蒸馏与分馏分离技术..
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8
图2
蒸馏实验装置及安装方法
9
实验步骤
安装仪器 加 料 加沸石
通冷凝水
停止蒸馏
馏分收集
加热
正确拆除实验装置
10
注意：
1. 蒸馏过程中，蒸馏装置永远不能完全密封，总有一处通大 气。
2. 被蒸馏液中含有的固体，应先滤去。
3. 蒸馏前要了解被蒸馏物的性质。一是了解其组成沸点，二 是了解有无在蒸馏中会发生爆炸的物质存在 ( 如过氧化氢、 高氯酸、肼等物质达到一定浓度后自身或在有机物存在下 发生爆炸。 ) 。若有，应先除去或控制其浓度不要接近危 险点，并且要在有安全保护装置的条件下进行蒸馏。
24
图7 分馏装置
（3）分馏应注意的问题
①选好分馏柱 • 分馏的关键。被分馏的混合物沸点差别越大， 对分馏柱的要求越低；沸点差别越小，使用的 分馏柱塔板数应越高。 • 分馏柱所需理论塔板数也可以用下式估算：
T1 + T2 2 ( T2 - T1)
n—为理论塔板数 T2、T1—为低、高沸点组分的沸点(K)
12
二、分馏技术
应用分馏柱来使几种沸点相近的混合物 进行分离的方法，称为分馏。 （1）分馏的基本原理 ①多次蒸馏原理：图3 对于沸点接近的混合物，采用多次简单 蒸馏以得到纯物质是不现实的，而这种多次 重复的操作可以用分馏（在分馏柱中）来完 成。
13
图3
苯-甲苯体系的温度-组成相图
14
②分馏柱
图4 常见分馏柱 a-维格罗柱 b-亨普尔柱 c-分馏头
21
例 如：
• 乙醇沸点为78.3℃， • 水的沸点为100℃。 • 水和乙醇可以形成共沸物，共沸点在78.1℃。 共沸物的组成为乙醇95.6%，水4.4%。 • 当乙醇和水的混合物在分馏时，先馏出的液体组 成总是共沸物的组成，即乙醇95.6%，水4.4%。 直到乙醇或水两个组分之一被蒸完后，才蒸出另 一个纯组分。所以含水的乙醇是无法用分馏来制 备无水乙醇的。
20
注
意：
当某混合物中的组分能形成共沸时，有两种情况。 Ⅰ有最高共沸点时，在被分馏物组成未达到恒温组 成前，可能将多余的组分馏出一部分，使体系内 组成逐渐向共沸组成接近。当瓶内物料组成已达 到共沸物的组成后，温度即会上升，共沸物开始 馏出，直到瓶内物料蒸完为止 Ⅱ若物料是双组分具有最低共沸点的体系，则情况 有所不同。先蒸出共沸物，当其中一种组分被蒸 完后，温度会上升到多余组分的沸点，即多余组 分被蒸出直至蒸完。
6
（3）蒸馏装置及一般操作
①装置
问题：Ⅰ温度计水银球位置？最大刻度的要求？ Ⅱ安装与拆装顺序？ Ⅲ冷凝管哪端接水管？
②操作
问题：Ⅰ料液最多不能超过烧瓶多少？ Ⅱ沸石的作用？沸石能否重复使用？ Ⅲ冷凝器如何选用？ Ⅳ判断馏出液沸点的现象？应该怎样做？ Ⅴ停止蒸馏顺序？
7
仪器选用： 根据蒸馏物的量，选择大小合适的蒸馏瓶（蒸馏物液 体的体积，一般不要超过蒸馏瓶容积的2/3，也不要少 于1/3。
水（100） 氯化氢（－83.7） 丙酮（56.2） 氯仿（61.2）
67.8
108.6 64.7
23
67.6
79.8 20.2 20.0 80.0
（2）分馏的操作
装置
操作要点：
为了防止柱内液体聚集，通 常用石棉绳或电加热套管包 扎柱体，以保证柱内气液热 交换的动态平衡。 柱内的气液间的热量交换需 要一定的时间，因此蒸馏速 度或蒸汽上升速度不应太快， 这是至关重要的。如果加热 太猛，蒸出速度过快，不仅 会使柱内失去梯度而降低柱 效，同时还容易造成液泛 （即上升蒸汽将下降的液体 顶上去，破坏了回流的现 象），所以要注意调控温度。 分馏柱要尽可能调整到垂直 状态，以保证柱子内表面的 冷凝液的均匀分布和蒸气的 齐头上升。
4
当A、B 两组分组成为XB 的弧立体系加 热到S点时，体系出现两相。据此相图 可知它们的组成： 气相的组成：B：XgB ； A：1- XgB 液相的组成：B：XlB ； A ：1- XlB
5
（2）蒸馏原理：
如图1，若原始溶液的组成为XB，加热到S 时开始沸腾，此时，共存气相的组成为 Xg B ，显然 Xg B＞ XB 。若将该气相液化， 则组分B较原始溶液含量高；而留在蒸馏瓶 中的溶液中含A组分（高沸点）比原来多。 注意：一般情况下只有两组分的沸点相差80℃ 以上时才有可能得到纯的低沸点馏出物。若两 组分沸点相差小于80℃，最好用分馏。
18
⑤共沸点
具有固定的沸点和固定组成的双组分混合 物，其沸腾时气相和液相的组成完全相同，无法分 馏分离。这一沸点叫共沸点；其组成叫共沸物。
最高共沸点— 共沸点高于两个组分的独立沸点。 最低共沸点— 共沸点低于两个独立组分沸点。
19
图5 最高共沸混合物的相图
图6 最低共沸混合物的相图
•如果溶液组成位于Z点左边，则分馏仅能得到少量的低沸点A； •如果溶液组成位于Z点右边，则分馏仅能得到少量的高沸点B。
仪器安装：（先下后上、先左后右） 确定热源（电炉、水浴、油浴或其它热源）→固定蒸 馏瓶→装蒸馏头→安温度计（使温度计水银球的上限 与蒸馏头侧管的下限同处一水平线上）→装冷凝管 （上端出水口向上，出水；下端进水口向下，进水） →接液管→接受瓶（一般不用烧杯作接受器，常压蒸 馏用锥形瓶，减压蒸馏用圆底烧瓶；正式接受馏液的 接受瓶应事先称重并做记录）。
17
④ 分馏柱的效率
用理论塔板数（n）和理论塔板高度（H）表示。
•理论塔板：一个理论塔板就相当于一次简单 蒸馏。一根分馏柱的理论塔板数越大，分馏 能力越大。 •理论塔板高度：表示分馏柱单位高度的分馏 效率。也就是相当于完成一次蒸馏所需的分 馏柱高度。越小越好。 •其关系：理论塔板数=柱长÷理论塔板高度
16
③分馏原理
当烧瓶中被分馏的液体加热到沸点后，蒸 气进入分馏柱，并被部分冷凝成液体。这液体 含低沸点成分比蒸馏瓶内的多，因此沸点也比 蒸馏瓶内的低。当烧瓶内另一部分蒸气上升到 分馏柱中时，便和这部分已冷凝的液体进行热 交换，使其重新气化，而蒸气则被部分冷却。 继续上升的蒸气在离开分馏柱以前在不断进行 着上升 — 冷凝 — 气化的过程。每一次分馏柱内 由下向上的气化 — 冷凝过程都使低沸点组分的 含量提高。难以用简单蒸馏的办法分离的混合 液体在适当的分馏柱和适当的条件下可分开。
3
T （℃） 。 T αA （ bA ）
G(相区) L S G+L S' L(相区) G G'
T（℃）
。 α B（TbB ）
（100％A） 0 XL B
XB
g g' （100％B） 1 XB XB
图1 气-液平衡的相图
• aA、aB分别为A、B两物 质在纯化合物时的正常 沸点， aA ＞aB 。 • aA、aB之间的两条弧线， 上面的叫气相线，下面 的叫液相线。在气相线 上方为气相单相区，在 液相线下方为液相单相 区，两线之间为气液两 相共存。 • 纵坐标为温度。横坐标 为A、B两组分的组成， 左端为100%A，右端为 100%B。
蒸馏与分馏分离技术
1. 蒸馏技术
2. 分馏技术
3. 减压蒸馏技术 4. 水蒸气蒸馏技术
1
• 蒸馏：就是将液体物质加热到沸腾变成蒸汽，再 将蒸汽冷凝到液体的过程。用于分离沸点相差大 于30度的液体。 • 分馏：通过分馏柱一次加热实现多次蒸馏的过程。 用于分离沸点相近的液体。 • 纯粹的液体有机化合物在一定的压力下具有一定 的沸点，但是具有固定沸点的液体不一定都是纯 粹的化合物，因为某些有机化合物常和其它组分 形成二元或三元共沸混合物，它们也有一定的沸 点。
22
表1
组成（沸点℃） 水（100）
几种常见的共沸混合物
共沸混合物沸点（℃） 各组份含量（％）
78.2 Байду номын сангаас.4
乙醇（78.5）
水（100） 二 元 共 沸 混 合 物
95.6
8.9
苯（80.1）
水（100） 甲苯（110.6） 乙醇（78.5）
69.4
84.1
91.1
19.6 80.4 32.4
苯（80.1）
15
实验室常用的分馏柱有两种：维格罗（Vigrux）柱和 亨普尔（Hempel）柱。维氏柱又叫刺形分馏柱，是 一个有很多犬牙交错凹凸的玻璃管。它几乎是一般 有机实验室必备的仪器。优点是无需填料，柱内滞 留液体很少且易于洗脱，缺点是分馏效率差。
亨氏柱又叫填料式分馏柱，其空管如图2－4b。管内 径为2.5—3.5cm,长度30—60cm不等。分馏效率的高低取 决于填料的种类,一般是“雷氏环”、短玻管（6×6mm）。 该分馏柱优点是分馏效率高，缺点是柱内液体滞留较多且 不易洗脱。 回流比：指在同一时间内回流的液体量和馏出的液 体量之比（可以用数滴来简单地计量）。
2
一、 蒸馏技术
（1）二元组分体系的相图 • 相律的表达式为：F=K+2 （相数） 式中： F（自由度），K（组分数），
• 对于二元体系， K=2 ， =1 （蒸馏操作中对象一 般为均一的液体）则： F=2-1+2=3 。即自由度为： 温度（T）、压力（P）和浓度（X）。 • 表示这三个变量的相图必须用立体图。但一般蒸 馏操作是在固定的压力下进行的，所以可以用这 个立体相图的一个截面，即平面图 T-X 图来表示 其气液平衡。
26
4. 为了防止在蒸馏过程中发生爆沸，保证沸腾的平稳状态， 常加 2 ～ 3 粒沸石。注意，不能在液体沸腾或接近沸腾时加 入沸石，用过的沸石需烘干后才可再用。 5. 温度计位置要准确，否则影响收集组分的纯度及数量
11
6. 控制加热速度对得到纯馏分极为重要，加热快， 纯度低；加热慢，使得温度变化较大，无法判断 收集终点 7. 若馏出液需绝对干燥，在接液管的支管上可接一 个干燥塔，以防止大气中水分侵入。若馏出液毒 性大或气味难闻，可在接液管支管上接一个吸收 瓶吸收，或者在某些情况 下接一根管子引入水 槽下水管，用水流带走逸出的气体。 8. 如果维持原来加热程度，不再有馏出液蒸出，温 度突然下降时，就应停止蒸馏，即使杂质量很少 也不能蒸干，特别是蒸馏低沸点液体时更要注意 不能蒸干，否则易发生意外事故； 9. 蒸馏完毕，先停止加热，后停止通冷却水，拆卸 仪器，其程序和安装时相反。
25
n=
注
意
• 实际塔板数高于计算所得的理论塔板数, 才能得到满意的结果。 • 理论塔板数与实际塔板数之比叫塔板效 率 (η), η应为0.5-0.7。
②分馏要缓慢进行 控制好恒定的分馏速度，选择好合适 的回流比。
③尽量减少分馏柱的热量损失和温度波动 这样可提高分馏效率。 ④注意双组分液体共沸点的蒸馏
图2
蒸馏实验装置及安装方法
9
实验步骤
安装仪器 加 料 加沸石
通冷凝水
停止蒸馏
馏分收集
加热
正确拆除实验装置
10
注意：
1. 蒸馏过程中，蒸馏装置永远不能完全密封，总有一处通大 气。
2. 被蒸馏液中含有的固体，应先滤去。
3. 蒸馏前要了解被蒸馏物的性质。一是了解其组成沸点，二 是了解有无在蒸馏中会发生爆炸的物质存在 ( 如过氧化氢、 高氯酸、肼等物质达到一定浓度后自身或在有机物存在下 发生爆炸。 ) 。若有，应先除去或控制其浓度不要接近危 险点，并且要在有安全保护装置的条件下进行蒸馏。
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图7 分馏装置
（3）分馏应注意的问题
①选好分馏柱 • 分馏的关键。被分馏的混合物沸点差别越大， 对分馏柱的要求越低；沸点差别越小，使用的 分馏柱塔板数应越高。 • 分馏柱所需理论塔板数也可以用下式估算：
T1 + T2 2 ( T2 - T1)
n—为理论塔板数 T2、T1—为低、高沸点组分的沸点(K)
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二、分馏技术
应用分馏柱来使几种沸点相近的混合物 进行分离的方法，称为分馏。 （1）分馏的基本原理 ①多次蒸馏原理：图3 对于沸点接近的混合物，采用多次简单 蒸馏以得到纯物质是不现实的，而这种多次 重复的操作可以用分馏（在分馏柱中）来完 成。
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图3
苯-甲苯体系的温度-组成相图
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②分馏柱
图4 常见分馏柱 a-维格罗柱 b-亨普尔柱 c-分馏头
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例 如：
• 乙醇沸点为78.3℃， • 水的沸点为100℃。 • 水和乙醇可以形成共沸物，共沸点在78.1℃。 共沸物的组成为乙醇95.6%，水4.4%。 • 当乙醇和水的混合物在分馏时，先馏出的液体组 成总是共沸物的组成，即乙醇95.6%，水4.4%。 直到乙醇或水两个组分之一被蒸完后，才蒸出另 一个纯组分。所以含水的乙醇是无法用分馏来制 备无水乙醇的。
20
注
意：
当某混合物中的组分能形成共沸时，有两种情况。 Ⅰ有最高共沸点时，在被分馏物组成未达到恒温组 成前，可能将多余的组分馏出一部分，使体系内 组成逐渐向共沸组成接近。当瓶内物料组成已达 到共沸物的组成后，温度即会上升，共沸物开始 馏出，直到瓶内物料蒸完为止 Ⅱ若物料是双组分具有最低共沸点的体系，则情况 有所不同。先蒸出共沸物，当其中一种组分被蒸 完后，温度会上升到多余组分的沸点，即多余组 分被蒸出直至蒸完。
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（3）蒸馏装置及一般操作
①装置
问题：Ⅰ温度计水银球位置？最大刻度的要求？ Ⅱ安装与拆装顺序？ Ⅲ冷凝管哪端接水管？
②操作
问题：Ⅰ料液最多不能超过烧瓶多少？ Ⅱ沸石的作用？沸石能否重复使用？ Ⅲ冷凝器如何选用？ Ⅳ判断馏出液沸点的现象？应该怎样做？ Ⅴ停止蒸馏顺序？
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仪器选用： 根据蒸馏物的量，选择大小合适的蒸馏瓶（蒸馏物液 体的体积，一般不要超过蒸馏瓶容积的2/3，也不要少 于1/3。
水（100） 氯化氢（－83.7） 丙酮（56.2） 氯仿（61.2）
67.8
108.6 64.7
23
67.6
79.8 20.2 20.0 80.0
（2）分馏的操作
装置
操作要点：
为了防止柱内液体聚集，通 常用石棉绳或电加热套管包 扎柱体，以保证柱内气液热 交换的动态平衡。 柱内的气液间的热量交换需 要一定的时间，因此蒸馏速 度或蒸汽上升速度不应太快， 这是至关重要的。如果加热 太猛，蒸出速度过快，不仅 会使柱内失去梯度而降低柱 效，同时还容易造成液泛 （即上升蒸汽将下降的液体 顶上去，破坏了回流的现 象），所以要注意调控温度。 分馏柱要尽可能调整到垂直 状态，以保证柱子内表面的 冷凝液的均匀分布和蒸气的 齐头上升。
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当A、B 两组分组成为XB 的弧立体系加 热到S点时，体系出现两相。据此相图 可知它们的组成： 气相的组成：B：XgB ； A：1- XgB 液相的组成：B：XlB ； A ：1- XlB
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（2）蒸馏原理：
如图1，若原始溶液的组成为XB，加热到S 时开始沸腾，此时，共存气相的组成为 Xg B ，显然 Xg B＞ XB 。若将该气相液化， 则组分B较原始溶液含量高；而留在蒸馏瓶 中的溶液中含A组分（高沸点）比原来多。 注意：一般情况下只有两组分的沸点相差80℃ 以上时才有可能得到纯的低沸点馏出物。若两 组分沸点相差小于80℃，最好用分馏。
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⑤共沸点
具有固定的沸点和固定组成的双组分混合 物，其沸腾时气相和液相的组成完全相同，无法分 馏分离。这一沸点叫共沸点；其组成叫共沸物。
最高共沸点— 共沸点高于两个组分的独立沸点。 最低共沸点— 共沸点低于两个独立组分沸点。
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图5 最高共沸混合物的相图
图6 最低共沸混合物的相图
•如果溶液组成位于Z点左边，则分馏仅能得到少量的低沸点A； •如果溶液组成位于Z点右边，则分馏仅能得到少量的高沸点B。
仪器安装：（先下后上、先左后右） 确定热源（电炉、水浴、油浴或其它热源）→固定蒸 馏瓶→装蒸馏头→安温度计（使温度计水银球的上限 与蒸馏头侧管的下限同处一水平线上）→装冷凝管 （上端出水口向上，出水；下端进水口向下，进水） →接液管→接受瓶（一般不用烧杯作接受器，常压蒸 馏用锥形瓶，减压蒸馏用圆底烧瓶；正式接受馏液的 接受瓶应事先称重并做记录）。
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④ 分馏柱的效率
用理论塔板数（n）和理论塔板高度（H）表示。
•理论塔板：一个理论塔板就相当于一次简单 蒸馏。一根分馏柱的理论塔板数越大，分馏 能力越大。 •理论塔板高度：表示分馏柱单位高度的分馏 效率。也就是相当于完成一次蒸馏所需的分 馏柱高度。越小越好。 •其关系：理论塔板数=柱长÷理论塔板高度
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③分馏原理
当烧瓶中被分馏的液体加热到沸点后，蒸 气进入分馏柱，并被部分冷凝成液体。这液体 含低沸点成分比蒸馏瓶内的多，因此沸点也比 蒸馏瓶内的低。当烧瓶内另一部分蒸气上升到 分馏柱中时，便和这部分已冷凝的液体进行热 交换，使其重新气化，而蒸气则被部分冷却。 继续上升的蒸气在离开分馏柱以前在不断进行 着上升 — 冷凝 — 气化的过程。每一次分馏柱内 由下向上的气化 — 冷凝过程都使低沸点组分的 含量提高。难以用简单蒸馏的办法分离的混合 液体在适当的分馏柱和适当的条件下可分开。
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T （℃） 。 T αA （ bA ）
G(相区) L S G+L S' L(相区) G G'
T（℃）
。 α B（TbB ）
（100％A） 0 XL B
XB
g g' （100％B） 1 XB XB
图1 气-液平衡的相图
• aA、aB分别为A、B两物 质在纯化合物时的正常 沸点， aA ＞aB 。 • aA、aB之间的两条弧线， 上面的叫气相线，下面 的叫液相线。在气相线 上方为气相单相区，在 液相线下方为液相单相 区，两线之间为气液两 相共存。 • 纵坐标为温度。横坐标 为A、B两组分的组成， 左端为100%A，右端为 100%B。
蒸馏与分馏分离技术
1. 蒸馏技术
2. 分馏技术
3. 减压蒸馏技术 4. 水蒸气蒸馏技术
1
• 蒸馏：就是将液体物质加热到沸腾变成蒸汽，再 将蒸汽冷凝到液体的过程。用于分离沸点相差大 于30度的液体。 • 分馏：通过分馏柱一次加热实现多次蒸馏的过程。 用于分离沸点相近的液体。 • 纯粹的液体有机化合物在一定的压力下具有一定 的沸点，但是具有固定沸点的液体不一定都是纯 粹的化合物，因为某些有机化合物常和其它组分 形成二元或三元共沸混合物，它们也有一定的沸 点。
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表1
组成（沸点℃） 水（100）
几种常见的共沸混合物
共沸混合物沸点（℃） 各组份含量（％）
78.2 Байду номын сангаас.4
乙醇（78.5）
水（100） 二 元 共 沸 混 合 物
95.6
8.9
苯（80.1）
水（100） 甲苯（110.6） 乙醇（78.5）
69.4
84.1
91.1
19.6 80.4 32.4
苯（80.1）
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实验室常用的分馏柱有两种：维格罗（Vigrux）柱和 亨普尔（Hempel）柱。维氏柱又叫刺形分馏柱，是 一个有很多犬牙交错凹凸的玻璃管。它几乎是一般 有机实验室必备的仪器。优点是无需填料，柱内滞 留液体很少且易于洗脱，缺点是分馏效率差。
亨氏柱又叫填料式分馏柱，其空管如图2－4b。管内 径为2.5—3.5cm,长度30—60cm不等。分馏效率的高低取 决于填料的种类,一般是“雷氏环”、短玻管（6×6mm）。 该分馏柱优点是分馏效率高，缺点是柱内液体滞留较多且 不易洗脱。 回流比：指在同一时间内回流的液体量和馏出的液 体量之比（可以用数滴来简单地计量）。
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一、 蒸馏技术
（1）二元组分体系的相图 • 相律的表达式为：F=K+2 （相数） 式中： F（自由度），K（组分数），
• 对于二元体系， K=2 ， =1 （蒸馏操作中对象一 般为均一的液体）则： F=2-1+2=3 。即自由度为： 温度（T）、压力（P）和浓度（X）。 • 表示这三个变量的相图必须用立体图。但一般蒸 馏操作是在固定的压力下进行的，所以可以用这 个立体相图的一个截面，即平面图 T-X 图来表示 其气液平衡。
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4. 为了防止在蒸馏过程中发生爆沸，保证沸腾的平稳状态， 常加 2 ～ 3 粒沸石。注意，不能在液体沸腾或接近沸腾时加 入沸石，用过的沸石需烘干后才可再用。 5. 温度计位置要准确，否则影响收集组分的纯度及数量
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6. 控制加热速度对得到纯馏分极为重要，加热快， 纯度低；加热慢，使得温度变化较大，无法判断 收集终点 7. 若馏出液需绝对干燥，在接液管的支管上可接一 个干燥塔，以防止大气中水分侵入。若馏出液毒 性大或气味难闻，可在接液管支管上接一个吸收 瓶吸收，或者在某些情况 下接一根管子引入水 槽下水管，用水流带走逸出的气体。 8. 如果维持原来加热程度，不再有馏出液蒸出，温 度突然下降时，就应停止蒸馏，即使杂质量很少 也不能蒸干，特别是蒸馏低沸点液体时更要注意 不能蒸干，否则易发生意外事故； 9. 蒸馏完毕，先停止加热，后停止通冷却水，拆卸 仪器，其程序和安装时相反。
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n=
注
意
• 实际塔板数高于计算所得的理论塔板数, 才能得到满意的结果。 • 理论塔板数与实际塔板数之比叫塔板效 率 (η), η应为0.5-0.7。
②分馏要缓慢进行 控制好恒定的分馏速度，选择好合适 的回流比。
③尽量减少分馏柱的热量损失和温度波动 这样可提高分馏效率。 ④注意双组分液体共沸点的蒸馏