减压蒸馏

减压蒸馏

一、基本原理

很多有机化合物，特别是高沸点的有机化合物，在常压下蒸馏往往发生分解、氧化或聚合的物质。在这种情况下，采用减压蒸馏方法最为有效。

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；从另一个角度来看，由于液体表面分子逸出所需的能量随外界压力的降低而减少。因此，降低蒸馏体系的压力，则液体的沸点下降，这种在减压下的蒸馏操作称为减压蒸馏或真空蒸馏。一般的高沸点有机化合物，当压力降低到20mmHg时，沸点比常压沸点要低100~120℃。可利用图1的沸点-压力的经验计算图，近似地找出高沸点物质在不同压力下的沸点。例如，水杨酸乙酯常压下的沸点为234℃，现欲找其在20mmHg 的沸点为多少度，可在图1的b线上找出相当于234℃的点，将此点与c线上20mmHg处的点联成一直线，把此线延长与a线相交，其交点所示的温度就是水杨酸乙酯在20mmHg时的沸点，约为118℃。

图1. 沸点-压力的经验计算图

二、减压蒸馏装置

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。简单的减压蒸馏装置如图2所示。蒸馏部分由蒸馏瓶、克氏蒸馏头、毛细管、温度计及冷凝管、接受器等组成。蒸馏烧瓶内蒸馏的液体约占其容量1/3~1/2，不可超过1/2。克氏蒸馏头可减少由于液体暴沸而溅入冷凝管的可能性；而毛细管的作用，则是导入空气，不断形成小气泡作为气化中心，使蒸馏平稳，避免液体过热而产生暴沸冲出现象，这对减压蒸馏是非常重要的。毛细管口距瓶底约1~2mm，为了控制毛细管的进气量，可在毛细玻璃管上口套一段软橡皮管，橡皮管中插入一段细铁丝，并用螺旋夹夹住。蒸出液接受部分(图2中16和17)，通常用多尾接液管连接两个或三个厚壁梨形或圆形烧瓶，在接受不同馏分时，只需转动接液管，使不同的馏分流入指定的接受器中，而不中断蒸馏。在减压蒸馏系统中切勿使用有裂缝或薄壁的玻璃仪器，尤其不能用不耐压的平底瓶(如锥形瓶、平底烧瓶等)，以防止内向爆炸。

抽气部分用减压泵，最常见的减压泵有水泵和油泵两种。

安全保护部分一般有安全瓶，安全瓶的作用是使仪器装置内不发生太突然的变化以及防止泵油的倒吸。若使用油泵，则要注意油泵的防护保养，不使有机物质、水、酸等的蒸气侵入油泵内。易挥发有机物质的蒸气被泵油吸收，染污泵油，严重降低泵的效率；水蒸气凝结在油泵里，会使油乳化，也会降低油泵的效率；酸会腐蚀油泵。因此，用油泵进行减压蒸馏时，在接受器和油泵之间，应顺次装上冷阱和分别装有粒状氢氧化钠、块状石蜡、硅胶或无水氯化钙等吸收干燥塔，以除去低沸点溶剂、酸和水汽进入油泵。其中冷阱可放在广口的保温瓶内，用冰-盐或干冰-丙酮冷却剂冷却。

一般在油泵减压蒸馏前必须在常压或水泵减压下蒸除所有低沸点液体和水以及酸、碱性气体。测压部分采用测压计，常用的测压计为U型水银压力计或麦氏真空规。

1. 旋夹

2. 乳胶管

3. 单孔塞

4.套管

5. 圆底烧瓶

6. 毛细管

7. 温度计

8.单孔塞

9.套管

10.Y型管11.蒸馏头12.水银球13.进水14.直型冷凝管15.出水16.真空接引管17. 接收瓶18. 安全瓶19.冷阱20. 压力计21. 氯化钙塔22. 氢氧化钠塔23. 石蜡块塔

图2 减压蒸馏装置

三、操作方法

为使系统密闭性好，磨口仪器的所有接口部分都必须用真空油脂润涂好，检查仪器不漏气后，加入待蒸的液体，量不要超过蒸馏瓶的一半。仪器安装好后，先检查装置的气密性及装置能减压到何种程度。方法是：关闭毛细管，减压至压力稳定后，观察系统真空度是否能达到要求；然后夹住连接系统的橡皮管，观察压力计水银柱有否变化，无变化说明不漏气，有变化即表示漏气。

若整套系统符合要求，则关好安全瓶上的活塞，开动油泵，调节毛细管导入的空气量，以能冒出一连串小气泡为宜。小气泡作为液体沸腾汽化中心，同时又起一定的搅拌作用，可防止液体暴沸，使沸腾保持平稳。当压力稳定后，开始加热。液体沸腾后，应注意控制温度，并观察沸点变化情况。待沸点稳定时，转动多尾接液管接受馏分，蒸馏速度以每秒0.5 1滴为宜。

在蒸馏过程中，应注意水银压力计的读数，记录时间、压力、液体沸点、油浴温度和馏出液流出速度等数据。蒸馏完毕，除去热源，慢慢旋开夹在毛细管上的橡皮管的螺旋夹，待蒸馏瓶稍冷后再慢慢开启安全瓶上的活塞，平衡内外压力(注意：这一操作须特别小心，一定要慢慢的旋开旋塞，使压力计中的水银柱慢慢地恢复到原状，如果引入空气太快，水银柱会很快的上升，有冲破U型管压力计的可能)，然后才关闭抽气泵。

对减压蒸馏操作中的一些说明：

1. 用毛细管起气化中心的作用，用沸石起不到作用。对于易潮解或易氧化的物质，可抽气减压后从毛细管通入高纯度的氮气，然后再抽气减压，如此反复几次，赶走装置内的空气，然后持续从毛细管通入氮气。

2. 减压蒸馏操作，一般要求首先水泵减压蒸除低沸点的有机溶剂和易挥发的酸性气体，再用油泵减压蒸馏收集目标馏分，这样可更好地保护油泵，并防止蒸馏的混合物在减压时暴沸冲出；并可只需直接加一个干冰-丙酮冷阱保护油泵，而不需要加石蜡塔、氯化钙、氢氧化钠碱塔，从而获得较高的真空度。

3. 减压蒸馏前先抽真空，真空稳定后再慢慢升温。

4. 冷阱要及时的清理，最好每次使用后清洗并烘干。注意油泵的保养，油泵要经常的换油。