную колбу, к ее взрыву;

- все операции, связанные с вакуумированием прибора, проведением перегонки и снятием вакуума разрешается проводить только после осмотра прибора преподавателем и под его наблюдением.

РЕКТИФИКАЦИЯ

Ректификация – это способ разделения или очистки жидкостей с достаточно близкими температурами кипения путем перегонки с применением специальных колонок, в которых поднимающиеся пары взаимодействуют со стекающей навстречу им жидкостью (флегмой), образующейся в результате частичной кон­денсации паров. В результате многократного повторения процессов испарения и конденсации пары обогащаются легкокипящим компонентом, а высококипящий компонент стекает вместе с флегмой в перегонную колбу.

На эффективных колонках, используемых в промышленности или в научных исследованиях, можно разделить жидкости, отли­чающиеся по температуре кипения менее чем на 1 °С. Обычные лабораторные колонки позволяют разделять жидкости с разницей температур кипения не менее 10 °С.

Ректификационная колонка должна быть термоизолирована, чтобы происходящие в ней процессы протекали в условиях, макси­мально приближенных к адиабатическим. При значительном внеш­нем охлаждении или перегревании стенок колонки правильная ее работа невозможна.

Чтобы обеспечить тесное соприкосновение паров с жидкостью, ректификационные колонки заполняют насадкой. В качестве наса­док используют стеклянные бусы, стеклянные или фарфоровые кольца, короткие обрезки стеклянных трубок или проволоки из нержавеющей стали, стеклянные спирали. Применяются ректифика­ционные колонки и с елочной наколкой типа «звезда». В промышленных ректификационных колоннах насадки, как правило, не используют, так как они сильно снижают её производительность (пропускную способность). С этой целью применяют так называемые «тарельчатые» колонны, в которых внутренняя часть перегорожена «тарелками» – перегородками с отверстиями.

Эффективность работы колонки зависит от количества флегмы, поступающей на орошение. Для получения достаточного количест­ва флегмы ректификационная колонка должна быть соединена с кон­денсатором. Роль конденсатора с частичной конденсацией паров может выполнять обычный дефлегматор. Широкое применение получили конденсаторы, в которых проис­ходит полная конденсация всех паров, прошедших через колонку. Такие конденсаторы снабжены краном для отбора дистиллята. Схема лабораторной ректификационной установки, снабженной таким конденсатором, изображена
на рис. 28. С помощью крана 7 можно регулиро­вать соотношение между количеством флег­мы и конденсата.

Ректификацию можно вести как при ат­мосферном давлении, так и в вакууме.

1 – перегонная колба; 2 – карпилляр; 3 – колонка; 4 – изоляция; 5 – термометр;

6 – головка полной конденсации; 7 – кран регулирования флегмы; 8 – приёмник

Рисунок 28 – Установка для ректификации


ПЕРЕГОНКА С ВОДЯНЫМ ПАРОМ

Перегонка с водяным паром –  один из распространенных методов выделения и очистки органических веществ. Этот метод широко используется не только в лабораторной практике, но и в промышленности. Перегонка с паром применяется к веществам, которые практически не смешиваются и не взаимодействуют с водой.

Перегонку с паром используют:

- для выделения из смесей и очистки веществ, которые кипят при очень высокой температуре или вообще не перегоняются без разложения;

- для очистки веществ, загрязненных большим количеством смолистых нелетучих примесей;

- для отделения нелетучих с паром твердых веществ от высококипящих растворителей (характерный пример – как нитробензол с температурой кипения 210°С, который нереально удалить упариванием, можно легко отогнать с водяным паром при 99°С).

- для выделения мало растворимых в воде веществ, имеющих при температуре около 100°С заметное давление пара.

Перегонка с паром основана на тех же физико-химических принципах, что и простая перегонка. С повышением температуры давление паров воды и не смешивающегося с нею вещества возрастают практически независимо одно от другого. Кипение начинается, когда сумма парциальных давлений насыщенного пара компонентов будет равна атмосферному давлению –  иными словами, точка кипения смеси воды и летучего вещества обычно ниже 100°С (не следует забывать о том, что водные растворы нелетучих веществ всегда кипят выше, чем чистая вода). В процессе перегонки в холодильнике будут одновременно конденсироваться пары воды и перегоняемого вещества.

 

Рисунок 29 – Установка для перегонки с водяным паром

Перегонку с водяным паром проводят в приборе, состоящем из парообразователя, перегонной колбы, холодильника и приемника (рис. 29). Парообразователь представляет

собой металлический сосуд (его можно заменить обычной круглодонной колбой емкостью 1,5– 2 л), имеющий предохранительную и водомерную трубки. Предохранительная трубка доходит почти до дна парообразователя и предохраняет систему от резкого повышения давления, вызванного сильным нагреванием –  это повышение компенсируется поднятием воды по предохранительной трубке. Водомерная трубка показывает уровень воды в парообразователе.

Парообразователь соединен с перегонной колбой при помощи резиновой трубки. В качестве перегонной можно применять колбу Вюрца или обычную круглодонную трёхгорлую колбу. Трубка, по которой пар вводится в колбу, должна доходить почти до самого дна. Необходимо не допускать переброса перегоняемой жидкости в приемник. Для этого колба должна иметь длинное горло, чтобы брызги не попадали в пароотводную трубку, соединенную с холодильником. Колбу наполняют жидкостью не более чем на 1/3 ее объема. Между парообразователем и колбой помещают стеклянный тройник. Его боковой отросток снабжен краном или резиновой трубкой с зажимом. Этот тройник выполняет роль водоотделителя (в начале перегонки конденсируется некоторое количество воды, которую необходимо слить) и, что важно: перед прекращением нагревания парообразователя кран или зажим тройника открывают, т.к. в противном случае жидкость из перегонной колбы будет переброшена в парообразователь.

Перегонку с водяным паром ведут следующим образом: парообразователь заполняют водой приблизительно на 2/3 его объема и нагревают до температуры кипения. Одновременно нагревают перегонную колбу. Все это время тройник открыт. Когда вода в парообразователе закипит, закрывают тройник и начинают перегонку. Образующиеся пары конденсируются в холодильнике и поступают в приемник в виде эмульсии. Если вещество осаждается в холодильнике в виде кристаллов, то на короткое время выпускают охлаждающую воду, и пары вещества, идущие из колбы, расплавляют кристаллы. При этом нужно следить, чтобы не сконденсировавшийся пар не увлек с собой перегоняемое вещество. Впускание холодной воды в холодильник следует производить с осторожностью. Перегонку ведут до тех пор, пока из холодильника не начнет вытекать чистая вода. После окончания перегонки сначала открывают тройник, а затем отключают электронагреватель.

Дистиллят разделяют с помощью делительной воронки, водную фазу при необходимости экстрагируют подходящим растворителем, который затем упаривают.

4.4 РАБОТА С РАСТВОРАМИ ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЧЕСКИХ
РАСТВОРИТЕЛЯХ: СУШКА И УПАРИВАНИЕ

Под высушиванием жидкостей обычно понимают удаление растворенной и эмульгированной воды. Для этого обычно используют твердые неорганические осушители, стараясь использовать не более чем требуемые их количества, чтобы избежать потерь целевого соединения в результате адсорбции. Если органическая фаза содержит большие количества воды, процедуру проводят в несколько приемов: встряхивают с небольшим количеством осушителя; отделяют декантацией от образовавшегося водного слоя и повторяют процедуру до тех пор пока осушитель не станет рассыпчатым. Наиболее часто используемыми осушителями являются:

- безводный хлористый кальций (CaCl2) –  дешевый широко применяемый осушитель, эффективно поглощающий воду. Ограничения –  гранулированный CaCl2 поглощает ее медленно; кроме того, CaCl2 склонен к образованию более или менее прочных комплексов с различными органическими соединениями (спиртами, фенолами, аминами, аминокислотами, производными карбоновых кислот, некоторыми кетонами и альдегидами). Весьма эффективен порошок CaCl2, особенно для сушки углеводородов и галогенидов;

- безводный сернокислый натрий (Na2SO4) –  дешевый нейтральный осушитель, который применяется для предварительного удаления больших количеств воды. Действует достаточно быстро, однако устойчивость гидратного комплекса Na2SO4 относительно невелика, и в органической фазе остается некоторое количество несвязанной воды;

- безводный сернокислый магний –  является одним из лучших нейтральных осушающих агентов, обладающий большой скоростью поглощения воды и хорошей поглотительной способностью; применяется для высушивания широкого круга соединений;

- едкий натр (NaOH) и едкое кали (KOH) – эффективные осушители, быстро связывающие воду (особенно в виде порошка), однако их использование ограничено. В основном применяются для сушки аминов и простых эфиров;

- фосфорный ангидрид (P2O5), обычно используемый в эксикаторах, может быть использован и для глубокой сушки органических соединений, в основном – галогеноуглеводородов. Однако отделение от P2O5 обязательно включает перегонку.

Эффективность использования осушителя многократно увеличивается, если сушку проводить при перемешивании (на магнитной мешалке). Полученную смесь отделяют от осушителя фильтрованием или декантацией, получая раствор продукта в легкокипящем растворителе. Последний, очевидно, необходимо отогнать. В качестве нагревателя используется водяная или паровая баня (причины –  безопасность, невозможность перегрева и термического разложения вещества). В конце отгонки растворителя при атмосферном давлении температура кипения раствора закономерно возрастает, в результате даже легкокипящие растворители (спирт, бензол, эфир) на водяной бане удаляются не полностью. Для их удаления применяют легкий вакуум и по мере уменьшения количества растворителя в растворе вакуум постепенно увеличивают, чтобы добиться необходимой скорости испарения.

Полезным приемом, обеспечивающим практически полное удаление следов воды из упаренного вещества, является прибавление к этому остатку небольшого количества бензола и упаривание полученного раствора. Бензол образует с водой азеотропную смесь, кипящую ниже чистого бензола –  в результате вода из препарата удаляется.










Последнее изменение этой страницы: 2018-06-01; просмотров: 1091.

stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда...