减压蒸馏原理及操作步骤

2024-08-20 理论教育版权反馈

【摘要】：实验九减压蒸馏（一）实验目的1.学习减压蒸馏的原理。（二）实验原理减压蒸馏是分离和提纯有机化合物的一种重要方法，它特别适用于那些在常压蒸馏时未达沸点即已受热分解、氧化或聚合的物质。这种在较低压力下进行蒸馏的操作称为减压蒸馏。整套仪器必须装配紧密，所有接头需用密封剂加以密封，防止漏气，这是保证减压蒸馏顺利进行的先决条件。实验室通常采用水银压力计来测量减压系统的压力。

实验九　减压蒸馏

（一）实验目的

1.学习减压蒸馏的原理。

2.掌握减压蒸馏的装置及操作。

（二）实验原理

减压蒸馏是分离和提纯有机化合物的一种重要方法，它特别适用于那些在常压蒸馏时未达沸点即已受热分解、氧化或聚合的物质。

液体的沸点是指它的蒸气压等于外界大气压时的温度，所以液体沸腾的温度是随外界压力的降低而降低的。如果用真空泵连接盛有液体的容器，使液体表面上的压力降低，即可降低液体的沸点。这种在较低压力下进行蒸馏的操作称为减压蒸馏。

减压蒸馏时因物质的沸点与压力有关，故在进行减压蒸馏之前，应先查阅待蒸馏液体在所选择的压力下相应的沸点。当压力降到2.67kPa（20mmHg）时，大多数有机化合物的沸点都比常压下的沸点低100℃～120℃左右。如苯甲醛101.3kPa（760mmHg）时沸点为178℃，当压力降至2.67kPa时，相应的沸点为75℃。因此，当要进行减压蒸馏时，预先粗略地估计出相应的沸点，对具体操作和选择合适的温度计与热浴都有一定的参考价值。

给定压力下的沸点还可以近似地从下列公式求出：

p为蒸气压,T为沸点（绝对温度），A、B为常数。如以lgp为纵坐标，1/T为横坐标作图，可以近似地得到一直线。因此可以从两组已知的压力和温度算出A和B的数值。再将所选择的压力代入上式算出液体的沸点。但实际上许多物质沸点的变化不能完全如此，这是由物质的物理性质（主要是分子在液体中缔合程度）所决定的。因此在实际减压蒸馏中,还可以参考图2-15，找出该物质在此压力下的沸点（近似值）。如二乙基丙二酸二乙酯常压下沸点为218℃～220℃,欲减压至2.67kPa（20mmHg），它的沸点应是多少摄氏度？我们可以先在（图2-15）中间的直线上找出相当于218℃～220℃的点，将此点与右边直线上2.67kPa（20mmHg）处的点连成一直线，延长此直线与左边的直线相交，交点所示的温度就是2.67kPa（20mmHg）时二乙基丙二酸二乙酯的沸点，约为105℃～110℃。

图2-15　液体在常压下的沸点与减压下的沸点近似关系图

表2-1列出了一些有机化合物在常压与不同压力下的沸点。从中可以看出,当压力降低到2.67kPa（20mmHg）时，大多数有机物的沸点比常压0.1MPa（760mmHg）的沸点低100℃～120℃左右；当减压蒸馏在1.33kPa～3.33kPa（10～25mmHg）之间进行时，大体上压力每相差0.133kPa（1mmHg），沸点约相差1℃。

表2-1　某些机化合物在常压和不同压力下的沸点（℃）

（二）实验操作

1.减压蒸馏的装置

常用的减压蒸馏系统可分为蒸馏、抽气（减压）、安全系统和测压装置部分，如图2-16，图2-17。整套仪器必须装配紧密，所有接头需用密封剂加以密封，防止漏气，这是保证减压蒸馏顺利进行的先决条件。

图2-16　常用减压蒸馏装置

A.减压蒸馏瓶；B.真空接液管；C.毛细管；

D.螺旋夹；E.安全瓶；G.二通活塞

图2-17　常用减压蒸馏装置

A.减压蒸馏瓶；B.真空接液管；C.毛细管；

D.螺旋夹；E.安全瓶；F.压力计；G.二通活塞

（1）蒸馏部分(www.chuimin.cn)

减压蒸馏瓶［又称克氏（Claisen）蒸馏瓶］，为了防止减压蒸馏时瓶内液体由于沸腾而冲入冷凝管，在磨口仪器中用克氏蒸馏头配圆底烧瓶，瓶的一颈中插入温度计；另一颈中插入一根毛细管。其长度恰好使其下端距瓶底1mm～2mm。毛细管上端连有一段带螺旋夹的橡胶管。螺旋夹用以调节进入空气的量，使有极少量的空气进入液体，呈微小气泡冒出，作为液体沸腾的气化中心，使蒸馏平稳进行。接收器可用蒸馏瓶或抽滤瓶代替，注意切不可用平底烧瓶或锥形瓶。蒸馏时若要收集不同的馏分而又不中断蒸馏，则可选用两尾或多尾接液管，将多尾接液管与圆底烧瓶连接起来。转动多尾接液管，就可以使不同的馏分进入指定的接收器中。

根据蒸出液体的沸点不同，选择适当的热浴和冷凝管。如果蒸馏的液体量不多且沸点很高，或是低熔点的固体，也可以不用冷凝管，而将克氏瓶的支管通过接液管直接插入接收瓶的球形部分中。蒸馏沸点较高的物质时，最好用石棉绳或石棉布包裹蒸馏瓶的两颈，以减少散热。热浴的温度一般控制在比液体的沸点高20℃～30℃左右。

（2）减压部分

实验室通常用水泵或油泵进行减压操作。

水泵：水泵所能达到的最低压力为当时室温下的水蒸气压力。例如在水温为6℃～8℃时，水蒸气压力为0.93kPa～1.07kPa；在夏天，若水温为30℃，则水蒸气压力为4.2kPa左右。用水循环泵代替简单的水泵，方便、实用、节水。

油泵：好的油泵能抽至真空度为133.3Pa，一般使用油泵时，系统的压力常控制在0.67kPa～1.33kPa之间，因为在沸腾液体表面上要获得0.67kPa以下的压力比较困难。这是由于蒸气从瓶内的蒸发面逸出而经过瓶颈和支管（内径为45mm）时，需要有0.13kPa～1.07kPa的压力差，如果要获得较低的压力，可选用短颈和支管粗的克氏蒸馏瓶。

（3）测压及保护装置

当用油泵进行减压时，为了防止易挥发的有机溶剂、酸性物质和水气进入油泵，必须在接收器和油泵之间顺次安装冷却阱和几种吸收塔，以免污染油泵用油，腐蚀机件致使真空度降低。冷却阱的构造如图2-16所示，将它置于盛有冷却剂的广口保温瓶中，冷却剂的选择随需要而定，可选择冰-水、冰-盐、冰、干冰与丙酮等。干冰与丙酮浴能使温度降至-78℃。吸收塔（又称干燥塔）图2-16依次为无水CaCl₂（或硅胶）吸收塔、NaOH吸收塔和石蜡片吸收塔。

实验室通常采用水银压力计来测量减压系统的压力。图2-17中使用的是开口式水银压力计，两臂汞柱高度之差，即为大气压力与系统中压力之差。因此蒸馏系统内的实际压力（真空度）应是大气压力减去这一压力差。其优点是测压较准确，装水银也较容易，缺点是比较笨重，读数方式比较麻烦。封闭式水银压力计（图2-16），两臂液面高度之差即为蒸馏系统中的真空度。测定压力时，可将管后木座上的滑动标尺的零点调整到右臂的汞柱顶端线上，这时左臂的汞柱顶端线所指示的刻度即为系统的真空度。其优点是比较轻巧，读数方便，比较安全，缺点是较麻烦，如果汞内混有少许空气，则导致读数不够准确，需用开口式来校正。

2.减压蒸馏操作

将待蒸馏液体装入克氏蒸馏烧瓶中，不得超过蒸馏瓶容积的1/2。按图2-16或图2-17所示安装好仪器。

仪器安装好后，须先检查系统是否漏气，方法是：旋紧毛细管上的螺旋夹D，将安全瓶上的安全阀G打开，然后开泵抽气（如用水泵，这时应开至最大流量）。再逐渐关闭安全阀G，从压力计F上观察系统所能达到的真空度。如果是因为漏气（而不是因水泵、油泵本身效率的限制）而不能达到所需的真空度，可检查各部分塞子和橡皮管的连接是否紧密等。必要时可用熔融的固体石蜡密封（密封应在解除真空后才能进行）。如果超过所需的真空度，可小心的旋转活塞G，慢慢地引进少量空气，以调节到所需的真空度。调节螺旋夹D，使液体中有连续平稳的小气泡通过（如无气泡可能因毛细管已阻塞,应予更换）。开启冷凝水，选用合适的热浴加热蒸馏。加热时，克氏瓶的圆球部位至少应有2/3浸入浴液中。在浴液中放一温度计，控制浴温比待蒸馏液体的沸点约高20℃～30℃，使每秒钟馏出1～2滴，在整个蒸馏过程中都要注意瓶颈上的温度计和压力的读数。经常注意蒸馏情况和记录压力、沸点等数据变化。纯物质的沸点范围一般不超过1℃～2℃。

蒸馏完毕和蒸馏过程中需要中断时（例如调换毛细管、接收瓶一样），须停止加热，撤去热浴，打开毛细管上的螺旋夹，稍冷后再慢慢打开安全瓶上的安全阀，使系统内、外压力平衡后方可关闭油泵或水泵。否则，由于系统的压力较低，油泵中的油或水泵中的水有吸人吸滤瓶或吸收塔的可能。此外，还应注意压力计的玻璃管不要被冲破。

注意事项

1.在减压蒸馏装置中，从克氏蒸馏头直插蒸馏瓶底的是末端如细针般的毛细管，它起到引入气化中心的作用，使蒸馏平稳。在减压蒸馏中加入沸石一般对防止暴沸是无效的。蒸馏时，为了控制毛细管的进气量，可在露于瓶外的毛细玻璃管上套一段乳胶管，并夹一螺旋夹，最好在橡皮管中插入一段细铁丝，以免因螺旋夹夹紧后不通气，或夹不紧进气量过大。

2.减压蒸馏时，可用水浴、油浴、空气浴等方法进行均匀加热。一般浴温要高出待蒸馏物在减压时的沸点30℃左右。

3.在使用水泵时应特别注意因水压突然降低而使水泵不能维持已经达到的真空度，蒸馏系统中的真空度比此时水泵所产生的真空度高，因此，水会流入蒸馏系统玷污产品。为了防止这种情况，须在水泵和蒸馏系统间安装安全瓶。

（三）思考与讨论

1.具有什么性质的化合物需用减压蒸馏进行提纯？

2.在减压蒸馏的操作中，为什么必须先抽真空后加热？

3.当减压蒸馏完所要的化合物后，应如何停止减压蒸馏？为什么？

减压蒸馏原理及操作步骤

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