实验6减压蒸馏

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实验6减压蒸馏实验六减压蒸馏一、实验目的1、学习减压蒸馏的原理及其应用2、掌握减压蒸馏仪器的安装及其操作技术二、预习要求理解减压蒸馏的定义；了解减压蒸馏的用途及适用范围；了解各种泵的减压效率；巩固有机实验装置搭配顺序；掌握测压计的使用；思考在本实验屮如何防止汞屮毒、玻璃仪器炸裂、倒吸等实验事故的发生。三、实验原理减压蒸馏，顾名思义就是减少蒸馏系统内的压力，以降低其沸点来达到蒸馏纯化的目的的蒸馏操作。实验证明：当压力降低到10〜15毫米汞柱(1.3〜2.0kPa)时，许多冇机化合物的沸点可以比其常压下的沸点降低80〜100°C。闵此，减压蒸馏对于分离或提纯沸点较高或者性质比较不稳定的液态有机化合物具有特别重要的意义。因为这类有机化合物往往加热未到沸点即已分解、氧化、聚合，或者其沸点很高很难达到，而采用减压蒸馏就可以避免这种现象的发生。所以，减压蒸馏也是分离、提纯液态有机物常用的方法。减压蒸馏亦称真空蒸馏，一般把低于101.3kPa压力的气态空间称为真空，因此真空在程度上有很大的差别。 在减压蒸馏实验前，应先从文献中查阅该化合物在所选压力下相应的沸点。如果缺乏此数据，常用下述经验规律大致推算，仅供参考。当蒸馏在1333〜1999Pa（10〜15mmHg）下进行时，压力每相差133.3Pa（ImmHg）沸点相差约1°C。在实际减压蒸馏中，可以参阅图6-1，估计一个化合物的沸点与压力的关系，从某一压力下的沸点可推算另一压力下的沸点（近似值）。例如，常压下沸点为250°C的某有机物，减压到lOmmHg时沸点应该是多少？可先从上图B线（中间的直线）上找出250°C的沸点，将此点与C线（右边直线）上的lOmmHg的点连成一直线，延长此直线与A线（左边的直线）相交，交点所示的温度就是lOmmHg时的该有机物的沸点，约为110°C。此沸点，虽然为估计值，但较为简便，有一定参考价值。图6-1液体在常压下的沸点和减压下的沸点近似关系图沸点与压力的关系也可以近似地用下式求出：lgP=A+B/TP为蒸气压，T为沸点（热力学温度，K＞，A,B为常数。如以lgP为纵坐标，T为横坐标，可以近似地得到一直线。从两组已知的压力和温度算岀A和B的数值，再将所选择的压力代人上式即可算出液体的沸点。但实际上许多化合物沸点的变化并不是如此，主要是化合物分子在液体中缔合程度不同。四、实验内容（一）减压蒸馏装置 常用的减压蒸馏装置如图6-2所示。主要包括蒸馏、量压、保护和减压四部分。图6-2减压蒸馏装置1、蒸馏部分：主耍仪器有热浴锅、双颈蒸馏烧瓶A（又称Claisen克氏蒸馏烧瓶）、毛细管C、冷凝管、多头尾接管G、接液瓶B等。通常根裾馏出液沸点的不同选择合适的浴液，不能直接用火加热。减压蒸馏过程中，一般控制浴液温度比液体的沸点高20〜30°C。双颈蒸馏烧瓶A的设计目的是防止由于暴沸或者泡沫的发生而使混合液溅入蒸馏烧瓶支管。毛细管C（其实是一端拉成毛细管的玻璃管，拉制方法见实验一）插入到距瓶底约1〜2mm地方，可以防止暴沸，又可以用来平衡气压。毛细管C的粗口端套上一段橡皮管，用螺旋夹D夹住，用来调节进入瓶屮的空气量。否则，将会引入大量空气，达不到减压蒸馏的目的！蒸馏150°C以上物质时，可用蒸馏烧瓶作为接液瓶（切勿使用三口烧瓶）；蒸馏15CTC以下物质时，接受器前应连接合适的冷凝管。如果蒸馏不能中断或要分温度段接收馏出液，则要采用多尖尾接管。通过转动多尖尾接管使不同馏分收集到不同接液瓶中。2、量压部分主要仪器是测压计（如水银测压计），其作用是测量减压蒸馏系统的压力。水银测压计的结构如图6-3所示。（1）封闭式（2）开口式图6-3测压计图6-4装汞装置 ①封闭式水银测压计设计轻巧、读数方便，但是这种测压计在装汞时要严格控制不让空气进入，否则准确度受到影响。所以常用特定的装汞装置（如图6-4所示）进行装汞：先将纯净的汞放入小圆底烧瓶内，然后如图与测压计连接，用高效油泵抽空至O.lmmHg以下。然后一边轻拍小烧瓶，使求内的7气泡逸出，一边用微热玻璃管，使H体抽出，最后把求注入u形管，停止抽气、放入大气即可。②开口式水银测压计如图6-3(2)所示。这种测压计测量准确、装汞方便，但是比较笨重，所用U形管的高度耍超过760mm。U形管两壁汞柱高度之差即为大气压力与系统中压力之差，所以使用时要配有大气压计。另外，由于是开口式，操作时要小心，不要使汞冲出U形管。3、保护部分主要包括安全瓶、冷却阱和几个气体吸收塔，其作用是吸收对真空泵有损害的各种气体或者蒸气，借以保护减压设备。一般用吸滤瓶作安全瓶E,因为它壁厚耐压。安全瓶的连接位置与方法如图6-2所示，活塞F用来调节压力及放气。冷却阱(又叫捕集管)用来冷凝水蒸气和一些低沸点物质，捕集管外用冰一盐或冰一水混合物冷却。无水氯化钙(或用硅胶)干燥塔，用来吸收经捕集管后还未除净的残余水蒸气。氢氧化钠吸收塔，用來吸收酸性蒸气。最后装上石蜡片干燥塔，用来吸收烃类气体。4、减压部分主要装置是加压泵。采用不同的减压泵，可以获得不同的真空度。用水泵可获得1.333〜lOOkKa(10〜760mmHg)的真空，常称为“粗”真空；用油泵可获得0.133〜133.3Pa(0.001〜lOmmHg)的“次高”真空;用扩散泵可获得<0.133Pa(<0.001mmHg)的“高”真空。在有机化学实验室屮，通常根据需耍选择水泵或油泵即可达到冃的。 水泵在室温下其抽空效率可以达到8〜25毫米汞柱，此效率取决于水泵的结构、水压、水温等因素。如用水泵抽气，则减压蒸馏装置可简化如图6-5所示。由图可知安全瓶不能少，它可以防止水压下降时水流倒吸。停止蒸馏时要先放气，后关泵。6-5用水泵的减压蒸馏装置若要较低的压力，可采用油泵。好的油泵应能抽到I毫米汞柱以下。但是由于油泵的成本较高，所以如果能用水泵抽气的，则尽量使用水泵。一定要用油泵时，蒸馏前必须先用水泵彻底抽去系统中的有机溶剂的蒸气,然后改用油泵，并且在蒸馏部分和减压部分之间，必须装有气体吸收浆置。减压系统必须保持管道畅通，密封不漏气，橡皮管要用厚壁的橡皮管，磨口玻璃塞涂上真空脂。另外，整套装置中的所有仪器必须是耐压的。（二）减压蒸馏的操作1、安装、检漏依据图5-3所示，将仪器按顺序安装好后，先检查系统能否达到所要求的压力。检查方法为：先旋紧双颈蒸馏烧瓶A上毛细管的螺旋夹D，再关闭安全瓶上的活塞F。用泵抽气，观察测压计能否达到要求的压力。若达到要求，就慢慢旋开安全瓶上的活塞，放入空气，直到内外压力相等。如果漏气，则需在漏气部位涂上熔化的石蜡。2、加料、抽气在双颈蒸馏烧瓶中加入需要蒸馏的液体混合物，注意不得超过容积的1/2。旋紧安全瓶上的活塞，开动抽气泵，调节安全瓶上的活塞F,观察测压计能否达到要求的压力（粗调）。如果还有微小差距， 可调节毛细管上的螺旋夹来控制导入的空气量（微调），以能冒出一连串的小气泡为宜。3、加热、蒸馏一段时间后，系统内压力达到所要求的低压时，便开始加热。蒸馏过程中，要经常注意测压计上所指示的压力和温度计读数。控制蒸馏速度以1〜2滴/秒为宜。待达到某一馏分的沸点时，移开热源，更换接受器，收集馏分直至蒸馏结朿。4、后处理蒸馏完毕，要停止加热，再慢慢旋开夹在毛细管上的橡皮管的螺旋夹，并慢慢打开安全瓶上的活塞放入空气（若放开得太快，水银柱很快上升，有冲破测压计的可能），平衡内外压力，使测压计的水银柱慢慢的恢复原状，然后才可以关闭抽气泵，以免抽气泵中的汕倒吸入干燥塔。最后拆除仪器。五、思考题1、在什么情况下才耍用减压蒸馏？2、在减压蒸馏装置中为什么要有吸收装置？3、水泵的减压效率如何？4、使用油泵时要注意那些事项？5、减压蒸馏过程中为什么不能直接用火加热?