Главная | Обратная связь

Перегонка под вакуумом

 

Перегонку под вакуумом применяют, если вещество разлагается при температуре кипения при атмосферном давлении. Температура кипения при атмосферном давлении очень высока, компоненты разделяемой смеси имеют при атмосферном давлении очень близкие температуры кипения, а при сильно уменьшенном давлении (1-10 мм рт.ст.; 1-0,1 мм рт.ст.; 0,1-0,001 мм рт.ст.) различие в температурах кипения становится значительным, значит, увеличивается и их разделение.

Для перегонки под вакуумом применяется колба Кляйзена вместо колбы Вюрца, а вместо обычного аллонжа применяют аллонж с отводом, к которому присоединяется шланг вакуумного насоса (рис. 5).

Вместо колбы Кляйзена применяют круглодонные, грушевидные или остродонные колбы (рис. 50), снабженные насадкой Кляйзена (рис. 38).

Перегонка под вакуумом относится к очень опасным операциям и требует особой предосторожности.

При получении небольшого количества вещества для определения его температуры кипения можно применить разнообразные модификации метода Сиволобова, например определение температуры кипения по ГОСТ 18995.6 «Продукты химические органические. Методы определения температуры кипения».

 

Рис. 5. Прибор для перегонки в вакууме:

1 – колба Кляйзена; 2 – термометр; 3 – капилляр; 4 – баня; 5 – холодильник; 6 – аллонж; 7 – приемник; 8 – манометр; 9 – тройник; 10 – предохранительная склянка; 11 – штатив; 12 – горелка

 

 

Холодильники

Холодильники (рис. 6) служат для охлаждения газов, конденсации паров веществ в процессе синтеза или очистки (перегонка, получение горячих насыщенных растворов веществ при перекристаллизации, экстракции и т.д.).

По способу охлаждения паров веществ холодильники делятся на воздушные и жидкостные (чаще всего водяные).

Пары высококипящих жидкостей могут вызвать в стеклянных холодильниках в местах спая внутренней трубки с наружной рубашкой внутреннее напряжение и растрескивание холодильника, поэтому холодильники с воздушным охлаждением применяются для конденсации паров высококипящих веществ с температурой кипения выше 150°С. Для охлаждения паров веществ с температурой кипения ниже 130°С применяют водяные холодильники с проточной водой; для веществ с температурой кипения 130-150°С – водяные холодильники с непроточной водой, при этом нужно учитывать температуру плавления вещества. Иногда используют металлические холодильники из меди, серебра или нержавеющей стали с водяным охлаждением. Такие холодильники не имеют существенных преимуществ перед стеклянными холодильниками, так как наибольшее сопротивление при теплопередаче создает тонкий слой конденсата, который образуется на стенке холодильника.

Если необходимо пары вещества охладить до –20°С, то можно использовать обычные типы водяных холодильников, через которые при помощи термостата пропускают холодный солевой раствор или другую жидкость. Более низкие температуры охлаждающей смеси можно получить при помощи смеси твердой углекислоты и органического растворителя.

По конструкции холодильники бывают прямые, змеевиковые, винтовые, двойного охлаждения и т.д.

По размерам холодильники выбирают в зависимости от упругости паров, температуры кипения и температуры плавления веществ. Для конденсации паров веществ с низкой температурой кипения нужно брать холодильники с более длинной и узкой трубкой, а для веществ с высокой температурой кипения и плавления – короткие.

Если в приборе холодильник служит для конденсации паров веществ и возвращения их в реакционный сосуд, то в таком случае как расположение, так и сам холодильник, независимо от конструкции, называют обратным. Имеются различные типы водяных обратных холодильников как с наружным, так и с внутренним охлаждением. При работе обратных водяных холодильников на наружной и внутренней поверхностях конденсируется атмосферная влага, которая может попасть внутрь колбы, поэтому в необходимых случаях отверстие обратного холодильника защищают хлоркальциевой трубкой, а выше пробки или ниже шлифа надевают манжетку из сухой фильтровальной бумаги.

Если же холодильник служит для конденсации отведенных паров веществ, то, независимо от конструкции, он называется нисходящим.

Иногда при проведении реакции необходимо отделить одно из веществ от реакционной смеси. Тогда выгодно применять «полуобратный» холодильник, т.е. заполненный теплой водой обратный холодильник, в котором конденсируются только пары менее летучих веществ, а пары более летучих веществ отводятся в нисходящий холодильник или удаляются.

Холодильники, применяющиеся в органическом синтезе, изготавливают по ГОСТ 25336 или по эскизам завода-изготовителя.

Воздушный прямой холодильник (1, рис. 6) может быть использован как обратный и как нисходящий. В качестве нисходящего этот холодильник применяется для веществ с температурой кипения 150°С и выше при не слишком большой скорости перегонки. Так как в таком холодильнике преобладает ламинарный поток и пары веществ могут быть легко «выброшены» при неравномерном кипении жидкости, то в качестве обратного этот холодильник менее эффективен, чем шариковый.

При слишком узкой трубке обратного прямого воздушного холодильника конденсат будет препятствовать движению паров и холодильник «захлебнется».

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Рис. 6. Типы холодильников

 

Воздушный шариковый холодильник (2, рис. 6) применяется чаще всего как обратный, но может быть использован и как нисходящий. В последнем случае его присоединяют при помощи дополнительной трубки к реакционному сосуду также в вертикальном положении с подачей паров сверху вниз, так как при наклонном положении сконденсированная жидкость будет задерживаться в холодильнике.

Водяной прямой холодильник (3, рис. 6) – «холодильник Либиха» – используется чаще всего как нисходящий и значительно реже как обратный. При применении его как нисходящего охлаждающим средством для веществ с температурой кипения до 130°С служит проточная вода, а для веществ с температурой кипения 130-160°С – непроточная вода. Достаточно длинный холодильник Либиха применяется как обратный только для охлаждения паров вещества с температурой кипения выше 100°С, так как такой холодильник имеет малую охлаждающую поверхность, ламинарное течение паров и очень медленную скорость течения воды в рубашке.

Более эффективной модификацией водяного прямого холодильника является холодильник Веста, эффективность которого достигается уменьшением пространства между внутренней трубкой и стенкой рубашки, в результате чего вода протекает в нем значительно быстрее, чем через широкую рубашку холодильника Либиха.

Вода в водяные холодильники всегда должна подаваться снизу вверх, тогда в нисходящем холодильнике будет соблюдаться принцип противотока, что обеспечивает максимальное охлаждение при данном расходе воды, а также предотвращает растрескивание холодильника в местах спая. Для обратного холодильника в этом случае принцип противотока не соблюдается, но холодильник полностью заполняется водой.

Условное обозначение холодильника Либиха: холодильник с прямой трубкой исполнения 1 (на шлифах), длиной кожуха 300 мм и взаимозаменяемым конусом керна 14/23 из химически стойкого стекла группы ХС – холодильник ХПТ-1-300-14/23 ХС.

Шариковый водяной холодильник Аллина (4, рис. 6) используется чаще всего как обратный при вертикальном и наклонном расположении. Подбирая угол наклона, нужно добиться, чтобы конденсат не скапливался в шарах, что привело бы к уменьшению эффективности охлаждения. В шаровидных расширениях течение паров становится турбулентным, охлаждающее действие его значительно лучше, чем у прямого водяного холодильника такой же длины. Он может быть установлен и как нисходящий, с вертикальным расположением и подачей паров сверху вниз.

Условное обозначение холодильника Аллина: холодильник шариковый исполнения 1 (на шлифах), длиной кожуха 400 мм и взаимозаменяемым конусом керна 19/26 из химически стойкого стекла группы ХС – холодильник ХШ-1-400-19/26 ХС.

Змеевиковый (спиральный) нисходящий холодильник (5, рис. 6), установленный вертикально и соединенный при помощи дополнительной трубки с перегонной колбой, является эффективным нисходящим холодильником, особенно для веществ, имеющих низкую температуру кипения. Холодильник такой конструкции никогда не используется как обратный, так как плохо стекающий по сгибам конденсат может быть выброшен парами из холодильника и вызвать несчастный случай.

Условное обозначение змеевикового холодильника: холодильник спиральный с наружным охлаждением (на шлифах), длиной кожуха 200 мм (с 10 витками) и взаимозаменяемым конусом керна 14/23 из химически стойкого стекла группы ХС – холодильник ХСН-10 ХС.

Спиральный холодильник Штеделера (6, рис. 6) является модифи-кацией змеевикового холодильника. Охлаждающий сосуд может быть заполнен различными холодильными смесями (лёд с поваренной солью, твердая углекислота с ацетоном и др.). Жидкость, образующаяся при плавлении твердого хладагента, сливается через боковой патрубок. Такой холодильник используется только как нисходящий (при вертикальном расположении) для веществ, имеющих низкую температуру кипения.

Холодильник Димрота (7, pиc. 6) – один из видов холодильников с внутренним охлаждением. Он чаще всего используется как эффективно действующий обратный холодильник, в приборах для экстракции, имеет большую охлаждающую поверхность и высокую скорость протекания воды, которая должна протекать через спираль снизу вверх. Короткие холодильники Димрота нельзя использовать в качестве обратных для органических растворителей, имеющих низкую температуру кипения (например, диэтиловый эфир), так как пары таких веществ могут проскакивать зону охлаждения и не конденсироваться у внутренней стороны рубашки. Спай змеевика с рубашкой у этого холодильника – вне зоны с большим перепадом температур, поэтому его можно использовать при работе с жидкостями, кипящими при температуре выше 160°С. На наружной поверхности холодильника не конденсируется атмосферная влага, так как внешняя рубашка холодильника находится при комнатной температуре. Однако его защищают хлоркальциевой трубкой, чтобы предотвратить конденсацию влаги на подводящей воду трубке. Его также используют в качестве нисходящего холодильника, если можно пренебречь большим количеством конденсата, скапливающегося на змеевике. Этот холодильник выдерживает значительные перепады температур.

Условное обозначение холодильника Димрота: холодильник спиральный с внутренним охлаждением (на шлифах), длиной кожуха 300 мм (с 16 витками) и взаимозаменяемым конусом керна 19/26 из химически стойкого стекла группы ХС – холодильник ХСВ-16 ХС.

Змеевиковый обратный холодильник (8, рис. 6) ХСВО является эффективно действующим холодильником с внутренним охлаждением для жидкостей со средней и высокой температурой кипения.

Условное обозначение холодильника (8, рис. 6): холодильник спиральный с внутренним охлаждением обратный (на шлифах), длиной кожуха 200 мм (с 10 витками) и взаимозаменяемыми конусами кернов 14/23 и 19/26 из термически стойкого стекла ТС – холодильник ХСВО-10 ТС.

Холодильник с двойным охлаждением – внутренним и внешним (9, 10, рис. 6). Интенсивным холодильником является комбинация холо-дильников Либиха и Димрота (9, рис. 6). Охлаждающая жидкость, например вода, протекает сначала через внутреннюю спираль и охлаждающую трубку, а затем поступает в охлаждающую рубашку. Используют как обратный и как нисходящий.

Условное обозначение холодильника (9, рис. 6): холодильник спиральный с внутренним и внешним охлаждением, двустенный (на шлифах), длиной кожуха 240 мм (с 15 витками) и взаимозаменяемым конусом керна 19/26 и муфты 14/23 из химически стойкого стекла группы ХС – холодильник ХСД-15 ХС.

Холодильник другого типа (10, рис. 6) состоит из наружной рубашки, средней и внутренней колб. Вода для охлаждения поступает: а) в полость между наружной рубашкой и средней колбой; б) внутрь внутренней колбы. Конденсация паров осуществляется в средней колбе.

Погружной холодильник – «охлаждающий палец» (11, рис. 6) – с водяным охлаждением. Как обратный холодильник может быть свободно подвешен в аппаратуре для охлаждения паров. Чаще всего используется в полумикроаппаратуре, а также для конденсации паров при возгонке (сублимации). Если «охлаждающий палец» закрепляется в реакционном сосуде на пробке, то необходимо сообщение реакционного сосуда с атмосферой. Погружные холодильники бывают и змеевиковой формы.

Условное обозначение пальчикового холодильника: холодильник типа ХП из химически стойкого стекла – холодильник ХП ХС.