Información detallada sobre la destilación al vacío

La destilación a presión reducida (también conocida como destilación al vacío) es un método importante para separar y purificar compuestos, siendo especialmente adecuado para sustancias de alto punto de ebullición y aquellas que se han descompuesto térmicamente, se han oxidado o no han alcanzado el punto de ebullición. Punto de ebullición durante la destilación a presión normal. Aislamiento y purificación de compuestos polimerizados. Introducción básica Nombre chino: destilación a presión reducida Nombre extranjero: destilación a presión reducida Alias: destilación al vacío Principios básicos, operaciones, precauciones, principios básicos El punto de ebullición de un líquido se refiere a la temperatura cuando su presión de vapor es igual a la presión atmosférica externa. Los puntos de ebullición de los compuestos siempre cambian con la presión externa. Cuando algunos compuestos con puntos de ebullición más altos (por encima de 200 °C) se destilan a presión normal, debido al aumento de temperatura, a menudo se descomponen, oxidan o polimerizan antes de alcanzar el punto de ebullición. . y otros fenómenos. En este momento, no se puede utilizar la destilación a presión normal, pero se debe utilizar la destilación al vacío. Estos fenómenos se pueden evitar reduciendo la presión en el sistema y disminuyendo el punto de ebullición del líquido. Cuando la presión se reduce a 1,3-2,0 kPa (10-15 mmHg), el punto de ebullición de muchos compuestos orgánicos se puede reducir entre 80 °C y 100 °C que su punto de ebullición bajo presión normal. Por tanto, la destilación al vacío es de particular importancia para la separación o purificación de compuestos orgánicos líquidos con puntos de ebullición más altos o propiedades menos estables. El cuadro 1 a continuación enumera los puntos de ebullición del agua y algunos compuestos orgánicos a diferentes presiones. De esto se puede ver que cuando la presión se reduce a 2,67 kPa (20 mmHg), el punto de ebullición de la mayoría de las sustancias orgánicas es aproximadamente 100 ℃ -120 ℃ más bajo que el punto de ebullición a presión normal (0,1 MPa, 760 mmHg en vacío); la destilación es a 1,33-3,33 kPa (10-25 mmHg), en términos generales, por cada 0,133 kPa (1 mmHg) de diferencia de presión, el punto de ebullición diferirá en aproximadamente 1 °C. En la destilación al vacío se puede estimar aproximadamente el punto de ebullición correspondiente. Esto tiene cierta importancia de referencia para seleccionar un termómetro con un rango y método de calentamiento apropiados durante operaciones específicas. Figura 1 Puntos de ebullición del agua y algunos compuestos orgánicos a diferentes presiones Cuando no se puede encontrar el punto de ebullición de un compuesto correspondiente a la presión seleccionada para la destilación al vacío, se puede utilizar el método del nomograma (consulte la Figura 2 a continuación) para estimar su punto de ebullición. . relación con el estrés. El método para utilizar el método del nomograma es el siguiente: Figura 2 Nomograma de presión y punto de ebullición ① Encuentre el punto de lectura Z que se muestra en el manómetro en la escala de presión del sistema (z), asumiendo que es 133,3 Pa (1 mmHg). ②El punto de ebullición observado a esta presión es 70 °C. Encuentre este punto X en la escala de punto de ebullición a presión reducida (x). ③Utilice una regla para conectar los dos puntos X y Z, y encuentre el punto de intersección Y entre la línea recta y la escala del punto de ebullición a presión normal (y), que es el punto de ebullición del compuesto bajo presión normal, que es 240 °C. . O si conoce el punto de ebullición de un compuesto bajo presión normal, primero debe encontrar el punto de temperatura Y en la escala y, luego encontrar el punto de lectura de presión Z en la escala z y dibujar una línea recta que conecte los dos puntos Y. y Z. Y extender a la escala x para obtener el punto de intersección X, que es el punto de ebullición del compuesto en las correspondientes condiciones de presión reducida. El punto de ebullición obtenido mediante el método del nomograma es un valor aproximado y tiene cierto valor de referencia en los experimentos. Sin embargo, este método carece de precisión para compuestos con alta asociación líquida. Además, se puede utilizar la siguiente fórmula para calcular aproximadamente el punto de ebullición a una presión determinada: donde, p - presión de vapor en la superficie del líquido; T - punto de ebullición (temperatura absoluta A, B - constantes); Por ejemplo, si lg p es la ordenada y 1/T es la abscisa, se puede obtener una línea recta aproximadamente. Por lo tanto, los valores de A y B se pueden calcular a partir de dos conjuntos de presiones y temperaturas conocidas, y luego se puede calcular el punto de ebullición del líquido sustituyendo la presión seleccionada en la fórmula. Operación Dispositivo y método de instalación de destilación al vacío El sistema completo del dispositivo de destilación al vacío incluye tres partes: destilación, extracción de gas (presión reducida) y el dispositivo de protección y medición de presión entre ellas, como se muestra en la Figura 3. Todo el instrumental debe ser redondo y de paredes gruesas. De lo contrario, podrían ocurrir fácilmente accidentes como una explosión debido a una fuerza desigual. Figura 3 Diagrama del dispositivo de destilación al vacío (1) La parte de destilación incluye una botella de destilación, un cabezal de destilación Kirschner, un tubo condensador recto, un tubo de conexión al vacío y una botella receptora. Inserte un cabezal de destilación Kirschner en el matraz de fondo redondo, inserte un termómetro en el puerto lateral del cabezal de destilación Kirschner e inserte un tubo capilar en la boca recta hasta el fondo del matraz de destilación, a 1-2 mm del fondo del botella. Se agrega un tubo de goma con una abrazadera en espiral al extremo superior del tubo capilar para ajustar la entrada de aire. Al aspirar, una cantidad muy pequeña de aire ingresa al líquido para formar pequeñas burbujas, que sirven como centro de agitación y vaporización.

Para evitar que el líquido hierva y que la destilación se produzca sin problemas, la boca del capilar debe ser muy fina, si es demasiado espesa y entra demasiado aire, el líquido de la botella se precipitará hacia el tubo del condensador, dificultando su reducción; la presión debida a la electricidad. Cuando es necesario recolectar diferentes fracciones durante la destilación sin interrumpir la destilación, se pueden usar dos o más tubos de conexión de líquido (como se muestra en la Figura 4). Varios tubos de derivación del tubo receptor de líquido de múltiples colas están conectados a las botellas receptoras. Girando el tubo de conexión de líquido de múltiples colas, pueden entrar diferentes fracciones en las botellas receptoras designadas. La botella receptora puede ser un matraz de destilación o un matraz de filtro de succión, pero no se pueden utilizar un matraz de fondo plano o un matraz Erlenmeyer. Figura 4 Dispositivo de conexión de colas múltiples Al realizar una destilación semimicro o micro al vacío, si usa un agitador electromagnético que se puede calentar al mismo tiempo para agitar el líquido, puede evitar que el líquido hierva y no es necesario instale un tubo capilar, consulte la Figura 5. Figura 5 Dispositivo de destilación al vacío sin tubo capilar (2) Parte de extracción de aire En el laboratorio se suelen utilizar bombas de agua, bombas de vacío de agua circulante o bombas de vacío de aceite para la extracción de aire y la reducción de presión. Si el experimento no requiere una presión muy baja, se puede utilizar una bomba de agua o una bomba de vacío de agua circulante. La presión más baja que puede alcanzar una bomba de agua o una bomba de vacío de agua circulante es teóricamente equivalente a la presión del vapor a la temperatura actual del agua. Por ejemplo, cuando la temperatura del agua es 25°C, 20°C y 10°C, la presión de vapor del agua es 3167Pa, 2338Pa y 1227Pa (24 mmHg, 18 mmHg, 9 mmHg) respectivamente. Cuando se utiliza una bomba de agua o una bomba de vacío de agua en circulación para la extracción de aire, se debe instalar una botella de seguridad en el extremo frontal de la bomba para evitar que el agua sea succionada cuando cae la presión negativa. Al detener la destilación, primero desinfle el aire y luego apague la bomba. Si el experimento requiere una presión más baja, se debe utilizar una bomba de aceite de vacío para la extracción de aire. Una bomba de aceite de vacío que funcione bien puede bombear a menos de 133,3 Pa (1 mmHg). La calidad de una bomba de aceite de vacío depende de su estructura mecánica y de la calidad del aceite de la bomba de vacío. Si se trata de un disolvente orgánico destilado con alta volatilidad, su vapor será absorbido por el aceite, lo que aumentará la presión de vapor del mismo. aceite y afectará el efecto de vacío de la bomba; si es vapor ácido también corroerá las piezas de la bomba, porque el vapor de agua se condensará con el aceite para formar una emulsión espesa, destruyendo el funcionamiento normal de la bomba de aceite; Por lo tanto, cuando se utiliza la bomba de aceite de vacío, se deben instalar los dispositivos de protección necesarios. (3) Al realizar destilación al vacío en las piezas del dispositivo de protección y medición de presión, para evitar que materia orgánica volátil y ácida o vapor de agua entren en la bomba de aceite de vacío, contaminen el aceite de la bomba de vacío, corroan el cuerpo de la bomba y reduzcan la Grado de vacío, es necesario conectar la botella receptora y la bomba de aceite de vacío se instalan en secuencia. La botella de seguridad debe conectarse a la rama del tubo conector de vacío. La botella de seguridad no solo puede evitar que el aceite (o el agua) vuelva a succionarse hacia la botella receptora y provoque la contaminación del producto cuando se reduce la presión o se detiene la bomba, pero también puede evitar golpes o ebullición repentinos durante la destilación. El fenómeno de lavado hace que el material ingrese al sistema de reducción de presión. Además, el tubo de dos vías con llave instalado en la boca de la botella de seguridad se puede utilizar para ajustar la presión interna del sistema o desinflarlo. A veces, debido a cambios repentinos en la presión interna del sistema, el aceite de la bomba será succionado y la botella de seguridad puede evitar eficazmente que el aceite de la bomba se precipite hacia la torre de absorción de gas. La trampa de enfriamiento se utiliza para condensar las fracciones extraídas con puntos de ebullición más bajos, como el vapor de agua y algunas sustancias volátiles. La trampa de enfriamiento debe colocarse en un termo de boca ancha (también llamado matraz Dewar) que contenga refrigerante. La elección del refrigerante depende de la situación específica. La función del manómetro es indicar la presión dentro del sistema de destilación al vacío. Generalmente se utiliza un manómetro de mercurio y generalmente se puede dividir en dos tipos: tipo cerrado y tipo abierto. Durante el uso, se debe tener cuidado para evitar que entre agua o suciedad en el manómetro. Tampoco debe haber pequeñas burbujas en la columna de mercurio. De lo contrario, la precisión de la medición de la presión se verá afectada. Las torres de absorción también se denominan torres de secado y generalmente se pueden instalar 2 o 3. Estas torres de absorción están equipadas respectivamente con gel de sílice (o cloruro de calcio anhidro), hidróxido de sodio granular y parafina sólida en escamas para absorber humedad, gases ácidos y gases de hidrocarburos, respectivamente. Método de operación de destilación al vacío La secuencia de operación al comienzo de la destilación al vacío es: abrir la bomba de vacío → ajustar el grado de vacío → conectar el agua condensada → comenzar a calentar la destilación. Los detalles son los siguientes: (1) En un matraz de destilación de fondo redondo, colocar el líquido a destilar (sin exceder la 1/2 del volumen del matraz de destilación). Instale el dispositivo de destilación al vacío como se muestra en la Figura 3. (2) Apriete la abrazadera de tornillo en el tubo capilar, abra el pistón de dos vías en la botella de seguridad y luego encienda la bomba de vacío para bombear aire. Cierre lentamente el pistón de dos vías y observe en el manómetro el vacío alcanzado por el sistema. Si no se puede alcanzar el grado de vacío requerido, puede deberse a una fuga de aire (si no es causada por la limitación de eficiencia de la propia bomba de vacío, es necesario verificar si las conexiones entre los tapones y los tubos de goma de cada pieza). Si es necesario, se puede sellar con parafina fundida (el sellado sólo se puede realizar después de liberar el vacío).

Si se excede el nivel de vacío requerido, gire con cuidado el pistón de dos vías y agregue una pequeña cantidad de aire para ajustarlo al nivel de vacío requerido. Ajuste el tubo en espiral en el tubo capilar para que haya un paso continuo y suave de pequeñas burbujas en el líquido (si no hay burbujas, el tubo capilar puede estar bloqueado y debe reemplazarse a tiempo). (3) Abra el agua condensada y utilice el método de calentamiento adecuado para la destilación. Durante el calentamiento se deben sumergir al menos 2/3 del matraz de destilación de fondo redondo en el líquido del baño. La velocidad de destilación adecuada es de 1 a 2 gotas por segundo. Durante todo el proceso de destilación, preste atención a la situación de destilación y observe constantemente las lecturas del termómetro y manómetro. En condiciones de presión estable, el rango de ebullición de las sustancias puras no debe exceder de 1°C a 2°C. Después de que se evapora la primera fracción, es necesario reemplazar la botella receptora para recibir la fracción requerida. En este momento, primero se debe retirar la fuente de calor y se debe retirar el baño de calor. Después de que se enfríe, desenrosque lentamente el pistón de dos vías para permitir que el sistema se comunique con la atmósfera. Luego, afloje la abrazadera en espiral del capilar. tubo, corte el suministro de energía a la bomba de vacío y retire la botella receptora, reemplácela con otra botella receptora limpia y repita la operación anterior. Si se utiliza un colector, se pueden recolectar fracciones con diferentes rangos de ebullición simplemente girando su posición. El orden de las operaciones al final de la destilación al vacío es exactamente el opuesto. Primero retire la fuente de calor → cierre el agua de condensación → abra lentamente la abrazadera de tornillo en el capilar después de que el sistema esté ligeramente frío → abra lentamente el pistón de dos vías en el. botella de seguridad para desinflar → espere la presión interna y externa del sistema. Después del equilibrio, apague la bomba de vacío. Notas (1) Cuando el destilado contiene sustancias de bajo punto de ebullición, primero se debe realizar una destilación a presión normal y luego las sustancias de bajo punto de ebullición se deben evaporar a presión reducida utilizando una bomba de vacío. Finalmente, utilice una bomba de vacío para destilar a presión reducida. (2) Seleccione el método de calentamiento adecuado según los diferentes puntos de ebullición de los compuestos. Generalmente no se permite el calentamiento directo con llama abierta. El requisito general es calentar uniformemente y tratar de evitar el sobrecalentamiento local. Controle la temperatura del baño para mantenerla entre 20 ℃ y 30 ℃ por encima del punto de ebullición del líquido. (3) Al destilar sustancias con puntos de ebullición más altos, es mejor envolver los dos cuellos del cabezal de destilación Kirschner con una cuerda de amianto o una tela de amianto para reducir la disipación de calor. (4) Preste especial atención a la dirección de rotación de la aspiradora. Si la posición del cableado de la bomba de vacío es incorrecta, la bomba de vacío girará en la dirección opuesta, lo que provocará que el mercurio salga precipitadamente del manómetro y provoque contaminación. (5) Cuando se completa la destilación, o cuando es necesario interrumpir el proceso de destilación (como reemplazar los tubos capilares o las botellas receptoras), primero se debe extinguir la fuente de fuego, se debe retirar el baño térmico y se debe eliminar lentamente el vacío. se libera después de que se enfríe ligeramente para equilibrar la presión dentro y fuera del sistema. La bomba de aceite se puede apagar. De lo contrario, debido a la baja presión en el sistema, el aceite de la bomba de aceite será aspirado hacia la torre de absorción.