实验5 减压蒸馏

主要内容一、实验目的二、实验原理三、仪器药品四、实验装置五、实验流程六、注意事项七、思考题一、实验目的（1）了解减压蒸馏的原理和应用范围。（2）认识减压蒸馏的主要仪器设备。（3）掌握减压蒸馏仪器的安装和操作方法。二、实验原理液体的沸点是指它的蒸气压等于外界压力时的温度，因此液体的沸点是随外界压力的变化而变化的，如果借助于真空泵降低系统内压力，就可以降低液体的沸点，这便是减压蒸馏操作的理论依据。二、实验原理减压蒸馏，也称真空蒸馏，指低于0.1MPa下进行蒸馏（低于常压）。通过降低系统压力以降低被蒸馏液的沸点，以顺利分离和纯化。“粗真空”[101.323~1.3332kPa(760~10mmHg)]一般可用水泵获得。“中真空”[133.2~13.332Pa(10~0.1mmHg)]一般可用油泵获得。“高真空”[13.332Pa(0.1mmHg)]一般可用扩散泵获得。1、减压蒸馏、压力范围一般划分：二、实验原理温度与蒸气压的关系图液体在常压、减压下的沸点近似关系图沸点（压力p下）(a)200100200300400沸点（常压下）（b）2670133066701070013330压力（Pa）（c）液体在常压下的沸点与减压下的沸点的近似关系图1）当蒸馏在1333～1999Pa（10～15mmHg）进行时，压力每相差133.3Pa（1mmHg），沸点相差约1℃；2）也可以用下图压力温度关系图来查找，即从某一压力下的沸点值可以近似地推算出另一压力下的沸点。可在B线上找到的点常压下的沸点，再在C线上找到减压后体系的压力点，然后通过两点连直线，该直线与A的交点为减压后的沸点。减压蒸馏时沸点与压力的关系在减压蒸馏前，应先从文献中查阅该化合物在所选择的压力下的相应沸点，如果文献中缺乏此数据，可用下述经验规律大致推算，以供参考。3）沸点与压力的关系可近似地用下式求出：p为蒸气压；T为沸点（热力学温度）；A，B为常数。如以lgp为纵坐标，1/T为横坐标，可以近似地得到一直线。TBAplg减压蒸馏亦是分离提纯液态有机化合物常用的方法。减压蒸馏的应用它特别适用于那些在常压蒸馏时未达沸点即已受热分解、氧化或聚合的物质。许多有机化合物的沸点当压力降低到1.3～2.0（10～１5mmHg）时，可以比其常压下的沸点降低80～100℃，因此，减压蒸馏对于分离或提纯沸点较高或性质比较不稳定的液态有机化合物具有特别重要的意义。三、仪器药品仪器：蒸馏部分由蒸馏瓶（100ml）、克氏蒸馏头、毛细管（带螺旋夹）、温度计（100或150℃）及直形冷凝管、接受器（60ml蒸馏烧瓶）、水浴锅、电热套等组成。抽气部分——实验室通常用水泵或油泵进行减压（BY型U形压力计-300mm，SHB-D型微型循环水真空泵、缓冲瓶）。药品：蒸馏水（测不同压力下，水的沸点）减压蒸馏装置主要由蒸馏、抽气（减压）、安全保护和测压四部分组成。四、减压蒸馏装置用水泵1063~3333Pa(8~25mmHg)用油泵：13Pa(0.1mmHg)减压泵实验室通常用水泵或油泵进行减压。水泵：系用玻璃或金属制成，其效能与其构造、水压及水温有关。水泵所能达到的最低压力为当时室温下的水蒸气压。例如在水温为6-8℃时，水蒸气压为0.93-1.07kPa；在夏天，若水温为30℃，则水蒸气压为4.2kPa左右。现在一般用循环水泵代替简单水泵，在使用时比油泵更加方便、实用和简单。五、实验流程1、按上图安装仪器；2、检查气密性；3、加料、抽真空、加热蒸馏；4、结束蒸馏【实验步骤】1、安装实验装置,检查气密性。2、加料:量取25mL蒸馏水加至克氏烧瓶。3、打开螺旋夹(缓冲液),启动循环水真空泵。4、分别调节负压至0.03、0.02、0.01MPa,计算系统内压力:P系=P气-P负如气压0.083MPa、负压340mmHgP系=0.83×760-340=290.8mmHg。5、加热,检查水的bp值。6、停止加热,开毛细管夹,缓冲瓶夹,除真空之后,停泵。7、将系统改为常压蒸馏,测量水的bp。【实验记录】水的饱和蒸汽压与温度关系（实际实验中利用水泵）水沸点经验计算公式t=100+0.0367(P系-760)-0.000023(P系-760)2P系=P气-P负=760-真空度（mmHg）(表压)=0.101325-真空度（MPa）真空度（水泵值）MPaP系=P大—P负（真空度）mmHg实测值℃文献值℃0.03401.28840.02477.28880.01533.28920629.28951）、被蒸馏液体中若含有低沸点物质时，通常先进行普通蒸馏，再进行水泵减压蒸馏，而油泵减压蒸馏应在水泵减压蒸馏后进行。2）、在系统充分抽空后通冷凝水，再加热（一般用油浴）蒸馏，一旦减压蒸馏开始，就应密切注意蒸馏情况，调整体系内压，记录压力和相应的沸点值，根据要求，收集不同馏分。3）、旋开螺旋夹和打开安全瓶均不能太快，否则水银柱会很快上升，可能冲破测压计；4）、必须待内外压力平衡后，才可关闭油泵，以免抽气泵中的油倒吸入干燥塔。最后按照与安装相反的程序拆除仪器。六、注意事项答：在低于大气压力下进行的蒸馏称为减压蒸馏。减压蒸馏是分离提纯沸点有机化合物的一种重要方法，特别适用于沸点高的物质以及在常压下蒸馏未达到沸点时即受热分解、氧化或聚合的物质。七、思考题1、何谓减压蒸馏？适用于什么体系？2、在用油泵减压蒸馏高沸点化合物前，为什么要先用水泵或水浴加热，蒸去绝大部分低沸点物质（如乙酸乙酯）？答：尽可能减少低沸点有机物损坏油泵。3、减压蒸馏中毛细管的作用是什么？能否用沸石代替毛细管？答：减压蒸馏时，空气由毛细管进入烧瓶，冒出小气泡，成为液体沸腾时的气化中心，这样不仅可以使液体平稳沸腾，防止暴沸，同时又起一定的搅拌作用。答：油泵的结构较精密，工作条件要求较严，蒸馏时如有挥发性的有机溶剂、水、酸蒸气都会损坏泵和改变真空度。所以要有吸收和保护装置。主要有：（1）冷阱：使低沸点（易挥发）物质冷凝下来不致进入真空泵。（2）无水CaCl2干燥塔，吸收水汽。（3）粒状氢氧化钠塔，吸收酸性气体。（4）切片石腊：吸收烃类物质。4、使用油泵减压时，常有哪些吸收和保护装置？其作用是什么？答：用热浴的好处是加热均匀，可防止暴沸，如果直接用火加热的话，情况正好相反。因为系统内充满空气，加热后部分溶液气化，再抽气时，大量气体来不及冷凝和吸收，会直接进入真空泵，损坏泵改变真空度。如先抽气再加热，可以避免或减少之。5、在进行减压蒸馏时，为什么必须用热浴加热，而不能用直接火加热？为什么进行减压蒸馏时须先抽气才能加热？