蒸餾原理及蒸餾和精餾的區(qū)別

蒸餾的原理利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差異，使液體混合物局部汽化并隨之使蒸氣局部冷凝，從而實(shí)現(xiàn)其所含組分的分別。是一種屬于傳質(zhì)分別的 單元操作。廣泛應(yīng)用于煉油、化工、輕工等領(lǐng)域。其原理以分別雙組分混合液為例。將料液加熱使它局部 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，這在肯定程度上實(shí)現(xiàn)了兩組分氣相中的難揮發(fā)組分局部轉(zhuǎn)入液相， 液相中的易揮發(fā)組分局部轉(zhuǎn)入 氣相，也即同時(shí)實(shí)現(xiàn)了液相的局部汽化和汽相的局部冷凝。液體的分子由于分子運(yùn)動(dòng)有從外表溢出的傾向。這種傾向隨著溫度的上升而增大。假設(shè)把液體置于密閉的真空體系中，液體分子連續(xù)不斷地溢出而在液面上部形成蒸氣，最終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，蒸氣保持肯定的壓力。此時(shí)液面上的蒸氣到達(dá)飽和，稱為飽和蒸氣，它對液面所施的壓力稱為飽和蒸氣壓。試驗(yàn)證明，液體的飽和蒸氣壓只與溫度有關(guān)，即液體在肯定溫度下具有肯定的蒸氣壓。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確實(shí)定量無關(guān)。將液體加熱至沸騰，使液體變?yōu)檎魵?，然后使蒸氣冷卻再分散為液體，這兩個(gè)〔至少30℃以上〕才能得到較好的分別效果。在常壓下進(jìn)展蒸餾時(shí)，由于大氣壓往往不是恰好為0.1MPa，因而嚴(yán)格說來，應(yīng)對觀看到的沸點(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，因此可以無視不計(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 氣化中心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，并足夠抑制由于液柱所產(chǎn)生的壓力時(shí)，蒸氣的氣泡就上升逸出液面。因此，假設(shè)在液體中有很多小空氣或其它的氣化中心時(shí)，液體就可平穩(wěn)地沸騰，假設(shè)液體中幾乎不存在空氣，瓶壁又格外干凈光滑，形成氣泡就格外困難。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格外快，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)參加助沸物以期引入氣化中心，保證沸騰平穩(wěn)。助沸物一般是外表疏松多孔、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)管以引入氣化中心 〔留意毛細(xì)管有足夠的長度，使其上端可擱在蒸餾瓶的頸部，開口的一端朝下〕 狀況下，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可能已經(jīng)失效。另外，假設(shè)承受浴液間接加熱，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削減瓶內(nèi)蒸餾液中各局部之間的溫差，而且可過熱的可能。純粹的液體有機(jī)化合物在肯定的壓力下具有肯定的沸點(diǎn)，但是具有固定沸點(diǎn)的液體不肯定都是純粹的化合物，由于某些有機(jī)化合物常和其它組分形成二元或三元共沸混和物，它們也有肯定的沸點(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。假設(shè)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〔但在蒸餾時(shí)，實(shí)際上測量的并不是不純?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)〕。假設(shè)雜質(zhì)是揮發(fā)性的，則蒸餾時(shí)液體的沸點(diǎn)會(huì)漸漸上升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。不揮發(fā)的留在蒸餾器內(nèi)，這樣，可到達(dá)分別和提純的目的。故蒸餾是分別和提純液態(tài)化合物常用的方法之一，是重要的根本操作，必需嫻熟把握。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)到分別和提純的目的，只好借助于分餾。純液態(tài)化合物在蒸餾過程中 沸程范圍很小〔0.5~1℃〕。所以，蒸餾可以利用來測定沸點(diǎn)。用蒸餾法測定沸點(diǎn)的方法為常量法，此法樣品用量較大，要 10 mL以上，假設(shè)樣品不多時(shí)，應(yīng)承受微量法。分餾試驗(yàn)原理定義：分餾是利用分餾柱將屢次氣化—冷凝過程在一次操作中完成的方法。因此，分餾實(shí)際上是屢次蒸餾。它更適合于 分別提純沸點(diǎn)相差不大的液體有機(jī)混合物。進(jìn)展分餾的必要性：〔 1〕蒸餾分別不徹底。〔 2〕屢次蒸餾操作繁瑣，費(fèi)時(shí)，鋪張極大。蒸氣接觸，二者進(jìn)展熱交換，蒸汽中高沸點(diǎn)組分被冷凝，低沸點(diǎn)組分仍呈蒸氣上升，而冷凝液中低沸點(diǎn)組分受熱氣化，高沸點(diǎn)組分仍呈液態(tài)下降。結(jié)果是上升的蒸汽中低沸點(diǎn)組分增多，下降的冷凝液中高沸點(diǎn)組分增多。如此經(jīng)過屢次熱交換，就相當(dāng)于連續(xù)屢次的一般蒸餾。以致低沸點(diǎn)組分的蒸氣不斷上升，而被蒸餾出來；高沸點(diǎn)組分則不斷流回蒸餾瓶中，從而將它們分別。工業(yè)蒸餾的方法①閃急蒸餾。將液體混合物加熱后經(jīng)受一次局部汽化的分別操作。②簡潔蒸餾。使混合液漸漸汽化并使蒸氣準(zhǔn)時(shí)冷凝以分段收集的分別操作。③精餾。借助回流來實(shí)現(xiàn)高純度和高回收率的分別操作 最廣泛。對于各組分揮發(fā)度相等或相近的混合液，為了增加各組分間的相對揮發(fā)度，可以在精餾分離時(shí)添加溶劑或鹽類，這類分別操作稱為特別蒸餾，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)反響的，稱為反響精餾。試驗(yàn)室蒸餾操作蒸餾操作是化學(xué)試驗(yàn)中常用的試驗(yàn)技術(shù)，一般應(yīng)用于以下幾方面：有效的分別；測定純化合物的沸點(diǎn)；提純，通過蒸餾含有少量雜質(zhì)的物質(zhì)，提高其純度；回收溶劑，或蒸出局部溶劑以濃縮溶液。加料：將待蒸餾液通過玻璃漏斗留神倒入 蒸餾瓶中，要留意不使液體從支管流出。參加幾粒助沸物，安好溫度計(jì)， 溫度計(jì)應(yīng)安裝在通向冷凝管的側(cè)口部位 次檢查儀器的各局部連接是否嚴(yán)密和妥當(dāng)。加熱：用水冷凝管時(shí)，先由冷凝管下口緩緩?fù)ㄈ肜渌?出引至水槽中，然后開頭加熱。加熱時(shí)可以觀察蒸餾瓶中的液體漸漸沸騰，蒸氣漸漸上升。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到達(dá)平衡。然后再稍稍加大火焰，進(jìn)展蒸餾。掌握加熱溫度，調(diào)整蒸餾速度，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，使一局部液體的蒸氣直承受到火焰的熱量，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)展得太慢，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)偏低或不標(biāo)準(zhǔn)。觀看沸點(diǎn)及收集餾液 ：進(jìn)展蒸餾前，至少要預(yù)備兩個(gè)承受瓶。由于在到達(dá)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。這局部餾液稱為 “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)干凈枯燥的承受瓶承受，登記這局部液體開頭餾出時(shí)和最終一滴時(shí)溫度計(jì)的讀數(shù)，即是該餾分蒸出后，假設(shè)再連續(xù)上升加熱溫度，溫度計(jì)的讀數(shù)會(huì)顯著上升，假設(shè)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)停頓蒸餾。即使雜質(zhì)含量極少，也不要蒸干，以免蒸餾瓶裂開及發(fā)生其他意外事故。蒸餾完畢，應(yīng)先停頓加熱，然后停頓通水 。撤除儀器的挨次和裝配的挨次相反，先取下承受器，然后拆下尾接收、冷凝管、 蒸餾頭和蒸餾瓶等。????操作時(shí)要留意：〔1〕在蒸餾燒瓶中放少量碎瓷片，防止液體暴沸。 〔2〕溫度計(jì)水銀球的位置應(yīng)與支管口下緣位于同一水平線上?！?3〕蒸餾燒瓶中所盛放液體不能超過其容積的 2/3，也不能少于 1/3?！?〕冷凝管中冷卻水從下口進(jìn)，上口出?！?〕加熱溫度不能超過混合物