6精細化工模擬實驗室教案

1、精細化工產(chǎn)品綜合實驗第三章精細化工實驗中常見的操作技術 一、加熱與冷卻二 、攪拌三、加壓與減壓四、過濾五、回流與分水六、蒸餾七、干燥八、結晶與重結晶九、萃取十、升華十一、離子交換十二、色譜十三、離心分離十四、吸收 精細化工實驗中常見的操作技術一、加熱與冷卻 1 加熱加熱可分為直接加熱和間接加熱。直接加熱指熱源直接將熱量傳給被加熱的實驗儀器的加熱，具有升溫速度快的優(yōu)點，但容易導致加熱不勻和局部過熱；間接加熱則是通過某種傳熱介質(zhì)將熱量傳給實驗儀器的加熱，具有加熱溫和穩(wěn)定、溫度易于控制的特點。對于易燃易爆的有機溶劑嚴禁用明火直接加熱；吸濾瓶、樣品瓶、冷凝管等儀器不能直接加熱。常用直接加熱源的最高溫度

2、見表3-1。 精細化工實驗中常見的操作技術間接加熱中，采用不同加熱介質(zhì)可以獲得不同加熱浴，常用加熱浴列于表3-2。 熱源名稱最高溫度/熱源名稱最高溫度/酒精燈10001200電 爐1800煤氣燈7001200管式爐1300煤氣吹管1600烘 箱300表3-1常用直接加熱源的最高溫度 精細化工實驗中常見的操作技術類 別加 熱 介 質(zhì)容 器使用溫度/注 意 事 項水 浴水銅鍋等95使用無機鹽水溶液可提高沸點，如飽和氯化鈣水溶液可達到180蒸汽浴水蒸汽(實驗室產(chǎn)生)夾套等95要及時排放冷凝水普通油浴各種植物油、甘油、石蠟油等銅鍋等250250以上可冒煙或燃燒；切勿濺入水導熱油浴導熱油銅鍋等350使用

3、時，應根據(jù)溫度范圍選用導熱油沙 浴細沙鐵 盤高溫升溫要慢，使受熱均勻，溫度很難控制 鹽 浴亞硝酸鈉（40%）、亞硝酸鈉（7%）、硝酸鉀（53%）混合物不銹鋼鍋等142680切勿濺入水，應將無機鹽保存于干燥器中金屬浴低熔點金屬合金鐵 鍋金屬不同，溫度不同加熱至350以上可能氧化 酸 浴濃硫酸燒 瓶250加入30-40K2SO4可使溫度升至300350；吸水后溫度下降空氣浴空氣電熱套等300對沸點80以上液體均可采用表3-2加熱浴一覽表 精細化工實驗中常見的操作技術使用熱浴時，被加熱容器不能觸及熱浴的底部或器壁，熱浴的液面應稍高于被加熱容器內(nèi)的液面。如果加熱介質(zhì)蒸發(fā)較快，應及時補充加熱介質(zhì)。最常用

4、的熱浴是空氣浴，如電熱套。水浴和油浴也是實驗室常用的加熱浴。但使用到鉀、鈉等遇水著火甚至爆炸的物質(zhì)時，嚴禁用水浴加熱。在使用油浴時，不能有水混入，加熱時也不能有水濺入，以免造成熱液體飛濺發(fā)生燙傷。在加熱或保溫過程中，可通過調(diào)節(jié)熱源與熱浴距離或通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓來控制溫度。如果需要長時間保持溫度恒定，那么應采用帶自動溫控系統(tǒng)的熱浴。 精細化工實驗中常見的操作技術2冷卻、冷凝冷卻是采用冷卻介質(zhì)使系統(tǒng)降溫的操作。當被冷物從氣相變?yōu)橐合鄷r，稱為冷凝。實驗中，常用的冷卻、冷凝設備是玻璃冷凝管。冷凝管的類型有多種，如圖3-1所示。冷凝管的冷凝面積越大，冷凝效果越好。圖3-1常用的幾種冷凝管精細化工實驗中常

5、見的操作技術最常用的冷卻介質(zhì)是水和空氣。為了實現(xiàn)低溫的冷卻，需要采用一些致冷用冷卻介質(zhì)，比如冰水混合物、冷凍鹽水、液氨、干冰、液氮等。不同致冷用冷卻劑的致冷溫度范圍見表3-3。當溫度高于10時，可用玻璃或瓷質(zhì)容器盛放冷卻介質(zhì)；當溫度要求更低時，應采用的杜瓦（Dewar）瓶冷阱盛放冷卻介質(zhì)；當使用低于20的冷卻劑時，應避免用手直接接觸，以免被凍傷；當要求長期低溫保存物質(zhì)時，應將其密封在適當?shù)娜萜髦?，放入冰箱。除冰箱、冷凍機和杠瓦瓶冷阱外，新型半導體致冷器件已在實驗室中應用。半導體致冷又稱電子冷凍或溫差致冷。半導體致冷器件是由特殊的半導體材料制成的，具有無噪聲，可微型化，使用方便，能長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)

6、，易實現(xiàn)高精度溫度控制等優(yōu)點，最低致冷溫度可達到60。 精細化工實驗中常見的操作技術冷卻劑及其組成可冷卻的最低溫度冷卻劑及其組成可冷卻的最低溫度冰水混合物(碎冰)0干冰+丙酮78氯化鈉(1份) +碎冰(3份)21.3干冰+乙醚100結晶氯化鈣(143份)+碎冰(100份)54.9液氮+乙醚116液 氨（常壓蒸發(fā)）33液 氮195.8干冰+乙醇72表3-3致冷用冷卻劑的組成與冷卻溫度 精細化工實驗中常見的操作技術二 、攪拌實驗室中，攪拌可以采用手動和電動。手動攪拌是指用玻璃棒攪拌或手搖操作。電動攪拌指通過電動攪拌器實現(xiàn)攪拌操作。多數(shù)場合采用電動攪拌，操作穩(wěn)定且易于控制。常用攪拌棒形式，如圖3-2

7、所示。其中攪拌棒、適于在圓底燒瓶中使用；攪拌棒、適于在燒杯中使用；攪拌棒特別適用于熔融態(tài)物質(zhì)的分散，但對高粘度的體系不適用。刮壁式攪拌棒和小螺旋槳式攪拌棒適于粘稠物料和懸浮物料；磁力攪拌器能在完全密閉的裝置內(nèi)進行攪拌，它是由電機驅(qū)動磁鐵旋轉(zhuǎn)，磁鐵帶動磁石實現(xiàn)攪拌的。攪拌棒材料多為玻璃或金屬，但近年來趨向用聚四氟乙烯樹脂材料。在精細化工實驗中，建議采用聚四氟乙烯材料的攪拌棒，因為這種攪拌棒耐能腐蝕，并且不易碎。 精細化工實驗中常見的操作技術此外，實驗室中也會用到其它一些攪拌操作，比如，通過氣體在液體中鼓泡產(chǎn)生攪拌、使用振蕩器進行攪拌、使用超聲波產(chǎn)生振蕩等。 圖3-2 常用的攪拌棒形式精細化工實驗

8、中常見的操作技術三、加壓與減壓 1加壓如果反應物料較少且壓力較低，可采用封管實現(xiàn)加壓；如果反應物料較多、壓力較高，則需要在高壓反應釜中實現(xiàn)加壓。封管由耐壓玻璃制成，反應溫度可達到400，壓力達到23MPa。其操作是將反應混合物用長頸漏斗小心地裝入封管底部，至少保留75的剩余空間。再將封管開口端熔封，放于管式爐中，然后調(diào)節(jié)溫度、進行反應。反應結束，待封管冷卻后取出。在對眼睛有保護情況下（戴上護目鏡），將封管上半部分截斷，取出反應物。封管加壓常用于化合物結構分析中的熱裂解試驗等。 精細化工實驗中常見的操作技術在實驗室中，更多的是利用高壓釜進行加壓操作。利用高壓釜加壓，操作簡便、安全，且易控制。高壓

9、釜的釜體多以高強度的鎳鉻不銹鋼制成，耐腐蝕性能良好，有0.1L、0.5L、1L、2L和5L等多種規(guī)格。高壓釜的最高工作壓力視具體設備而定，在9.829.4MPa之間。出于安全，高壓釜上配有安全閥或防爆膜。高壓釜攪拌傳動方式最好采用電動磁力傳動。如果采用電動機械傳動，則需要解決軸與釜之間的動密封問題，并使最高工作壓力降低。目前，玻璃高壓釜已面市，有多種規(guī)格，其釜體材料為玻璃。玻璃高壓釜的優(yōu)點是能直接觀察反應過程，并可彌補不銹鋼高壓釜在耐腐蝕方面的不足。在使用高壓釜時，必須嚴格執(zhí)行操作規(guī)程。 精細化工實驗中常見的操作技術2減壓或抽真空若真空度要求不高，則可以通過簡易水噴射式真空泵實現(xiàn)減壓的目的；若

10、真空度要求比較高，則應該采用規(guī)格適當?shù)恼婵毡?。根?jù)壓力的大小，真空可分為粗真空(壓力1000101325Pa)、次高真空(壓力0.11000Pa)和高真空(壓力小于0.1Pa)。 水噴射式真空泵是利用靜壓能與動能的轉(zhuǎn)換原理造成真空的，即流動越快的地方壓力越低的原理。當氣體被吸入后，高速水流會帶著吸入的氣體排出泵外。如圖3-3所示，簡易的水流噴射泵價格低、操作簡單，但耗水量很大，抽氣量小，一般僅用于抽濾。在水壓較高和溫度較低時，它可以產(chǎn)生0.815kPa的低壓。 精細化工實驗中常見的操作技術循環(huán)水真空泵是以循環(huán)水作為工作流體，依據(jù)射流產(chǎn)生真空，如圖3-4所示。工作時泵體內(nèi)需不斷補充水，將水加至箱

11、體內(nèi)循環(huán)使用，并定期更換。真空泵長期不用時，應將水排空并涂防銹油。循環(huán)水真空泵的真空度受水蒸氣壓的限制，溫度越低真空度越高，壓力可低至0.5lKPa。圖3-3 簡易水噴射泵 玻璃材料制作 金屬材料制作圖3-4 透明式循環(huán)水真空泵精細化工實驗中常見的操作技術油泵多為旋片式真空泵，可達到“次高”真空。但使用時應避免易凝結的蒸汽或腐蝕性氣體進入泵體。油泵一般不能連續(xù)工作過長時間，否則易發(fā)熱使油揮發(fā)。此外，應定期檢修、及時換油。圖3-5為旋片式真空泵的實物圖和原理圖。如果要獲得“高”真空，就必須采用油擴散泵或汞擴散泵。 圖3-5旋片式真空泵 實物圖 原理圖圖3-6安全瓶精細化工實驗中常見的操作技術 實

12、驗室中進行真空操作時，為防止液體倒吸或液柱壓力計內(nèi)指示液沖出，必須在真空泵和系統(tǒng)之間連接體積較大的安全瓶（緩沖瓶），如圖3-6所示。安全瓶通過膠管、玻璃管的配合，分別與系統(tǒng)、真空泵及壓力計相連，為了便于控制，還通過一帶有旋塞的玻璃管與大氣相連。如不需要測壓，也可不接接壓力計。由于真空操作要求系統(tǒng)有良好的氣密性，因此真空裝置均采用磨口接頭，并且實驗前應檢查是否漏氣。操作結束后，為了防止空氣突然進入被加熱的裝置，形成有機物蒸汽與空氣的爆炸性混合物，引發(fā)爆炸，因此必須待系統(tǒng)冷卻至適當溫度后再通大氣，壓力恢復常壓后才能關真空泵。 精細化工實驗中常見的操作技術3壓力測量 實驗室中常用的壓力計是液柱式壓力

13、計，指示劑有水銀、四氯化碳、水、酒精和空氣等多種。應用最多的是水銀液柱式壓力計，分為開口式和閉口式兩種。開口式壓力計，如圖3-7所示，裝有水銀的U型管，一端通常與大氣相連，一端與待測系統(tǒng)相連。通常將壓力計固定在裝有標尺的金屬或木板上。為防止汞蒸發(fā)，可在兩支管的汞柱上面加少量煤油或水。根據(jù)兩支管水銀液柱的高度差R（壓力計讀數(shù)），可以計算出壓力差，再換算得到系統(tǒng)的壓力。通常壓力計管高為760mm，既可測量表壓也可測量真空度。使用時應注意防止水銀沖出管外，一旦沖出，要及時用硫磺粉處理。精細化工實驗中常見的操作技術閉口式壓力計，如圖3-8所示，其一端封閉，另一端接待測系統(tǒng)，僅適用于測量真空度。U型壓力

14、計兩支管中汞柱的高度差（壓力計讀數(shù)），即為系統(tǒng)內(nèi)的絕壓。閉口式壓力計支管高200mm，用于測量絕壓在200mmHg以下的壓力。閉口式壓力計結構緊湊、使用方便，但水銀的裝填比較麻煩。 圖3-7開口式壓力計1，2-測壓接口 3-標尺圖3-8閉口式壓力計1-封口 2-標尺 3-旋塞精細化工實驗中常見的操作技術4壓力的穩(wěn)定 恒壓器如圖3-9所示，主要部件是置于水銀中的浮筒2，它的上端裝有一個軟橡皮塞，開動真空泵，在預期的壓力即將達到時，關閉旋塞4，使浮筒2內(nèi)氣體與系統(tǒng)隔開，從而起到調(diào)節(jié)真空度的作用。當系統(tǒng)內(nèi)壓力降低到一定限度時，浮筒2內(nèi)氣體膨脹，使之上浮，將毛細管3封閉；當系統(tǒng)內(nèi)壓力上升，浮筒下降，使

15、毛細管3暢通，系統(tǒng)內(nèi)的氣體被抽走，壓力保持恒定。當壓力恒定的要求較高時，可將多個恒壓器串聯(lián)使用。 圖3-9浮筒式恒壓器1-汞 2-浮筒 3-毛細管 4-旋塞精細化工實驗中常見的操作技術四、過濾實驗室常用的過濾介質(zhì)包括濾紙、濾布、玻璃砂芯等。濾紙是實驗室中用應最多的一種過濾介質(zhì)。濾紙分為定性濾紙和定量濾紙。實驗中一般用定性濾紙，只有在定量分析時才使用定量濾紙。當采用圓錐形漏斗過濾時，濾紙折疊方法有兩種，平折法（圖3-10）和褶折法（圖3-11圖）。濾紙折疊操作分別按兩圖從折到即可。平折法適用于普通重力過濾，濾紙表面光滑，濾渣易于回收，但濾紙的利用率低，過濾速度慢；褶折法適用于快速過濾，濾紙利用率

16、高，過濾速度快，但濾渣不易回收。 精細化工實驗中常見的操作技術圖3-10濾紙平折示意圖精細化工實驗中常見的操作技術圖3-11濾紙褶折示意圖精細化工實驗中常見的操作技術當過濾強氧化性、強酸性和強堿性物料時，必須用玻璃布、石棉布或無紡布（聚丙烯、尼龍）等代替濾紙。對于非強堿性懸浮液，也可使用玻璃坩堝或砂芯漏斗等進行過濾。當過濾含較大顆粒的物料時，可以不用濾紙，而在漏斗的頸部放不量疏松的棉花或玻璃絲等代替濾紙。當過濾含有極細或有粘性固體顆粒的物料時，為了加快過濾速度，過濾前可進行靜置沉降處理，過濾中先過濾上層較為澄清的部分，再過濾下層固含量多的部分。若過濾目的是除去固體顆粒，則為了加快過濾速度，可考

17、慮在待過濾料液中加入硅藻土、石棉絲、玻璃絲等助濾物質(zhì)，使濾餅有足夠的孔隙率，減少過濾阻力。 精細化工實驗中常見的操作技術1常壓過濾常壓過濾的推動力是重力，多采用圓錐形玻璃漏斗和濾紙實現(xiàn)。操作方法是將濾紙按一定方法折疊好，輕輕放入漏斗中，其邊緣要比漏斗邊緣略低，先對濾紙進行潤濕，再過濾。 2減壓過濾減壓過濾是指在過濾介質(zhì)下游減壓的過濾操作，過濾的推動力是過濾介質(zhì)上、下游的壓力差。減壓過濾裝置如圖3-12所示。過濾前將濾紙剪好，平鋪在布氏漏斗的布孔底面上，濾紙大小以剛好覆蓋布氏漏斗布孔底面的全部濾孔為宜，如圖3-13所示。過濾時，先濕潤濾紙，接真空系統(tǒng)，開真空泵，使濾紙緊貼在漏斗上，再小心把待過濾

18、物料倒入漏斗，使固體均勻分布在整個濾紙面上，一直抽氣到幾乎沒有液體濾出為止。過濾的真空度可由閥門4進行調(diào)節(jié)。起初抽氣時，真空度不可過高，以防止濾紙被吸破。 精細化工實驗中常見的操作技術圖3-12減壓過濾裝置1-吸濾瓶 2-布氏漏斗 3-連接管 4-放空閥 5-安全瓶5圖3-13濾紙放置示意圖1-布氏漏斗2-濾紙 3-吸濾瓶精細化工實驗中常見的操作技術3熱過濾熱過濾是指在較高溫度下進行的過濾操作。主要用來從懸浮液中過濾除去不溶性雜質(zhì)以制備澄清的溶液，或處理在溫度降低時可能有結晶析出的懸浮體系，或含有懸浮顆粒的飽和溶液物料，其過濾操作必須使用熱過濾。 實驗中熱過濾的實現(xiàn)主要有兩種途徑。第一，對于溫

19、度較高的待過濾物料，采用褶折法折疊濾紙，進行快速過濾使過濾過程縮短，從面使整個過濾過程在較高的溫度下進行，如圖3-14所示；第二，采用保溫漏斗，使過濾在保溫下進行，如圖3-15所示。當然，也可以將兩者結合使用。 精細化工實驗中常見的操作技術熱過濾中必須注意：第一，常壓熱過濾時應盡量使用頸短且粗的漏斗，以防止結晶析出，堵塞漏斗。第二，減壓熱過濾時壓力不要太低，以防止過濾下游的溶劑蒸發(fā)過快，另外，減壓熱過濾中必須接緩沖瓶，必要時還要使用冷阱冷卻緩沖瓶以回收蒸發(fā)的溶劑。第三，為了防止過濾上游的溶劑蒸發(fā)和熱量散失過快，熱過濾時可將漏斗口用表面皿蓋住。 圖3-14褶折濾紙及保溫濾液的熱過濾 圖3-15使

20、用保溫漏斗的熱過濾精細化工實驗中常見的操作技術五、回流與分水1回流 回流是使蒸出的液體蒸氣冷凝成液體再回到物料主體的操作?；亓鞑僮魇窃谝后w的沸點下進行的。為了避免液體氣化逸出，常需要采用回流操作?；亓餮b置常用有三種，見圖2-13?；亓鲿r，冷凝措施通常是讓冷卻水自下而上通過球形冷凝管的夾套，蒸汽在冷凝管中冷凝；加熱方式可根據(jù)燒瓶內(nèi)液體的特性和沸點的高低選用，比如水浴、油浴或石棉網(wǎng)直接加熱等。在回流時，為了防止暴沸需要在燒瓶內(nèi)加入幾粒沸石，另外應控制上升蒸汽在冷凝管中的高度，以不超過兩個球為宜。 精細化工實驗中常見的操作技術 圖2-13回流裝置示意圖可隔絕潮氣的回流裝置 帶有吸收反應中生成氣體的回

21、流裝置 可滴加液體的回流裝置精細化工實驗中常見的操作技術2分水分水是指在回流的基礎上，利用密度差別實現(xiàn)水與其它液體分離的操作。為了使反應向有利的方向進行，常利用加熱回流的方法借助分水器分離出生成的水分。有時為了控制反應溫度或降低反應體系中水含量，可通過加入適當?shù)娜軇c水形成共沸混合物，從而帶走熱量并蒸除反應生成的水。當溶劑密度比水小時（如苯、甲苯），可采用圖3-16所示的分水器，少量水可直接計量，也可由底部旋塞放出。當溶劑密度比水大時（如氯仿、四氯化碳等），可采用圖3-16和3-16所示的分水器，但在使用前必須用所選溶劑充滿分水器，以避免生成的水流回反應器。 精細化工實驗中常見的操作技術精細

22、化工實驗中常見的操作技術六、蒸餾 1簡單蒸餾 簡單蒸餾是將均相混合液體進行一次部分氣化和冷凝的分離操作，通常在常壓下操作，其流程如圖2-14所示。待分離的液體混合物加入蒸餾燒瓶中，加熱至沸騰，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)冷凝管冷凝，作為餾出產(chǎn)品。如果混合物中有多個組分，那么可以根據(jù)沸程變化，使用多個接受器，分別接收不同的餾出產(chǎn)品。必須指出，蒸餾時必須攪拌良好或加入助沸物，以引入氣化中心，確保液體平穩(wěn)沸騰，避免發(fā)生暴沸現(xiàn)象。若一旦發(fā)生暴沸，則會產(chǎn)生大量氣泡，并夾帶著液體沖出，使蒸餾失敗，甚至發(fā)生危險。 精細化工實驗中常見的操作技術圖2-14普通蒸餾裝置示意圖 普通水冷凝蒸餾裝置 空氣冷凝蒸餾裝置 可滴加料液的蒸

23、餾裝置精細化工實驗中常見的操作技術2減壓蒸餾 減壓蒸餾是指操作壓力低于大氣壓力的蒸餾過程，也叫真空蒸餾。蒸餾是在沸點下進行的。有些高沸點或低熔點有機物，在達到常壓沸點前會發(fā)生分解、氧化、重排、聚合等反應。因此，這類物質(zhì)混合液體的分離必須通過降低操作壓力實現(xiàn)降低操作溫度的辦法進行蒸餾。減壓蒸餾的流程如圖2-18所示。在減壓蒸餾時，必須特別注意安全操作，嚴格按操作規(guī)程操作。在減壓蒸餾中，切勿使用有裂縫或薄厚不勻的玻璃儀器，以避免這類玻璃儀器在承受一定外壓后可能引起的內(nèi)向爆炸，防止引起人身傷害及其他事故。減壓蒸餾中，不可以用平底燒瓶作蒸餾用容器。 精細化工實驗中常見的操作技術圖2-18減壓蒸餾裝置示

24、意圖1-溫度計 2-蒸餾頭 3-冷凝管 4-應接管 5-真空表 6-放空閥7-阱 8-組合接受器 9-加熱浴 10-蒸餾燒瓶 11-毛細管起泡器精細化工實驗中常見的操作技術3水蒸汽蒸餾 水蒸餾蒸餾是指用水蒸氣作熱源的蒸餾操作，主要用于以下三種情況分離。第一，在混合物中含有大量固體，通常，不適宜用蒸餾、過濾、萃取等方法分離，比如，從固體無機鹽中提取揮發(fā)性物質(zhì)；第二，在混合物中含有焦油狀物質(zhì)，不宜用蒸餾、過濾、萃取等方法分離，比如，從生物殘體、樹脂狀反應混合物等中提取揮發(fā)性物質(zhì)；第三，在常壓下，混合物的沸點比較高，蒸餾時會發(fā)生分解的高沸點有機物的分離，比如，從含有鄰硝基苯酚和2，4-二硝基苯酚的苯

25、溶液中提取揮發(fā)性的鄰硝基苯酚（熔點45，沸點214215）。水蒸氣的裝置圖如圖2-16和圖2-17所示。 精細化工實驗中常見的操作技術圖2-16水蒸氣蒸餾裝置1-玻璃管 2-水蒸氣發(fā)生器 3-分液漏斗 4-聯(lián)接玻璃管 5-蒸餾頭6-冷凝器 7-應接管 8-接受器 9-蒸餾燒瓶 10-加熱浴精細化工實驗中常見的操作技術圖2-17水蒸氣蒸餾簡易裝置圖1-水蒸氣發(fā)生器 2-安全管 3-連接管 4-冷凝管 5-應接管 6-接受器 7-蒸餾燒瓶 8-螺旋夾精細化工實驗中常見的操作技術使用水蒸汽蒸餾時，待分離物質(zhì)必須具備下列條件：常溫下不溶或微溶于水；在操作溫度下長時間與水接觸而不發(fā)生化學變化； 具有一定

26、的蒸汽壓，在近100時其蒸汽壓應不小于1.3kPa。如果在100時待分離物質(zhì)的蒸氣壓仍較低，則可利用過熱蒸汽來進行蒸餾。水蒸汽的冷凝潛熱較大，故水蒸汽蒸餾操作應采用高效冷凝管。另外，水蒸汽蒸餾的速率不要太快，以每秒23滴餾出液的速率為宜。為了防止水蒸汽過多地在蒸餾燒瓶中冷凝，可以小火加熱蒸餾燒瓶，如圖2-16。 精細化工實驗中常見的操作技術4精餾 精餾是將混合液體進行多次部分氣化和多次冷凝的分離操作，裝置圖如圖2-15所示。主要用于多組分混合液的分離、難分離的混合液及分離要求很高的場合。值得注意的是，為達到預期的分餾效果，必須保持分餾柱中有一定的回流液體量。 精細化工實驗中常見的操作技術圖2-

27、15 精餾裝置1-溫度計 2-蒸餾頭 3-冷凝器 4-應接管 5-填料式精餾柱6-旋紋精餾柱 7-接受器 8-刺形精餾柱 9-蒸餾燒瓶精細化工實驗中常見的操作技術七、干燥1氣體的干燥氣體的干燥可以通過圖3-17及圖3-18所示的裝置實現(xiàn)。當用液體干燥劑時，圖3-17適合，比如氬氣、氮氣、氦氣、氯氣等氣體干燥，可用濃硫酸作干燥劑干燥。方法是讓被干燥氣體通過裝有濃硫酸的洗氣瓶，即獲得干燥，濃硫酸的裝量不應超過洗氣瓶體積的一半。當用固體干燥劑時，圖3-18適合，操作中干燥劑的顆粒大小要適當。過小則間隙太小，氣體不易通過；過大則減少了干燥劑與氣體的接觸面積，影響干燥效果。對于易吸濕結塊的干燥劑(如五氧

28、化二磷)，應摻混在石棉纖維、玻璃毛等惰性載體上，以確保氣體順暢通過。 精細化工實驗中常見的操作技術對于冷凝溫度較高的濕分（比如，水蒸汽），還可用冷凝法干燥。該法是借助冷阱來降低溫度，使水蒸氣冷凝或凝固而獲得脫水。常用的冷卻介質(zhì)包括冰、冰水鹽混合物、干冰等。氣體干燥還可采用硅膠吸附法、分子篩脫水法等。 圖3-17洗氣瓶干燥氣體的裝置圖圖3-18 干燥塔干燥氣體的裝置圖精細化工實驗中常見的操作技術液體的干燥干燥劑法是指利用干燥劑除去液體中雜質(zhì)液體的方法。常用干燥劑有無水氯化鈣、無水硫酸鎂、無水硫酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣、金屬鈉等。操作中，將顆粒狀或粉狀干燥劑與液體混合，充分振搖，當

29、水分含量降低到符合要求后將干燥劑濾出。為了達到干燥要求，干燥劑實際用量應為理論用量的510倍。為了提高干燥效果，可分批加入干燥劑。有時，加入干燥劑后會形成水相，這是由于干燥劑吸水后形成的水相與原溶液互不相溶造成的，操作中可先將水相吸出，再加入新鮮干燥劑繼續(xù)干燥。精細化工實驗中常見的操作技術分子篩法是利用分子篩的選擇性除去液體中水等小分子化合物的干燥方法。分子篩是具有多孔骨架結構的沸石型水合硅鋁酸鹽，骨架結構中具有孔徑均勻的通道和排列整齊、內(nèi)表面積相當大的孔穴。當混合液體與分子篩接觸時，只有比孔穴孔徑小的分子才能進入孔穴，從而使不同大小的分子得以分離。常用分子篩的型號包括3A、4A和5A三種型號

30、，其孔徑分別為0.320.33nm、0.420.47nm和0.490.55nm。它們具有脫水快、容量大、可再生及可做成各種形狀的特點。用分子篩干燥液體時，通常將分子篩散放于待干燥的液體中，充分振搖，干燥一定時間后過濾分離。也可將分子篩裝入干燥過的細長棉布袋，再放入待干燥的液體中，干燥后將袋子取出即可。當分子篩干燥能力減弱到一定值后，必須再生。實驗室再生方法主要是在真空條件下或干燥的空氣中，加熱至400。這種方法溫度高，會縮短分子篩的使用壽命，工業(yè)上已普遍采用變壓吸附法在溫和的條件下進行再生。精細化工實驗中常見的操作技術在精細化工實驗中，采用共沸蒸餾法除去液體中水分的方法也比較常用。方法是向待分

31、離液體中加入某種能與水形成共沸物（通常是低沸物）的物質(zhì)作為挾帶劑，然后進行蒸餾，蒸出共沸物以除去水分。金屬鈉、氧化鈣、氫化鈣和五氧化二磷等由于可與水反應生成穩(wěn)定的化合物，因而具有很高的干燥強度。一些不與此類干燥劑作用的液體，如二氯甲烷、二硫化碳、乙腈等，在這些干燥劑的存在下通過蒸餾可徹底除去水分。 精細化工實驗中常見的操作技術固體的干燥自然晾干將濾餅壓干，薄薄地攤開在濾紙上，蓋上另一張濾紙，在空氣中晾干即可。該方法干燥動力小，適用于熔點較低、對熱不穩(wěn)定且易干燥的物質(zhì)，尤其是用于除去固體中的乙醚、丙酮等低沸點溶劑。加熱干燥加熱干燥是指通過供熱移去混合物中濕分的操作。供熱方法可以是導熱、對流、輻射

32、及介電等多種方式。精細化工實驗中常見的操作技術電熱烘箱適用于熱穩(wěn)定的固體物質(zhì)的干燥，加熱溫度應至少低于待干燥物熔點2030，以免變色或分解。一般溫度波動范圍為510，升溫時的余熱會使溫度超過預定溫度，操作中應在溫度相對恒定時放入待干燥物，并且盡量避免放入含濕量很高的待干燥物，以防止烘箱銹蝕。除外，氣流干燥器、紅外燈、紅外烤箱、微波爐等也是實驗室常用的固體干燥設備。氣流干燥器是靠熱風的對流作用干燥，干燥速率比普通電熱烘箱快。紅外燈、紅外烤箱屬輔助干燥設備，具有干凈衛(wèi)生和熱效率高的特點，但表面易于過熱。微波爐屬于介電加熱干燥設備，主要適用于含水物料的干燥，操作干凈衛(wèi)生、熱效率極高，由于微波加熱的熱

33、量是從內(nèi)向外傳遞的，因此能夠保持良好的外觀性狀。 精細化工實驗中常見的操作技術干燥器內(nèi)干燥與保干不宜加熱、含水量很少且較難干燥的固體物料可在干燥器中進行干燥。干燥器，如圖3-19所示，底部放有干燥劑，瓷板上放置待干燥物。常用的干燥劑有氯化鈣、硅膠等。如果干燥要求比較高，那么可以使用真空干燥器進行干燥，如圖3-20所示。真空干燥過程中，通過頂部活塞控制干燥器內(nèi)達到一定的真空度，關上活塞，放置一定時間，直至達到干燥要求。干燥結束后，在通入空氣時，應盡量緩慢，以免空氣吹散被干燥的物質(zhì)。如果一次干燥不能達到要求，可以重復以上操作。干燥器也常用于酸酐、甘油、五氧化二磷等易吸潮物料的保干。 精細化工實驗中

34、常見的操作技術圖3-20 真空干燥器圖3-19 玻璃干燥器精細化工實驗中常見的操作技術減壓恒溫干燥槍干燥法效率很高，特別適于干燥少量樣品。干燥槍如圖3-21所示。使用時將樣品放在夾層內(nèi)，連接盛有五氧化二磷等干燥劑的曲頸瓶，然后抽真空、關閉活塞，并加熱溶劑至回流，使溶劑的蒸汽充滿夾層的外層。這樣，樣品就在恒溫減壓下被干燥。干燥過程中應每隔一定的時間抽真空，以保持真空度。 圖3-21真空干燥槍1-被干燥物質(zhì) 2-干燥劑精細化工實驗中常見的操作技術流化床干燥法在干燥有些固體物料時，容易聚集、結塊并難以粉碎可考慮選用流化床干燥法。比如顏料、醫(yī)藥等需要在高度分散狀態(tài)下使用，要求產(chǎn)品干燥后容易分散，此時采

35、用流化床干燥法是比較適宜的。流化床干燥法的操作過程是：在一個細孔圓盤上放有直徑為35mm的玻璃珠和瓷珠，在圓盤底部向上鼓風，使小球在上面呈流化狀態(tài)，待干燥的漿狀物料由頂部逐漸加入。隨水分的蒸發(fā)和氣化以及小球之間的滾動、擠壓，漿狀物料被干燥成細粉狀，被熱風吹出，進入旋風分離器分離。最后，干燥好的細粉落入容器中。整個干燥過程連續(xù)進行，通過調(diào)節(jié)風量、風溫、加料速度以及換用不同規(guī)格的旋風分離器等可達到不同的干燥和粉碎效果。精細化工實驗中常見的操作技術此外，旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥法和噴霧干燥法在固體干燥中也有應用。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥法是在不斷攪拌、粉碎的同時，蒸發(fā)物料中的水分。噴霧干燥法是將溶液以霧狀噴入熱氣流中，將溶

36、劑蒸發(fā)的過程。上述兩法干燥后的產(chǎn)品分散度均較好。 精細化工實驗中常見的操作技術八、結晶與重結晶 1 結晶結晶是固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從溶液中析出的過程。結晶分兩個步驟，包括晶核形成和晶核成長。結晶方法冷卻法此法是通過降溫造成溶液的過飽和的。適應于溶解度隨溫度降低而顯著減小的溶液結晶，比如，硝酸鉀等無機鹽。蒸發(fā)冷卻法此法通過蒸發(fā)除去部分溶劑，再冷卻達到過飽和。適應于溶解度隨溫度降低而變化不大的溶液結晶，比如，氯化鈉等無機鹽。有時可能只有用蒸發(fā)的方法。 精細化工實驗中常見的操作技術加入第三物質(zhì)法此法是向原溶液中加入第三種物質(zhì)，該物質(zhì)加入后能夠造成溶液的過飽和。比如，向四環(huán)素酸性溶液中加入氨水，當溶液的

37、pH值達到4.64.8時，四環(huán)素游離堿就會結晶析出。影響結晶的因素 過飽和度過飽和度大有利于形成多而小的晶體；反之，形成少而大的晶體。冷卻速度快速冷卻，能夠形成較大的過飽和度，因此，冷卻速度越快，越有利于形成多而小的晶體；反之，形成粗大的晶體。精細化工實驗中常見的操作技術攪拌速度攪拌速度增加，既有利于晶核的形成，也有利于晶體的成長，因此，保持適當?shù)臄嚢杷俣炔拍苓_到理想的結晶效果。通常由實驗確定適宜的攪拌速度。晶種在溶液中加入與結晶體相同的小晶體顆粒，稱之為晶種。晶種的加入，有利于晶核的形成，也有利于控制晶體的形成、晶體的數(shù)量和大小。雜質(zhì)溶液中雜質(zhì)的存在，會對結晶產(chǎn)生不利影響，雜質(zhì)含量越高，影響

38、越大，當高到一定程度時，可能會造成結晶無法進行。因此，在結晶時必須預測雜質(zhì)可能的影響，及時消除，確保結晶操作的正常進行。 精細化工實驗中常見的操作技術2重結晶利用被提純物質(zhì)在特定溶劑中的溶解度不同，使被提純物質(zhì)溶解再從過飽和溶液中析出而分離的方法，稱為重結晶。其操作是把固體溶解在熱的溶劑中達到飽和，再通過冷卻使溶解度降低，讓溶液變成過飽和而析出。顯然，重結晶的關鍵在于溶劑的選擇。合適的溶劑必須具備下列條件：不與被提純物質(zhì)起化學反應；在較高溫度時能溶解多量的被提純物質(zhì)，而在室溫或更低溫度時，只能溶解很少量的該種物質(zhì)；對雜質(zhì)的溶解非常大或者非常??；容易揮發(fā)（溶劑的沸點較低），易與結晶分離除去；能形

39、成理想的晶體；無毒或毒性很小，便于操作；價廉易得。 精細化工實驗中常見的操作技術合適的溶劑經(jīng)常采用試驗的方法選擇，方法如下。取0.1g目標物質(zhì)于一小試管中，滴加約1mL溶劑，加熱至沸。若完全溶解，且冷卻后能析出大量晶體，則此溶劑是合適的。如目標物質(zhì)在較大的溫度范圍內(nèi)，都能溶于1mL溶劑中，則此溶劑是不適用的。若目標物質(zhì)不溶于1mL沸騰溶劑中，可再分批加入溶劑，每次加入0.5mL，并加熱至沸，當共用3mL熱溶劑時目標物質(zhì)仍未溶解，則此種溶劑也是不適用的。若目標物質(zhì)溶于3mL以內(nèi)的熱溶劑中，冷卻后卻無結晶析出，則此溶劑也是不適用的。重結晶操作主要分五個步驟，包括制備熱溶液、熱過濾、冷卻結晶、過濾洗

40、滌和晶體干燥。每步操作都必須耐心和規(guī)范操作。 精細化工實驗中常見的操作技術若固體粗品中含有色雜質(zhì)，則在重結晶時可在物質(zhì)溶解之后，加入粉末狀活性炭或骨炭進行脫色，也可加入濾紙漿、硅藻土等使溶液澄清。有機物形成過飽和物的傾向很大，常不能自發(fā)結晶。為了促使其結晶，可采用以下方法：加入同種物質(zhì)或類質(zhì)同晶物的晶種；用尖銳的玻璃棒摩擦器壁，以形成晶核，此后晶體即沿此核心生長；過冷到-70，然后一邊摩擦容器壁，一邊讓其慢慢地加熱。低溫有利于晶核的生成，但不利晶體的生長，因此一旦有晶體出現(xiàn)，立即移出冷浴，使溫度逐漸回升，以獲得較好的晶體。 精細化工實驗中常見的操作技術重結晶只適應于雜質(zhì)含量不超過5的物系的分離

41、。當雜質(zhì)過多很難結晶時，需要用其他手段初步純化，最簡便有效方法是用活性炭吸附除去可能吸附的樹脂狀物質(zhì)，或通過一根短的吸附柱進行過濾。重結晶產(chǎn)物過濾洗滌時，可先用原溶劑洗滌一次后，若原溶劑沸點較高，則在再次洗滌時用低沸點的溶劑洗滌，這樣做可以使晶體易于干燥。但此溶劑必須能與原溶劑混溶，且晶體不溶或微溶于此溶劑。重結晶產(chǎn)物干燥可根據(jù)晶體的性質(zhì)選用，比如空氣中晾干、真空抽干和烘干等。 精細化工實驗中常見的操作技術九、萃取 1 萃取原理 一種物質(zhì)在兩種互不相溶的液相中的溶解分配符合能斯特分配定律： (3-1)式中：K分配系數(shù)； cA溶質(zhì)在萃取相中的物質(zhì)的量濃度，mol/m3；cB溶質(zhì)在萃余相中的物質(zhì)的

42、量濃度，mol/m3。 當K100時，如果所用萃取劑的體積與原溶液體積大致相等，則一次簡單萃取可將99以上的該物質(zhì)萃取至萃取相中；而當K較小時，必須用新鮮溶劑多次萃取才能達到要求。 精細化工實驗中常見的操作技術多次用少量溶劑萃取比用總量相同的溶劑一次萃取的效果好，尤其是當分配系數(shù)較小時效果更好。由能斯特分配定律推導可得： (3-2)式中：Wnn次萃取后原溶液中所剩被萃取物的質(zhì)量；Wo被萃取物的總質(zhì)量；V原溶液的體積；S加入萃取劑的總體積；K分配系數(shù)，通常萃取次數(shù)n取35為宜。當n5時，再增加萃取次數(shù)，值變化很小。 精細化工實驗中常見的操作技術2萃取劑的選擇萃取劑必須具有溶解度大和選擇性高的特點

43、，而為了容易分離，萃取劑與原溶液中的溶劑必須互不相溶，且密度相差較大。此外，萃取劑還應該價格低廉，來源廣泛，無毒無害，化學穩(wěn)定。常用的萃取劑有水、石油醚、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳以及乙醚等?；旌先軇┑妮腿⌒Ч１葐我蝗軇┖玫枚?，乙醚苯、氯仿乙酸乙酯(或四氫呋喃)都是良好的混合溶劑。當從水相萃取有機物時，向水溶液中加入無機鹽能顯著提高萃取效率，這是因為，無機鹽的加入，提高了分配系數(shù)。對于酸性萃取物應向水溶液中加入硫酸銨；對于中性和堿性萃取物宜用氯化鈉。 精細化工實驗中常見的操作技術實際應用中常采用一些可以與被萃取物反應的酸、堿作為萃取劑。例如，用10的碳酸鈉水溶液可以將有機羧酸從有機相萃取至水相

44、，而不會使酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶于水的酚鈉，所以酚類物質(zhì)仍留在有機相。但用510的氫氧化鈉水溶液卻可以將羧酸和酚類物質(zhì)一起萃取到水相。另外，用510稀鹽酸可以萃取有機胺類化合物，而且加堿中和后又析出有機胺類化合物，這種方法也常稱作洗滌。應當注意的是，有機酸的堿性水溶液或有機堿的酸性水溶液對于中性有機化合物具有一定的溶解度，必要時必須用有機溶劑反提(至少兩次)以保證萃取產(chǎn)品的純度。此外，還可以加入螯合劑、離子對試劑等進行螯合萃取和離子締合萃取，這種方法具有很高的選擇性。 精細化工實驗中常見的操作技術3萃取步驟 實驗室的萃取操作通常在分液漏斗中進行。將待萃取的溶液倒入分液漏斗中，加入萃取劑，塞緊塞子。輕

45、輕旋搖后，右手握住漏斗頸，食指壓緊漏斗塞，左手握在放液的活塞處，拇指壓緊。將漏斗放平或大頭向下傾斜，輕輕振蕩，然后開動活塞放氣。反復振蕩、放氣后靜置分層，將下層液體放出，上層液體由上口傾出。靜置分層時，應小心辨認水層和有機層，因為有機層既可能在上層，也可能在下層。 當溶液中含有不利于萃取的組分時，必須對待萃取體系進行適當?shù)念A處理。同樣地，當以有機溶劑對反應產(chǎn)物進行萃取時，必須從反應系統(tǒng)中蒸除水溶性溶劑。 精細化工實驗中常見的操作技術當兩相密度相差較小或形成穩(wěn)定的乳濁液而難以分層時，可將分液漏斗在水平方向上緩慢旋搖以消除界面上的泡沫；也可通過過濾除去引起乳化的樹脂狀或粘液狀懸浮物；或在有機層中加

46、入乙醚(使有機層密度減小)；或在水層加入氯化鈉、硫酸銨和氯化鈣等無機鹽(使水層密度增大)也可促使分層；有時還可以通過改變pH、離心分離和加熱等方法破壞乳化。當溶解熱、反應熱及溶劑化熱等熱效應較大，而使萃取過程溫度上升時，如果溶劑易于受熱揮發(fā)，則可能導致事故發(fā)生。因此，對于乙醚、二氯甲烷等低沸點溶劑，必須先將被萃取液冷卻至適當?shù)蜏囟群蠓娇蛇M行萃取。萃取時不能立即振蕩，應慢慢翻轉(zhuǎn)漏斗，隨即開啟旋塞泄壓。泄壓后振蕩的強度才能逐漸加強。精細化工實驗中常見的操作技術當用碳酸鹽或碳酸氫鹽萃取強酸時，應注意經(jīng)常釋放產(chǎn)生的二氧化碳氣體。如果預計氣體生成量較大，最好先將有機相和水相在燒杯中混合，再轉(zhuǎn)入分液漏斗。

47、 此外，萃取分離只是輔助分離手段，通常得不到很高的純度，為了獲得高純度物質(zhì)及再利用溶劑，必須對萃取液進行分離。分離方法可采用蒸餾、蒸發(fā)溶劑及酸堿中和等多種方法。從有機相中分離出溶質(zhì)后，往往需加入硫酸鎂、氯化鈣及硫酸鈉等干燥劑進行干燥。 精細化工實驗中常見的操作技術十、升華固體物質(zhì)在其熔點以下受熱，不熔化而直接轉(zhuǎn)化為蒸汽，然后蒸汽又直接冷凝為固體的過程稱為升華。當目標組分與雜質(zhì)組分的蒸汽壓（揮發(fā)能力）不同時，利用升華是可以實現(xiàn)固-固物系的分離的。升華也是純化固體物質(zhì)的一種手段，既可以升華除去不揮發(fā)雜質(zhì)，也可以升華分離不同揮發(fā)度的固體混合物。在實際操作中，有時因雜質(zhì)含量較多，固體加熱后可能會熔化為液體，但只要其蒸汽能直接冷凝成固體，仍把其視作是升華過程。 精細化工實驗中常見的操作技術 實驗室升華操作常在減壓條件下進行的，這樣可以保持操作溫度在熔點以下進行。在減壓條件下，把待分離物質(zhì)加熱，使其氣化，然后再冷凝成固體，見圖3-22。少數(shù)升華操作也可在常壓下進行，如圖3-23。在升華時，通入少量空氣或惰性氣體，可以加速蒸發(fā)，同時使物質(zhì)蒸汽離開加熱面易于冷卻。但通入過多的空氣或其他氣體，會造成升華產(chǎn)品的帶出損失。 精細化工實驗中常見的操作技術圖3-22減壓升華裝置圖圖3-23常壓升華裝置圖精細化工實驗中常見的操作技術十一、離子交換離子交換法