知识总结：蒸馏与分馏

蒸馏与分馏一、蒸馏蒸馏是提纯物质和分离液体混合物的一种方法。

将液体加热至沸，使液体变为蒸汽，然后再将蒸汽冷却，冷凝成液体，这两个过程的联合操作称为蒸馏。

根据被蒸馏物质的性质和要求，可有不同的蒸馏方法。

1．常压蒸馏。

常压蒸馏是一种最简单的，在常压下进行的蒸馏操作，常用来处理受热不发生分解或者沸点不太高的液体物质。

（1）仪器装置。

常压蒸馏使用的仪器包括有：蒸馏烧瓶、温度计、冷凝器、应接管（又叫牛角管）与接受器（常用锥形瓶）。

图5－58为一般水冷凝蒸馏装置。

在安装仪器前，首先要选择好合适规格的仪器。

根据蒸馏物的量选择蒸馏烧瓶，一般是使蒸馏物的体积不超过瓶体积的2/3，也不少于1/3。

选择的温度计，其温标上限应比蒸馏物的沸点高10—20℃。

蒸馏沸点在150℃以下的液体时，一般选择直形冷凝器，其长短应视具体蒸馏对象和数量而定。

沸点愈低，蒸馏愈不容易冷凝则需冷凝器愈长，内管径愈粗；反之沸点愈高，蒸汽容易冷凝，冷凝器就应短些、细些。

蒸馏量大，冷凝器应长，蒸馏大量低沸点物质时，还可选用蛇形或球形冷凝管，若冷凝沸点高于150℃液体时，应使用不带套管的空气冷凝器。

如果不是标准磨口仪器（图5－59），需配好各连接处的木塞。

温度计插在烧瓶中央，汞泡上限应与烧瓶支管下限在一水平位置，烧瓶的支管通过木塞和冷凝器相连，支管口应插出木塞2～3cm左右。

用水冷凝时，其外套中通水，下口为进水口，上口为出水口，此口要向上，才能保证套管间能充满水，以提高冷凝效率。

冷凝器下端接应接管，应接管下端伸入到接受器中。

应接管与接受器间不可使用塞子，应与外界相通。

烧瓶、冷凝器都应用铁架台固定。

仪器的安装顺序一般是先从热源处开始，然后“由下而上，由左到右（或由右到左）”依次安放：铁架台上的铁圈（或三角架），石棉网、蒸馏烧瓶和冷凝器等，并用铁夹将烧瓶垂直夹好。

安装冷凝器时，应先调整它的位置使其与蒸馏烧瓶支管同轴。

再调整冷凝器时只能延此轴移动，以防将烧瓶支管折断。

安装好的仪器一定要使各仪器的轴线都在一个平面上，以防由于仪器安装不当而损坏仪器或妨碍操作。

（2）操作方法。

①加料：往烧瓶中加入液体物料要使用漏斗，要使其沿着支管相对的颈壁流下，要加入几粒沸石或瓷片（助沸物），塞好带温度计的瓶塞，检查并塞紧所有连接处的塞子。

②加热：用水冷凝时，应先向水冷凝器中缓缓通入自来水，然后再开始加热。

加热后液体温度逐渐上升，温度计读数也开始上升，当温度计读数急剧上升时，应将火焰适当调小。

蒸馏时，合适的加热温度通常以每秒蒸出1～2滴馏出液为宜，要使温度计汞泡上常有被冷凝的液滴，此时的温度即为液体与蒸汽平衡时的温度。

温度计的读数就是馏出液的沸点。

③收集馏出液：收集馏出液的接受器至少应准备两个。

开始加热蒸出的较低沸点的液体称为“前馏分”或“馏头”，应收集在一个接受器中。

当温度达到所需蒸馏物的沸点并恒定时，应用另一接受器接受，并记下这部分液体开始馏出时到最后一滴时的温度读数，这就是该馏分的沸程。

纯粹的液体沸程一般不超过1～2℃，一般实验中蒸馏出的液体沸程可大些。

当温度上升，超过恒定温度时，即可停止加热。

此时馏出的液体也应收集在另外的接受器中。

④蒸馏完毕：应先停止加热，再停止通入冷凝水。

冷却后，拆卸仪器。

拆除仪器的顺序与安装倾序正好相反。

（3）注意事项。

①蒸馏过程要防止“爆沸”现象发生。

加热前应向蒸馏瓶中加入助沸物，如沸石、小无釉瓷片、毛细管或小玻璃球等，以供应沸腾时所需要的“气芽”，以防止由于过热而发生“暴沸”，使液体溢出瓶外，发生危险。

但绝不允许接近沸腾时，往液体中加沸石，这样会因突然放出大量的蒸汽而将大部分液体从蒸馏瓶口喷出造成事故。

②使用蛇形或球形冷凝器时，应垂直安装，不能斜放。

因球形冷凝器倾斜安装时，球内含残留积液；倾斜安装的蛇形冷凝管，管内会积存液体而阻塞通路，使烧瓶内压力增大而发生事故。

③实验过程中，要随时注意水冷凝器中水流情况，因水冷凝器中一旦断水，而未发现，常会使冷凝的易燃蒸汽逸出而造成着火事故。

2．水蒸气蒸馏。

采用水蒸气蒸馏的方法，被分离提纯的物质应具备以下条件：不溶于或难溶于水；在沸腾情况下与水长时间共存而不起化学变化；在100℃左右时必须具有一定的蒸汽压，一般不少于1333.224Pa（10毫米汞柱）（如果为1～5毫米汞柱，则需用过热水蒸气蒸馏）。

水蒸气蒸馏是在常压下进行的。

在低于100℃的情况下，可将高沸点组分与水一起蒸馏出来。

因此，分离那些在其沸点附近易分解的物质，或从不挥发物质或从大量树脂状杂质中分离出所需的组分时，都可采用水蒸气蒸馏法。

（1）仪器装置。

常用的水蒸气蒸馏装置如图5－60所示。

水蒸气发生器可以是铁制，也可用圆底烧瓶。

水蒸气发生器内盛水量通常为其容积的2/3～3/4，不能太满。

安全管（玻璃管）的末端要插到水蒸气发生器的底部，它是用以调节发生器内压的。

如果系统内发生阻塞，水便会从管的上口喷出。

用于蒸馏的烧瓶通常是500ml的长颈圆底烧瓶。

瓶内液体不宜超过其容积的1/3。

为防止瓶内液体因跳溅而冲入冷凝器内，烧瓶应向水蒸气发生器方向倾斜45放置，水蒸气导入管的尾端应弯曲，使之接近烧瓶底部并垂直于底中央。

蒸汽导出管的口径最好比水蒸气导入管的大些。

馏出液通过应接管进入接受器。

接受器外可用冷水浴冷却。

水蒸气发生器与蒸馏烧瓶之间应装一带弹簧夹的T形管，以便及时除去冷凝下来的水滴。

（2）操作方法。

①加热水蒸气发生器，水沸腾后夹紧T形管处的弹簧夹，调节好火焰使水蒸气均匀地进入烧瓶内。

②为防止水蒸气冷凝，使水在烧瓶中聚积过多，可用小火微热烧瓶。

③控制加热温度和调节冷凝水流速，要使蒸汽全部冷凝成液体。

④结束蒸馏时，先打开弹簧夹，使体系与大气相通再停止加热。

（3）注意事项。

①蒸馏具有高熔点物质时，固体易在冷凝器内析出，当有较多固体析出时，应暂停冷凝水流通，甚至可将冷凝水放出，使固体熔化成液体流出后，再用水冷凝。

要防止冷凝器阻塞而发生事故。

②冷凝器断水后，再重新通入冷水时，水流要缓慢，避免冷凝器骤冷而炸裂。

③在蒸馏中断或蒸馏完毕时，一定要先打开弹簧夹，再停止加热，否则烧瓶中的液体会倒吸入水蒸气发生器中。

④蒸馏过程中，一旦发现安全管内水位迅速上升，应立即打开弹簧夹并停止加热。

这表示体系内发生了堵塞，堵塞被排除后再开始蒸馏。

3．减压蒸馏。

减压蒸馏也叫真空蒸馏，它是在较低压力下进行的蒸馏操作。

它特别适用于那些在常压蒸馏时未达到沸点即已受热分解。

氧化或聚合的物质。

物质的沸点较高，不易用常压蒸馏的方法蒸出时，可用减压蒸馏，以降低沸点，减少分解和增加蒸馏效率。

（1）仪器装置。

整个装置可分为蒸馏和减压两大部分。

①蒸馏部分：被蒸馏物要放在减压蒸馏瓶[又叫克氏（Claisen）蒸馏瓶]中进行蒸馏。

减压蒸馏瓶有一个粗的杈管，当减压蒸馏时，瓶内液体沸腾，冲出的液体可进入杈管，液体可再次流回烧瓶，从而避免液体冲入冷凝器中。

插入烧瓶内液体中的毛细管是为向液体中通入空气，以作为液体沸腾的气化中心，使蒸馏能平稳进行。

接受器可用蒸馏烧瓶或抽滤瓶。

②减压部分：实验室常用水流泵或真空泵进行减压。

水流泵抽气的真空度最低可达9.3×10Pa，真空泵抽气的真空度可达13Pa。

使用水流泵减压时，要在水流泵与蒸馏装置之间放一安全瓶。

使用真空泵抽真空时，泵前应设置吸收洗涤气体的装置，以避免低沸点物质、酸性蒸汽等被抽入真空泵，使泵体腐蚀并降低泵的真空效率。

吸收洗涤气体的装置是，装有固体氯化钙、颗粒状氢氧化钠、石蜡片、活性炭的吸收塔及冷却阱。

冷却阱内的冷却剂可根据需要选择，如冰-水、冰-盐和干冰等用来测量体系内压力的是用汞压力计（压差计）或压力表。

图5－61是减压蒸馏的仪器装置。

图5－62是使用真空泵的减压蒸馏装置。

（2）操作方法。

（水流泵减压蒸馏）①检查装置是否漏气。

将蒸馏装置与泵连好。

旋紧烧瓶上的螺旋夹1，打开安全瓶上的两通活塞2。

开启水流泵进行抽气，慢慢关闭活塞2，观察压力计上所示的真空度，若不能达到所需要求，应检查各连接处是否漏气，并进行处理。

如果抽气后超过了所需真空度，可慢慢旋转活塞2使之进入少量空气，调节至所需真空度。

②调节螺旋夹1，使液体中有连续平稳的小气泡通过。

③开启冷凝水。

④给蒸馏瓶加热。

可根据需要选择合适的热浴。

克氏瓶的圆球部分至少应有2/3浸入热浴中。

热浴中要放一支温度计，以便随时控制热浴的温度。

一般情况下，热浴温度应比待蒸馏液体的沸点高20～30℃。

⑤蒸馏时，若要收集不同馏分而又不中断蒸馏，则可用两尾或多尾应接管，如图5－63所示。

多尾应接管的几个分支用橡皮塞与接受器连接起来。

转动多尾应接管，就可使不同的馏分流入指定的接受器中。

图5—64是磨口多瓶接受器。

（3）注意事项。

①被蒸馏物中含有低沸点物质时，应先进行常压蒸馏，然后再用水流泵减压蒸馏。

②烧瓶内的蒸馏物应为其容积的1/2。

③毛细管使用前应先检查是否通气（可在乙醚中吹气检查）。

蒸馏易氧化的物质时，应从毛细管中通入氮气、二氧化碳或惰性气体。

如蒸馏中有固体物质析出时，可用下端粗上端细的毛细管，以避免堵塞。

④进行减压蒸馏操作时，最好带防护眼镜或在通风橱中进行。

二、分馏分馏就是应用分馏柱来使几种沸点相近的液体混合物进行分离的方法。

利用分馏分离混合物的原理与蒸馏是一样的，实际上分馏就是多次蒸馏。

分馏的效率与所选用的分馏柱的效率有很大关系。

分馏柱的效率决定于液体与蒸汽接触面的大小、回流比（指在同一时间内返回分馏柱的液体量与馏出液体量之比）和蒸馏速度。

为使分馏柱内液体与蒸汽的接触面积增大，充分进行热交换，分馏柱内应加填料。

在分馏柱柱身外用石棉绳、玻璃布等保温材料包裹和控制加热的速率也可以提高分馏效率。

1．简单分馏。

简单分馏与蒸馏大致相同。

通常液体混合物的沸点不高，或混合物沸点相差较大（25℃左右）时，可用简单分馏。

（1）仪器装置。

待分馏混合物放入圆底烧瓶中，烧瓶上装普通分馏柱，一般常用维格罗（Vigreux）分馏柱又叫刺形分馏柱（图5－65），柱上插温度汁。

分馏柱的支管和冷凝器相连，用锥形瓶做接受器。

（2）操作方法。

操作顺序与蒸馏基本一样。

加热热浴时，当液体沸腾后，要调节浴温使蒸汽慢慢升入分馏柱。

切忌温度忽高忽低，约15分钟能使蒸汽达到柱顶，有液滴滴出后，调节浴温使蒸出液体的速率控制在每二、三秒钟一滴。

待低沸点组分蒸完后，再渐渐升温，当第二组组分蒸出时会产生沸点的迅速上升。

这时应换另一接受器。

（3）注意事项。

①分馏一定要缓慢进行，要控制好恒定的蒸馏速度；②要使有相当量的液体自柱流回烧瓶中，即要选择合适的回流比；③必须尽量减少分馏柱的热量损失和波动。

2．精密分馏。

精密分馏通常叫精馏。

其原理与普通分馏相同。

对于分离液混合物沸点相差10℃左右时，需采用精密分馏。

由于对精馏的分馏效率要求较高，其仪器装置较复杂，而且对精馏装置的安装要求也比较严格，对于影响分馏的效率的各项技术指标都需进行测定计算。