фракційна перегонка

За допомогою одноразової простий перегонки, як правило, не вдається чисто розділити на компоненти суміш двох або кількох рідин з різницею в температурах кипіння менше 80 ° С. При нагріванні таких сумішей разом з легколетучего рідиною випаровується також деяку кількість компонента з більш високою температурою кипіння. На відміну від простої перегонки, при якій поділ складових суміш продуктів відбувається тільки на стадії випаровування, фракційна перегонка передбачає часткову конденсацію утворюються пари і повернення їх назад в перегінний посудину.

Конденсації і повернення в перегінну колбу піддаються в першу чергу пари висококиплячих компонента, а очищені пари летючого продукту далі повністю конденсуються в холодильнику і збираються в приймальнику. Так поетапно переганяється вся рідина.

Перегонка називається фракційної тому, що вся переганяти рідина збирається в різні приймачі окремими порціями, які називаються фракціями. Перші фракції містять переважно речовина з найнижчою температурою кипіння, останні-з найвищою. Чистота поділу на окремі фракції залежить від природи речовин, що складають переганяється суміш, і від конструкції конденсують приладів - дефлегматорів або ректифікаційних колонок. У лабораторіях при фракційної перегонці зазвичай застосовують дефлегматори. На рис. 73 зображена установка для фракційної перегонки з дефлегматором. Існують дефлегматори різних конструкцій, проте уваги заслуговують лише найбільш прості та ефективні з них (ялинкового типу) і дефлегматори з насипною насадкою (скляні кульки, дрібні кільця, спіралі). Хороші дефлегматори повинні забезпечувати якомога більшу поверхню зіткнення піднімаються пари з стікає назустріч конденсатом, який називається флегмою. Ялинкові дефлегматори (рис. 74, а) в игодно відрізняються від інших невеликим опором руху парів, простотою виготовлення, легкістю очищення; вони утримують порівняно невелика кількість флегми, що є цінним при перегонці малих кількостей речовин, і в той же час забезпечують хороший контакт флегми з парами.

Мал. 73. Установка для фракційної перегонки з дефлегматором: 1 - перегінна колба: 1 - ялинковий дефлегматор; 3 - насадка Вюрца; 4 -алонж; 5-приймальний, посудину.

Велика активна поверхня дотику рідини з парами може бути досягнута в дефлегматор з насадкою (рис. 74,6). Часто застосовуються в якості насадки скляні намиста мають мінімальну питомою поверхнею і тому малоефективні. Найбільш придатною для заповнення лабораторних дефлегматорів і колонок вважається насадка з одновиткового дротяних або скляних спіраль. Зазвичай використовують дріт діаметром 0,2-0,3 мм з нержавіючої сталі або ніхрому. Зі зменшенням діаметра спіралей збільшується ефективність насадки, проте одночасно зростає опір руху парів в дефлегматоре. Оптимальний діаметр витків для приладів середнього розміру дорівнює 3-5 мм. Для виготовлення одновиткового спіралей дріт намотують за допомогою зграйка на металевий прут відповідного діаметру. Відстань між витками приблизно повинно бути по-різному товщині дроту. Отриману спіраль знімають і розрізають по довжині ножицями.

Слід однак мати на увазі, що навіть найкращі лабораторні дефлегматори мають досить обмеженою розділяє здатністю і придатні лише для грубого фракціонування, для очищення розчинників від малолетучих домішок і т. П.

Мал. 71. Дефлегматори для фракційне перегонки. а - ялинковим дефлегматор; б - дефлегматор з насадкою в - теплоізоляція дефлегматора з пом. муфти зі скляної трубки; г - дефлегматор з вакуумної сорочкою; 1 - коркові пробки.

Мал. 75. Графік розгону двухкомплектной суміші: 1 - гарне поділ; 2 - задовільний розділено; 3-погане поділ.

Задовільний поділ за допомогою дефлегматорів досягається лише в тих випадках, коли різниця в температурах кипіння рідин становить понад 30 ° С. На рис. 75 графічно зображений хід розгону двухкомпонентной суміші в системі координат температура парів - кількість дистиляту. При хорошому і задовільному поділі (криві 1 і 2) на початку перегонки температура парів відповідає температурі кипіння легколетучего компонента А і тримається постійною. У приймальнику збирається / фракція - чистий компонент А. У міру зменшення його вмісту в перегінній колбі температура парів починає підвищуватися. Залежно від необхідної чистоти поділу і різниці між температурами кипіння компонентів I фракцію збирають в інтервалі 2-5 ° С. Далі замінюють приймач і збирають проміжну фракцію II, що представляє собою суміш двох компонентів. Після того, як температура парів наблизиться до температури кипіння компонента Б, починають збирати III фракцію. При використанні більш ефективного Дефла егматора обсяг проміжної фракції зменшується. Її або піддають повторної разгонке, або відкидають.

Якщо температура парів ні на початку, ні в кінці перегонки не тримається постійної, це вказує на погану якість поділу (крива 3). Кількість проміжної фракції при цьому буде становити більше 1/3 від обсягу вихідної суміші. У таких випадках для підвищення якості розгону слід використовувати більш ефективне обладнання. Нижче розглянуті основні фактори, що впливають на ефективність фракційної перегонки з використанням дефлегматорів.

Висота дефлегматора. Розміри дефлегматора визначаються кількістю переганяється рідини, температурою перегонки, необхідною повнотою поділу. Зі збільшенням висоти робочої частини дефлегматора збільшується і його розділяє здатність. Іноді вдаються до послідовного з'єднанню двох-трьох коротких дефлегматорів, причому вище розташовують дефлегматори трохи меншого діаметру відповідно до зменшення кількості парів по висоті. Однак застосування конструкцій вище 80-90 см навряд чи доцільно: внаслідок неминучих тепловтрат пари конденсуються в насадок частини і можуть просто не досягти відвідної трубки навіть при інтенсивному кипінні рідини в перегінній колбі. Крім того, збільшення обсягу дефлегматора призводить до збільшення втрат переганяється продукту: рідина, орошающая насадку, після закінчення перегонки стікає назад в колбу п, таким чином, не може бути перегнати.

Швидкість перегонки. На відміну від простої перегонки, швидкість якої обмежується тільки можливою інтенсивністю кипіння рідини і продуктивністю холодильника, швидкість фракційної перегонки багато в чому визначає якість фракціонування. Перевищення оптимальної швидкості призводить до порушення рівноваги між флегмою і парами, і дефлегматор виявляється практично марним. Крім того, занадто висока швидкість випаровування зазвичай викликає «захлинання» дефлегматора. При цьому флегма не стікає спокійно по насадці, а накопичується в будь-якої її частини, пропускаючи пари у вигляді великих бульбашок.

Поділу компонентів при такому режимі роботи не відбувається.

Оптимальна інтенсивність перегонки може бути різною в залежності від типу насадки, розмірів дефлегматора, кількості переганяється рідини і складу суміші. При середній швидкості в приймач має надходити не більше 1-2 крапель дистиляту в секунду. У будь-якому випадку зменшення швидкості перегонки призводить до підвищення якості фракціонування, однак відповідно збільшується і час операції.

Швидкість перегонки регулюють обігрівом перегінній колби; обігрівач (як правило, - рідинна лазня, забезпечена контактним термометром і реле) повинен забезпечувати можливість підтримання строго постійної температури і плавного її підвищення.

Теплоізоляція. Для правильної роботи дефлегматора його необхідно ретельно захистити від втрати тепла (теплоизолировать). Застосування дефлегматорів без ізоляції-досить поширена груба помилка, різко знижує якість фракційної перегонки. Надійність теплоізоляції повинна бути тим вище, ніж при більш високій температурі киплять розділяються рідини. Найпростіше обмотати робочу частину в кілька шарів азбестовим шнуром, однак при цьому стає неможливим візуальне спостереження за подіями в дефлегматоре процесами. Проста і зручна для ізоляції знімна муфта з більш широкої скляної трубки, закріплена за допомогою двох коркових пробок (рис. 74, в). Біліше падежную ізоляцію забезпечує вакуумна сорочка (рис. 74, г). Верхню частину дефлегматора, вільну від насадки, які не ізолюють. За рахунок деякого охолодження під стінами частину парів тут конденсується і стікає вниз, утворюючи флегму.

Кількість флегми. Важливим фактором, що впливає на якість фракціонування, є кількість флегми. Гарне поділ досягається лише в тому випадку, якщо більша частина парів утворює флегму, а менша відводиться в приймач.

У тих випадках, коли різниця в температурах кипіння підлягають розподілу рідин становить менше 30 ° С, навіть найкращі дефлегматори не забезпечують задовільного поділу. Кращі результати дає застосування ректифікаційних колонок.

Від дефлегматорів вони відрізняються порівняно великими розмірами, більш ефективною теплоізоляцією, іноді навіть з додатковим обігрівом, по головне - наявністю спеціального пристрою, званого голівкою, що дозволяє виробляти повну конденсацію парів і розподіл конденсату між зрошенням колонки і приймачем.

Слід однак мати на увазі, що тонке поділ блізкокіпящіх рідин із застосуванням ректифікаційних колонок є однією з складних операцій в лабораторній практиці і нерідко викликає труднощі навіть у досвідчених працівників. Пояснення всіх тонкощів ректифікації виходить за рамки даного керівництва. Якщо ректифікація все ж виявиться необхідною, слід звернутися до спеціальних інструкцій.

Звичайні ректифікаційні колонки дозволяють розділяти суміші рідин, температури кипіння яких розрізняються на 7-10 O C. Є спеціальні колонки, які дають можливість розділяти рідини з різницею в температурах кипіння 1-2 ° С.