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  照贍蔽 2016-03-03 00:00:00

  　　利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差別，使液體混合物部分汽化并隨之使蒸氣部分冷凝，從而實(shí)現(xiàn)其所含組分的分離.是一種屬于傳質(zhì)分離的單元操作.廣泛應(yīng)用于煉油、化工、輕工等領(lǐng)域. 其原理以分離雙組分混合液為例.將料液加熱使它部分汽化，易揮發(fā)組分在蒸氣中得到增濃，難揮發(fā)組分在剩余液中也得到增濃，這在一定程度上實(shí)現(xiàn)了兩組分的分離.兩組分的揮發(fā)能力相差越大，則上述的增濃程度也越大.在工業(yè)精餾設(shè)備中，使部分汽化的液相與部分冷凝的汽相直接接觸，以進(jìn)行汽液相際傳質(zhì)，結(jié)果是汽相中的難揮發(fā)組分部分轉(zhuǎn)入液相，液相中的易揮發(fā)組分部分轉(zhuǎn)入汽相，也即同時(shí)實(shí)現(xiàn)了液相的部分汽化和汽相的部分冷凝. 工業(yè)蒸餾的方法有：①閃急蒸餾.將液體混合物加熱后經(jīng)受一次部分汽化的分離操作.②簡(jiǎn)單蒸餾.使混合液逐漸汽化并使蒸氣及時(shí)冷凝以分段收集的分離操作.③精餾.借助回流來實(shí)現(xiàn)高純度和高回收率的分離操作 ，應(yīng)用Z廣泛.對(duì)于各組分揮發(fā)度相等或相近的混合液，為了增加各組分間的相對(duì)揮發(fā)度，可以在精餾分離時(shí)添加溶劑或鹽類，這類分離操作稱為特殊蒸餾，其中包括恒沸精餾、萃取精餾和加鹽精餾；還有在精餾時(shí)混合液各組分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的，稱為反應(yīng)精餾. 2.3.1 基本原理 液體的分子由于分子運(yùn)動(dòng)有從表面溢出的傾向.這種傾向隨著溫度的升高而增大.如果把液體置于密閉的真空體系中，液體分子繼續(xù)不斷地溢出而在液面上部形成蒸氣，Z后使得分子由液體逸出的速度與分子由蒸氣中回到液體的速度相等，蒸氣保持一定的壓力.此時(shí)液面上的蒸氣達(dá)到飽和，稱為飽和蒸氣，它對(duì)液面所施的壓力稱為飽和蒸氣壓.實(shí)驗(yàn)證明，液體的飽和蒸氣壓只與溫度有關(guān)，即液體在一定溫度下具有一定的蒸氣壓.這是指液體與它的蒸氣平衡時(shí)的壓力，與體系中液體和蒸氣的量無關(guān). 將液體加熱，它的蒸氣壓就隨著溫度升高而增大，當(dāng)液體的蒸氣壓增大到與外界施于液面的總壓力（通常是大氣壓力）相等時(shí)，就有大量氣泡從液體內(nèi)部逸出，即液體沸騰，這時(shí)的溫度稱為液體的沸點(diǎn).顯然沸點(diǎn)與所受外界壓力的大小有關(guān).通常所說的沸點(diǎn)是在0.1MPa壓力下液體的沸騰溫度.例如水的沸點(diǎn)為100℃，即是指在0.1MPa壓力下，水在100℃時(shí)沸騰.在其它壓力下的沸點(diǎn)應(yīng)注明壓力.例如在85.3KPa時(shí)水在95℃沸騰，這時(shí)水的沸點(diǎn)可以表示為95℃/85.3KPa. 將液體加熱至沸騰，使液體變?yōu)檎魵猓缓笫拐魵饫鋮s再凝結(jié)為液體，這兩個(gè)過程的聯(lián)合操作稱為蒸餾.很明顯，蒸餾可將易揮發(fā)和不易揮發(fā)的物質(zhì)分離開來，也可將沸點(diǎn)不同的液體混合物分離開來.但液體混合物各組分的沸點(diǎn)必須相差很大（至少30℃以上）才能得到較好的分離效果.在常壓下進(jìn)行蒸餾時(shí)，由于大氣壓往往不是恰好為0.1MPa，因而嚴(yán)格說來，應(yīng)對(duì)觀察到的沸點(diǎn)加上校正值，但由于偏差一般都很小，即使大氣壓相差2.7KPa，這項(xiàng)校正值也不過±1℃左右，因此可以忽略不計(jì). 將盛有液體的燒瓶放在石棉網(wǎng)上，下面用煤氣燈加熱，在液體底部和玻璃受熱的接觸面上就有蒸氣的氣泡形成.溶解在液體內(nèi)的空氣或以薄膜形式吸附在瓶壁上的空氣有助于這種氣泡的形成，玻璃的粗糙面也起促進(jìn)作用.這樣的小氣泡（稱為氣化ZX）即可作為大的蒸氣氣泡的核心.在沸點(diǎn)時(shí)，液體釋放大量蒸氣至小氣泡中，待氣泡的總壓力增加到超過大氣壓，并足夠克服由于液柱所產(chǎn)生的壓力時(shí)，蒸氣的氣泡就上升逸出液面.因此，假如在液體中有許多小空氣或其它的氣化ZX時(shí)，液體就可平穩(wěn)地沸騰，如果液體中幾乎不存在空氣，瓶壁又非常潔凈光滑，形成氣泡就非常困難.這樣加熱時(shí)，液體的溫度可能上升到超過沸點(diǎn)很多而不沸騰，這種現(xiàn)象稱為“過熱”.一旦有一個(gè)氣泡形成，由于液體在此溫度時(shí)的蒸氣壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大氣壓和液柱壓力之和，因此上升的氣泡增大得非?？?，甚至將液體沖溢出瓶外，這種不正常沸騰的現(xiàn)象稱為“暴沸”.因此在加熱前應(yīng)加入助沸物以期引入氣化ZX，保證沸騰平穩(wěn).助沸物一般是表面疏松多孔、吸附有空氣的物體，如碎瓷片、沸石等.另外也可用幾根一端封閉的毛細(xì)管以引入氣化ZX（注意毛細(xì)管有足夠的長(zhǎng)度，使其上端可擱在蒸餾瓶的頸部，開口的一端朝下）.在任何情況下，切忌將助沸物加至已受熱接近沸騰的液體中，否則常因突然放出大量蒸氣而將大量液體從蒸餾瓶口噴出造成危險(xiǎn).如果加熱前忘了加入助沸物，補(bǔ)加時(shí)必須先移去熱源，待加熱液體冷至沸點(diǎn)以下后方可加入.如果沸騰中途停止過，則在重新加熱前應(yīng)加入新的助沸物.因?yàn)槠鸪跫尤氲闹形镌诩訜釙r(shí)逐出了部分空氣，再冷卻時(shí)吸附了液體，因而可能已經(jīng)失效.另外，如果采用浴液間接加熱，保持浴溫不要超過蒸餾液沸點(diǎn)20ºC，這種加熱方式不但可以大大減少瓶?jī)?nèi)蒸餾液中各部分之間的溫差，而且可使蒸氣的氣泡不單從燒瓶的底部上升，也可沿著液體的邊沿上升，因而可大大減少過熱的可能. 純粹的液體有機(jī)化合物在一定的壓力下具有一定的沸點(diǎn)，但是具有固定沸點(diǎn)的液體不一定都是純粹的化合物，因?yàn)槟承┯袡C(jī)化合物常和其它組分形成二元或三元共沸混和物，它們也有一定的沸點(diǎn).不純物質(zhì)的沸點(diǎn)則要取決于雜質(zhì)的物理性質(zhì)以及它和純物質(zhì)間的相互作用.假如雜質(zhì)是不揮發(fā)的，則溶液的沸點(diǎn)比純物質(zhì)的沸點(diǎn)略有提高（但在蒸餾時(shí)，實(shí)際上測(cè)量的并不是不純?nèi)芤旱姆悬c(diǎn)，而是逸出蒸氣與其冷凝平衡時(shí)的溫度，即是餾出液的沸點(diǎn)而不是瓶中蒸餾液的沸點(diǎn)）.若雜質(zhì)是揮發(fā)性的，則蒸餾時(shí)液體的沸點(diǎn)會(huì)逐漸升高或者由于兩種或多種物質(zhì)組成了共沸點(diǎn)混合物，在蒸餾過程中溫度可保持不變，停留在某一范圍內(nèi).因此，沸點(diǎn)的恒定，并不意味著它是純粹的化合物. 蒸餾沸點(diǎn)差別較大的混合液體時(shí)，沸點(diǎn)較低者先蒸出，沸點(diǎn)較高的隨后蒸出，不揮發(fā)的留在蒸餾器內(nèi)，這樣，可達(dá)到分離和提純的目的.故蒸餾是分離和提純液態(tài)化合物常用的方法之一，是重要的基本操作，必須熟練掌握.但在蒸餾沸點(diǎn)比較接近的混合物時(shí)，各種物質(zhì)的蒸氣將同時(shí)蒸出，只不過低沸點(diǎn)的多一些，故難于達(dá)到分離和提純的目的，只好借助于分餾.純液態(tài)化合物在蒸餾過程中沸程范圍很?。?.5~1℃）.所以，蒸餾可以利用來測(cè)定沸點(diǎn).用蒸餾法測(cè)定沸點(diǎn)的方法為常量法，此法樣品用量較大，要10 mL以上，若樣品不多時(shí)，應(yīng)采用微量法. 蒸餾操作是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，一般應(yīng)用于下列幾方面：（1）分離液體混合物，僅對(duì)混合物中各成分的沸點(diǎn)有較大的差別時(shí)才能達(dá)到較有效的分離；（2）測(cè)定純化合物的沸點(diǎn)；（3）提純，通過蒸餾含有少量雜質(zhì)的物質(zhì)，提高其純度；（4）回收溶劑，或蒸出部分溶劑以濃縮溶液. 2．蒸餾操作 加料：將待蒸餾液通過玻璃漏斗小心倒入蒸餾瓶中，要注意不使液體從支管流出.加入幾粒助沸物，安好溫度計(jì).再一次檢查儀器的各部分連接是否緊密和妥善. 　　加熱：用水冷凝管時(shí)，先由冷凝管下口緩緩?fù)ㄈ肜渌?，自上口流出引至水槽中，然后開始加熱.加熱時(shí)可以看見蒸餾瓶中的液體逐漸沸騰，蒸氣逐漸上升.溫度計(jì)的讀數(shù)也略有上升.當(dāng)蒸氣的頂端到達(dá)溫度計(jì)水銀球部位時(shí)，溫度計(jì)讀數(shù)就急劇上升.這時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)小煤氣燈的火焰或降低加熱電爐或電熱套的電壓，使加熱速度略為減慢，蒸氣頂端停留在原處，使瓶頸上部和溫度計(jì)受熱，讓水銀球上液滴和蒸氣溫度達(dá)到平衡.然后再稍稍加大火焰，進(jìn)行蒸餾.控制加熱溫度，調(diào)節(jié)蒸餾速度，通常以每秒1～2滴為宜.在整個(gè)蒸餾過程中，應(yīng)使溫度計(jì)水銀球上常有被冷凝的液滴.此時(shí)的溫度即為液體與蒸氣平衡時(shí)的溫度，溫度計(jì)的讀數(shù)就是液體（餾出物）的沸點(diǎn).蒸餾時(shí)加熱的火焰不能太大，否則會(huì)在蒸餾瓶的頸部造成過熱現(xiàn)象，使一部分液體的蒸氣直接受到火焰的熱量，這樣由溫度計(jì)讀得的沸點(diǎn)就會(huì)偏高；另一方面，蒸餾也不能進(jìn)行得太慢，否則由于溫度計(jì)的水銀球不能被餾出液蒸氣充分浸潤使溫度計(jì)上所讀得的沸點(diǎn)偏低或不規(guī)范. 　　觀察沸點(diǎn)及收集餾液：進(jìn)行蒸餾前，至少要準(zhǔn)備兩個(gè)接受瓶.因?yàn)樵谶_(dá)到預(yù)期物質(zhì)的沸點(diǎn)之前，帶有沸點(diǎn)較低的液體先蒸出.這部分餾液稱為“前餾分”或“餾頭”.前餾分蒸完，溫度趨于穩(wěn)定后，蒸出的就是較純的物質(zhì)，這時(shí)應(yīng)更換一個(gè)潔凈干燥的接受瓶接受，記下這部分液體開始餾出時(shí)和Z后一滴時(shí)溫度計(jì)的讀數(shù)，即是該餾分的沸程（沸點(diǎn)范圍）.一般液體中或多或少地含有一些高沸點(diǎn)雜質(zhì)，在所需要的餾分蒸出后，若再繼續(xù)升高加熱溫度，溫度計(jì)的讀數(shù)會(huì)顯著升高，若維持原來的加熱溫度，就不會(huì)再有餾液蒸出，溫度會(huì)突然下降.這時(shí)就應(yīng)停止蒸餾.即使雜質(zhì)含量極少，也不要蒸干，以免蒸餾瓶破裂及發(fā)生其他意外事故. 　　蒸餾完畢，應(yīng)先停止加熱，然后停止通水，拆下儀器.拆除儀器的順序和裝配的順序相反，先取下接受器，然后拆下尾接管、冷凝管、蒸餾頭和蒸餾瓶等.

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