简单分馏，利用常压蒸馏分离液体混合物

2024-08-20 理论教育版权反馈

【摘要】：实验七简单分馏利用常压蒸馏可以分离两种或两种以上沸点相差较大的液体混合物，而对于沸点相差较小或沸点接近的液体混合物的分离和提纯则要采用分馏的办法。利用分馏柱将几种沸点相近的液体混合物进行分离的方法称为分馏，它在化学工业和实验室中被广泛应用，现在最精密的分馏设备已能将沸点相差仅1℃～2℃的混合物分开。（二）实验操作1.简单分馏柱分馏柱的种类很多，图2-11只是其中的两种，实验室中常用的是韦氏分馏柱。

实验七　简单分馏

利用常压蒸馏可以分离两种或两种以上沸点相差较大的液体混合物，而对于沸点相差较小或沸点接近的液体混合物的分离和提纯则要采用分馏的办法。利用分馏柱将几种沸点相近的液体混合物进行分离的方法称为分馏，它在化学工业和实验室中被广泛应用，现在最精密的分馏设备已能将沸点相差仅1℃～2℃的混合物分开。

（一）实验原理

如果将几种沸点不同而又可以完全互溶的液体混合物加热，当其总蒸气压等于外界压力时，就开始沸腾气化，此时，蒸气中易挥发液体的成分较在原混合液中多。若该气体凝结成液体,其中有较多的低沸点成分，根据这一现象可以把液体混合物中的各组分分离开。

为了简化，仅讨论混合物是二组分理想溶液的情况。所谓的理想溶液是指在这种溶液中，相同分子间的相互作用与不同分子间的相互作用是一样的，也就是各组分在混合时无热效应产生，体积没有改变。只有理想溶液才遵守拉乌尔（Raoult）定律，这时，溶液中每一组分的蒸气压等于此纯物质的蒸气压和它在溶液中的摩尔分数的乘积，即

P_A、P_B分别为溶液中A和B组分的分压。分别为纯A和纯B的蒸气压，x_A和x_B分别为A和B在溶液中的摩尔分数。

根据道尔顿分压定律，气相中每一组分的蒸气压和它的摩尔分数成正比。因此，在气相中各组分蒸气的成分为：

由上式推知，组分B在气相和溶液中的相对浓度为：

因为在溶液中x_A+x_B＝1，所以，若，则x/x＝1，表明这时液相的成分和_BB气相的成分完全相同，这样的A和B就不能用蒸馏〈或分馏〉来分离。如果：则x_B/x_B＞1，表明沸点较低的B在气相中的浓度在液相中为大（在时，也可作类似的讨论）。在将此蒸气冷凝后得到的液体中，B的组分比在原来的液体中多（这种气体冷凝的过程就相当于蒸馏的过程）。如果将得到的液体再进行气化，

它蒸气经冷凝得到的液体中，易挥发的组分又将增加。如此多次重复，最终就能将这两个组分分开（凡形成共沸点混合物者不在此列）。分馏的基本原理与蒸馏相似，不同的是在装置中将蒸馏头换成了分馏柱。液体在分馏柱中进行多次的气化和冷凝,也即相当于多次蒸馏。当沸腾的混合液体的蒸气进入分馏柱时,蒸气和分馏柱之间进行着一系列的热交换。由于柱外空气的冷却,混合物蒸气中部分较高沸点的组分被冷凝为液体而流回烧瓶中,在继续上升的蒸气中较低沸点的组分的含量就相对增加。冷凝液在向下流动的途中又与上升的蒸气相遇，二者之间又进行热交换，使上升的蒸气中高沸点的组分又被冷凝下来，而低沸点的组分又继续上升。这样，在分馏柱中反复地进行着气化、冷凝、回流等程序。当分馏柱的效率足够高并操作正确时，在分馏柱上部溢出的蒸气就接近于完全是低沸点的组分，烧瓶中高沸点的组分也逐渐增加，由此而达到分离的目的。

（二）实验操作

1.简单分馏柱

分馏柱的种类很多，图2-11只是其中的两种，实验室中常用的是韦氏分馏柱（Vigreux Column）。它是一支带有数组向心刺的玻璃管，每组有三根刺，各组间呈螺旋状排列。其优点是不需要填料，分馏过程中液体极少在柱内滞留，缺点是较同样长度的填充柱分馏效率低，适合于分离少量且沸点差距较大的液体。若欲分离沸点相距很近的液体化合物，则必须使用精密分馏装置。

分馏过程中，应防止回流液体在柱内聚集，否则会减少液体和上升蒸气的接触面，或者上升蒸气会把液体冲入冷凝管中造成“液泛”，达不到分馏的目的。为了避免这种情况，通常在分馏柱外包扎石棉绳、石棉布等绝热物以保持柱内温度，提高分馏效率。(www.chuimin.cn)

图2-11　简单分馏柱

2.简单分馏装置及操作

图2-12为简单分馏装置。其安装操作与蒸馏类似，自下而上，先夹住蒸馏瓶，再装上韦氏分馏柱和蒸馏头。调节夹子使分馏柱垂直，装上冷凝管并在指定的位置夹好夹子，夹子一般不宜夹得太紧，以免应力过大造成仪器破损。连接接液管并用橡皮筋固定，再将接收瓶与接液管用橡皮筋固定，但切记不可用橡皮筋支持太重的质量。比如大的接收瓶，或要在蒸馏过程中接收较多馏出液的小接收瓶，最好在接收瓶底垫上用铁圈支持的石棉网，以免发生意外。

图2-12　简单分馏装置图

将待分馏的混合物倒入烧瓶中，其体积以不超过烧瓶容量的1/2为宜，加入几粒沸石。为了减少柱内热量的散发，分馏柱外围可用石棉绳包裹起来。操作时宜选用合适的浴液加热，液体沸腾后要注意调节浴温，使蒸气慢慢升入分馏柱，约10min～15min后蒸气到达柱顶（可用手摸柱壁,如若烫手表示蒸气已达该处）。当有馏出液滴出后，调节浴温使馏出液体的速度控制在2～3秒1滴，这样可以得到较好的分馏效果。待低沸点组分蒸完后，再渐渐升高温度。当第二个组分蒸出时，会使沸点迅速上升。

注意事项

1.分馏柱柱高是影响分馏效率的重要因素之一。一般来讲，分馏柱越高，上升蒸气与冷凝液之间的交换次数就越多，分离效果就越好。但是，如果分馏柱过高，则会影响馏出速度。

2.分馏柱内的填充物也是影响分馏效率的一个因素。填充物在柱中起到增加蒸气与回流液接触的作用，填充物的比表面积越大，越有利于提高分离效率。不过，需要指出的是，填充物之间要保持一定的空隙，否则会导致蒸馏的困难。

3.在分馏过程中，要注意调节加热温度，使馏出速度适中。如果馏出速度太快，就会产生液泛现象，即回流液来不及流回至烧瓶，并逐渐在分馏柱中形成液柱。若出现这种现象，应停止加热，待液柱消失后重新加热，使气液达到平衡，再恢复收集馏分。

（三）思考与讨论

1.若加热太快，馏出液每秒钟的滴数超过一般要求量，用分馏方法分离两种液体的能力会显著下降，为什么?

2.在分离两种沸点相近的液体时，为什么装有填料的分馏柱比不装填料的效率高?

简单分馏，利用常压蒸馏分离液体混合物

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