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2. 仪器装置
常用的减压蒸馏装置见第一章图119,整个装置可分为蒸馏、保护及测压、抽气(减压)三大部分。
(1) 蒸馏部分由热源(水浴或油浴)、圆底烧瓶(量少时可选用梨形烧瓶)、克氏蒸馏头、减压毛细管、温度计、冷凝管(冷凝管的选用同实验七简单蒸馏,低熔点固体和高沸点**减压后的沸点仍高于150℃时,可不用冷凝管)、真空接引管(若要收集不同馏分而又不中断蒸馏,则可采用三叉燕尾管)以及接收瓶等组成。
与常压蒸馏装置不同的是,蒸馏烧瓶和接收瓶均不能使用不耐压的平底仪器(锥形瓶、平底烧瓶等)和薄壁或有破损的仪器,以防装置内处于真空状态时外部压力过大而引起爆炸。
另一不同点是,减压蒸馏装置的圆底烧瓶上连接克氏蒸馏头(双颈,两个瓶口),前面的颈口中插入减压毛细管,后面带支口的颈口插入温度计(位置同常压蒸馏),这样的设计可避免**暴沸时直接冲入冷凝管。
减压毛细管为一根末端拉成毛细管的玻璃管,其长度恰好使下端距离圆底烧瓶瓶底1~2mm,下端毛细管口要很细,使极少量的空气进入**呈微小气泡冒出,作为**沸腾的气化中心,使蒸馏平稳进行。
减压毛细管的上端接一段带有螺旋夹的耐压橡皮管,螺旋夹可以调节进入的空气量。
如果要蒸馏的物质在高温下易被空气中的氧气氧化,就在减压毛细管的上端连一氮气包,通过调节螺旋夹通入微量的氮气。
对真空度要求不高的情况下,也可用电磁搅拌来代替毛细管,起一定的止暴作用。
(2) 保护及测压装置部分对真空度要求较高时需用油泵进行减压,为了防止易挥发的有机溶剂、酸性物质或水汽进入油泵,除具有安全瓶、测压计外,还必须在馏出液接收器与油泵之间顺次安装冷却阱和几个吸收塔(见第一章图138),以免污染油泵用油,腐蚀机件使真空度降低。
对真空度要求不高的情况下,可使用循环水真空泵抽真空,此时不必设置保护体系。
① 安全瓶置于在冷却阱前,瓶上配有二通活塞以调节系统内的压力和放空。
② 冷却阱置于盛有冷却剂的广口保温瓶中。
其作用是减压蒸馏时使低沸点有机溶剂或水蒸气冷凝下来,防止进入油泵。
③ 水银压力计实验室通常用水银压力计来测量减压系统的压力。
一般采用开口式U形压力计或一端封闭的U形压力计[2]。
④ 吸收塔常用三个,第一个装无水氯化钙(或硅胶)吸收水汽,第二个装粒状氢氧化钠吸收酸性气体,第三个装石蜡片(或活性炭)吸除烃类气体。
如蒸馏物质中含有较多的挥发性物质,一般先用水泵减压蒸馏,然后改用油泵减压蒸馏,以减轻吸收塔的工作负荷[3]。
3. 操作规程
(1) 安装仪器减压蒸馏需要装配的主要是蒸馏部分的装置,并使之与减压系统相连接,而减压装置一般在实验前已安装与调试完毕,在实验中不再拆装,除非突然出现故障,急需排除。
装置的搭配规程同实验七,所不同的是,在磨口仪器连接时,口塞上涂少量真空脂(转动仪器使磨口连接处呈透明状即可)以增强气密性,同时防止仪器经高温再降温后黏结,难以拆卸。
(2) 检查气密性仪器安装完毕,在开始蒸馏之前,必须先检查装置的气密性。
先用螺旋夹把套在减压毛细管上端的橡皮管完全夹紧,打开安全瓶和压力计上的活塞,然后开动泵。
逐渐关闭安全瓶上活塞,待压力稳定后,观察压力计上的读数是否达到所要求的真空度。
如果达不到所需的真空度,可检查各部分塞子、橡皮管等处的连接是否紧密、不漏气等,直到真空度符合要求。
然后慢慢旋开安全瓶上的活塞,放入空气,直到内外压力平衡。
(3) 加料用漏斗从克氏蒸馏头的一上口向烧瓶内加入其容量13~12(不能超过12)的蒸馏物。
关闭安全瓶活塞再次开动减压泵,调节螺旋夹,控制减压毛细管的进气量,使蒸馏瓶内**中有连续平稳的小气泡逸出,并保证瓶内真空度符合要求。
(4) 加热蒸馏收集馏分待体系内压力平衡后,开通冷凝水,用水浴或油浴(温度易于恒定)加热升温,调节浴温比烧瓶内的**的沸点高约20℃并保持馏出液流出的速度为每秒1~2滴。
根据不同沸程收集前馏分、馏分(转动三叉燕尾管分别收集),并记下相应的压力和沸点。
蒸馏过程中,应严密关注压力与温度的变化。
(5) 停止蒸馏蒸馏完毕,或者在蒸馏过程中需要中断时,应先移去热源,稍冷后缓缓松开毛细管上螺旋夹,再慢慢地打开安全瓶上活塞使体系与大气相通。
这一操作应特别小心,一定要慢慢地旋开活塞,使压力计中的水银柱慢慢地回复到原状,如果引入空气太快,水银柱会很快地上升,有冲破压力计玻璃管的危险。
待内外压力平衡后,方可关闭真空泵及压力计的活塞,最后再拆除仪器。
在有机化学实验中,常常需要使用大量的有机溶剂,而浓缩溶液或回收溶剂是一项繁琐而又耗时的工作,此外,长时间加热,可能会造成化合物的分解。
这时可以使用旋转蒸发仪来进行减压蒸馏,回收或浓缩溶剂,提高工作效率。
旋转蒸发仪的使用见第一章1.4实验室常用仪器设备知识旋转蒸发仪部分。
三、仪器与试剂
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