Перегонка при атмосферном давлении и в вакууме

Перегонка является наиболее важным широко используемым методом очистки органических жидкостей и разделения жидких смесей. Этот метод заключается в нагревании жидкости до кипения с последующей конденсацией паров в виде дистиллята в холодильнике. При снижении давления температура кипения понижается, что позволяет перегонять высококипящие жидкости и масла. Такой метод называется вакуумной перегонкой. Вакуум до 10-15 мм рт.ст. может быть получен с использованием хорошего водоструйного насоса.

Простейшая перегонка является эффективной только в том случае, если компоненты разделяемой смеси отличаются по температурам кипения не менее чем на 60^оС. Во всех других случаях вещества подвергают фракционированной (ректификация) перегонке с использованием разного типа перегонных колонн. Простейшей колонкой может служить полая трубка или елочный дефлегматор Вигре. Более сложными и более эффективными являются колонки, заполненные специальными насадками, так называемые “насадочные“ колонки. С помощью высокоэффективной набивной колонки можно разделить компоненты с очень близкими температурами кипения (различие в температурах кипения до 2^оС).

При атмосферном давлении обычно перегоняют вещества с температурами кипения от 40^оС до 180^оС (жидкости с температурой кипения меньше 40^оС перегоняются с большими потерями). При более высокой температуре кипения возникает опасность термического разложения вещества и его перегоняют в вакууме.

Колбу для перегонки (круглодонную или каплевидную!) заполняют не более чем на две трети. Для измерения температуры кипения вещества в насадку вставляют термометр. Для правильного измерения температуры кипения шарик термометра должен находиться чуть ниже бокового отвода насадки. Для перегонки обычно используют нисходящий холодильник Либиха, причем вода поступает в нижний отвод и выходит из верхнего. При использовании посуды без шлифов (на резиновых пробках) необходимо следить, чтобы конец насадки от перегоняемой колбы, входящий в холодильник, выходил из пробки на 1-2 см. При перегонке при атмосферном давлении в колбу помещают несколько кусочков битого фарфора ("кипятильников"), для того чтобы обеспечить равномерное кипение. Если перегонку прерывают, то перед ее возобновлением в колбу помещают свежие "кипятильники". Никогда не добавляйте кипятильники в перегретую или кипящую жидкость, так как это приводит к бурному вскипанию и выбросу содержимого из колбы! Перед началом перегонки проверяют подключение воды к холодильнику. Когда жидкость закипит, нагрев уменьшают и, контролируя температуру бани, устанавливают медленную и стабильную перегонку. Для обеспечения необходимой скорости перегонки температура в бане должна быть на 20-30^оС выше температуры кипения вещества. Наилучшее разделение достигается при скорости 10-20 капель в минуту, но не более 1 капли в секунду. Пока отгоняется первый компонент смеси, температура перегонки остается постоянной. Резкое повышение температуры свидетельствует о том, что началась перегонка следующего, более высокотемпературного компонента.

Размер и тип холодильника выбирают в зависимости от перегоняемой жидкости. Жидкости, которые кипят до 120-130 ^оС, перегоняют с водяным холодильником с проточной водой, а для жидкостей, кипящих в интервале 120-160^оС, применяют холодильники с непроточной водой. Жидкости, кипящие выше 150-160^оС перегоняют с воздушным холодильником, так как из-за резкой разницы температур водяной рубашки и паров перегоняемой жидкости холодильник может треснуть. Поток воды через рубашку холодильника делают таким, чтобы вода вытекала тонкой струей, а конец водоотводного шланга должен быть погружен в слив раковины не менее чем 10-20 см, чтобы исключить его случайное выпадение из раковины. При перегонке легко кристаллизующихся при обычной температуре жидкостей, холодильник приходится подогревать, пропуская через него теплую воду, а при использовании воздушного холодильника подогревать его рефлектором или спиртовкой. Для низкокипящих веществ используют установленный вертикально змеевиковый нисходящий холодильник (змеевиковый холодильник нельзя устанавливать наклонно и использовать как обратный!).

Для перегонки при пониженном давлении удобно использовать колбу Кляйзена. В колбу помещают тонкий капилляр, так чтобы он не доходил до ее дна на 1-2 мм. При подключении вакуума через капилляр в прибор поступает воздух и возникает поток мелких пузырьков, которые способствуют равномерному кипению. Для каждой перегонки необходимо оттягивать новый капилляр. При перегонке в вакууме вместо простого аллонжа используют “паук“, который представляет собой аллонж с несколькими отводами и позволяет собирать несколько порций дистиллята. Жидкость, предназначенная для перегонки в вакууме, не должна содержать легкокипящих растворителей (их предварительно отгоняют на роторном испарителе), так как резкое снижение давления приводит к неконтролируемому вспениванию содержимого колбы и его выбросу через дефлегматор в холодильник и приемники. Вакуум отключают от прибора только после его охлаждения осторожным поворотом крана на манометре, а не перекрыванием крана водоструйного насоса!

Для определения температуры кипения вещества при различных давлениях пользуются номограммой ([2], с.32, [3], с.33), показывающей связь между остаточным давлением в системе, температурами кипения вещества при атмосферном давлении и в вакууме. Для приблизительной оценки можно воспользоваться следующими правилами:

· При снижении давления в 2 раза температура кипения органической жидкости понижается на 15^оС; например, если вещество при 760 мм рт.ст. кипит при 180^оС, то при 380 мм рт.ст. оно закипит примерно при 165^оС, а при 190 мм рт.ст. – уже при 150^оС.

· Для большинства органических жидкостей понижение давления до 20 мм рт.ст. снижает температуру кипения на 100-120^оС.