Перегонка с водяным паром

Перегонка с водяным паром - один из распространенных методов выде­ления и очистки органических веществ. Этот метод широко используется не только в лабораторной практике, но и в промышленности. Перегонка с паром применима к веществам, которые практически не смешиваются и не взаимодействуют с водой.

Перегонку с паром используют в различных целях:

• для выделения из смесей и очистки веществ, которые кипят при очень высокой температуре или вообще не перегоняются без разложения;

• для очистки веществ, загрязненных большим количеством смолистых нелетучих примесей;

• для отделения нелетучих с паром твердых веществ от высококипящих растворителей (например, нитробензол с температурой кипения 210 °С можно легко отогнать с водяным паром при 99 °С);

• для выделения малорастворимых в воде веществ, имеющих при тем­пературе около 100 °С заметное давление пара.

Перегонка с паром основана на тех же физико-химических принципах, что и простая перегонка. С повышением температуры давление паров и воды, и не смешивающегося с водой вещества возрастает (практически независимо). Кипение начинается, когда сумма парциальных давлений насыщенного пара компонентов становится равной атмосферному давле­нию - иными словами, точка кипения смеси воды и летучего вещества обычно ниже 100 °С (не следует забывать о том, что водные растворы нелетучих веществ всегда кипят выше, чем чистая вода). Согласно закону Дальтона, суммарное давление пара P равно сумме парциальных давлений паров перегоняемого вещества А и воды В: Р = р_А + р_B.

В процессе перегонки в холодильнике будут одновременно конденсиро­ваться пары воды и перегоняемого вещества. Относительное количество вещества, отгоняемого с водяным паром, можно найти по следующему уравнению:

где Q_А - масса вещества в дистилляте, Q_В- масса воды в дистилляте, М_А - молекулярная масса вещества; 18 - молекулярная масса воды; р_A - давление паров вещества при температуре перегонки; р_B - давление паров воды при температуре перегонки, которое определяют по специ­альным таблицам; р_A = 760 – р_B. Отсюда масса воды, необходимая для перегонки 1 г вещества:

Прибор для перегонки с водяным паром состоит из парообразователя, перегонной колбы, длинного эффективного холодильника и приемника (рис. 24). Парообразователь представляет собой металлический сосуд (его можно заменить обычной круглодонной колбой емкостью 1.5-2 л), имеющий предохранительную и водомерную трубки. Предохранительная трубка доходит почти до дна парообразователя и при резком повышении давления в парообразователе из-за сильного нагревания это повышение компенсируется поднятием воды по предохранительной трубке.

 

7. СОСТАВ ПАРА НАД КИПЯШЕЙ СМЕСЬЮ.

В таблице приводится ряд веществ, перегоняемых с водяным паром. Таблица 4.

Вещество	Температура кипения чистого вещества, °С	Температура кипения смеси вещества с водяным паром, °С	Содержание вещества в дистилляте, %
Анилин	184, 4	98, 5	23, 1
Бромбензол	152, 6	95, 5	61, 0
Нафталин	218, 2	99, 3	14, 4
Фенол		98, 6	20, 6
Нитробензол	210, 9	99, 3	15, 3

 

Рис. 24. Прибор для перегонки с паром: 1 - парообразователь, 2 - тройник с краном, 3 - перегонная колба, 4 - холодильник, 5 - алонж, 6 - приемник, 7 - предохранитель­ная трубка, 8 - показатель уровня жидкости в парообразователе, 9 - металлизирован­ная асбестовая сетка

Парообразователь соединен с перегонной колбой при помощи резино­вой трубки. В качестве перегонной можно применять колбу Вюрца или обычную круглодонную колбу. Трубка, по которой пар вводится в колбу, должна доходить почти до самого дна колбы.

Необходимо не допускать переброса перегоняемой жидкости в приемник. Для этого перегонная колба должна иметь длинное горло и располагаться наклонно (рис. 24), чтобы брызги не попадали в пароотводную трубку, соединенную с холодильником. Колбу наполняют жидкостью не более чем на 1/3 ее объема.

Между парообразователем и колбой помещают стеклянный трой­ник. Его боковой отросток снабжен краном или резиновой трубкой с за­жимом. Этот тройник выполняет роль водоотделителя (в начале пере­гонки конденсируется некоторое количество воды, которую необходимо слить) и, что важно, перед прекращением нагревания парообразова­теля кран или зажим тройника открывают, так как в противном случае жидкость из перегонной колбы 3 будет переброшена в паро­образователь 1.

Перегонку с водяным паром ведут следующим образом. Парообразо­ватель заполняют водой приблизительно на 2/3 его объема и нагревают до температуры кипения. Одновременно нагревают перегонную колбу. Все это время тройник открыт. Когда вода в парообразователе за­кипит, тройник закрывают и начинают перегонку. Образующиеся пары конденсируются в холодильнике и поступают в приемник в виде эмуль­сии. Если вещество осаждается в холодильнике в виде кристаллов, то на короткое время сливают из холодильника охлаждающую воду, и иду­щие из колбы пары расплавляют кристаллы. При этом нужно следить, чтобы не сконденсировавшийся в холодильнике пар не увлек с собой перегоняемое вещество. Впускание холодной воды в холодильник следует производить с осторожностью.

Перегонку ведут до тех пор, пока из холодильника не начнет вытекать чистая вода. В конце перегонки сначала открывают тройник, а затем гасят горелки. Дистиллят разделяют с помощью делительной воронки, водную фазу при необходимости экстрагируют подходящим растворителем, кото­рый затем упаривают.

Для перегонки с паром небольших количеств вещества (5-7 г) мож­но использовать упрощенный прибор, состоящий из набора для простой перегонки с насадкой Кляйзена. В эту насадку вставляют капельную во­ронку без обвода, в которую наливается вода (рис. 25). Затем проводят обычную перегонку, собирая смесь целевого продукта и воды, которую по мере расходования прибавляют в колбу.

 

Рис. 25. Прибор для перегонки с водяным паром небольших количеств вещества