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[1] 分馏柱是一根长而垂直、柱身有一定形状的空管,或者管中填以特制的填料。
总的目的是要增大液相和气相接触的面积,提高分馏效率。
普通有机实验中常用刺形分馏柱,又称韦氏(Vigreux)分馏柱,它是一根分馏管,中间一段每隔一定距离向内伸入三根向下倾斜刺状物,在柱中相交,每堆刺状物间排列成螺旋状。
在需要更好的分馏效果时,要用填料柱,即在一根玻璃管内填上惰性材料,如环形、螺旋形、马鞍形等各种形状的玻璃、陶瓷或金属小片。
[2] 能形成共沸混合物的**,不能通过分馏完全分离。
比如,乙醇水的共沸组成为乙醇95.6%(体积分数)、水4.4%,共沸点78.17℃,通过分馏乙醇水溶液,只能得到95.6%的乙醇。
[3] 影响分馏效率的因素
① 理论塔板:分馏柱效率是用理论塔板来衡量的。
分馏柱中的混合物,经过一次气化和冷凝的热力学平衡过程,相当于一次普通蒸馏所达到的理论分离效率,当分馏柱达到这一分离效率时,分馏柱就具有一块理论塔板。
柱的理论塔板数越多,分离效果越好。
不同的分馏柱理论板层高度不同,在高度相同的分馏柱中,理论板层高度越小,则柱的分离效率越高。
③ 柱的保温:对分馏来说,在柱内保持一定的温度梯度是极为重要的。
在理想情况下,柱底的温度与蒸馏瓶内**沸腾时的温度接近。
柱内自下而上温度不断降低,直至柱顶温度接近易挥发组分的沸点。
一般情况下,柱内温度梯度的保持可以通过适当的保温、调节馏出液速度来实现,若加热速度快,蒸出速度也快,会使柱内温度梯度变小,影响分离的效果。
④ 填料:为了提高分馏柱的分馏效率,在分馏柱内装入具有大表面积的填料,填料之间应保留一定的空隙,要遵守适当紧密且均匀的原则,这样就可以增加回流**和上升蒸气的接触机会。
填料有玻璃(玻璃珠、短段玻璃管)或金属(金属环、金属片等),玻璃的优点是不会与有机化合物起反应,而金属则可与卤代烷之类的化合物起反应。
[4] 回流**在柱内聚集称为液泛。
在分馏过程中,不论是用哪种分馏柱,都应防止液泛,否则会减少**和蒸气的接触面积,或者使上升的蒸气将**冲入冷凝管中,达不到分馏的目的。
为了避免这种情况的发生,需在分馏柱外面包一定厚度的保温材料,以保证柱内具有一定的温度梯度,防止蒸气在柱内冷凝太快。
当使用填充柱时,往往由于填料装得太紧或不均匀,造成柱内**聚集,这时需要重新装柱。
[5] 若改用简单蒸馏装置来完成乙醇水的蒸馏操作,同样用坐标纸做出蒸馏曲线图,比较二者的差别。
五、思考题
(1) 分馏与简单蒸馏在原理、装置和用途上有何区别?
(2) 影响分馏分离效率的因素有哪些?
(3) 分馏时若加热太快,分离的效率会显著下降,为什么?
(4) 分馏乙醇水溶液时,加热一段时间后,发现温度计读数下降,说明什么问题?为什么?
(5) 如何用分馏曲线和蒸馏曲线比较分馏与蒸馏的分离效率?
实验9减压蒸馏
一、实验目的
(1) 学习减压蒸馏的原理及其意义。
(2) 掌握减压蒸馏的实验操作技术。
二、实验原理
**的沸点是指它的蒸气压等于外界压力时的温度,所以**的沸点是随外界压力的变化而变化的。
如果借助于真空泵降低系统内的压力即可降低**的沸点,这种在较低压力下进行蒸馏的操作称为减压蒸馏(vacuum distillation)。
当压力降低到1.3kPa~2.0kPa(10~15mmHg)时,许多有机化合物的沸点可以比其常压下的沸点降低100~120℃,压力每相差1mmHg,沸点相差约1℃。
**在常压、减压下的沸点近似关系可根据图243所示的经验曲线而得[1]。
1. 用途
分离提纯沸点较高或高温时不稳定(分解、氧化或聚合)的**及一些低熔点固体有机化合物。
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