要从不同沸点的混合溶液中把各成分分离出来,便要进行分馏,即分步蒸馏,它的原理和蒸馏一样,所不同的是在烧瓶上装有一个分馏柱,分馏柱支管再接冷凝管。分馏柱可以使蒸气经过多次的凝结和气化,保证那些低沸点的蒸气分子先进冷凝管而馏出。分馏柱一般应与烧瓶和冷凝管配合使用,分馏时所用烧瓶不带支管。
分馏
实际
分馏过程中,外部空气流过引馏体管内,可提高引馏体与外部空气
热交换效率,从而使柱内
温度梯度增加,使不同沸点的物质得到较好的分离。
如果将两种
挥发性液体混合物进行
蒸馏,在沸腾温度下,其
气相与液相达成平衡,出来的蒸气中含有较多量易挥发物质的组分,将此蒸气冷凝成液体,其组成与气相组成等同(即含有较多的易挥发组分),而残 留物中却含有较多量的高沸点组分(难挥发组分),这就是进行了一次简单的蒸馏。
如果将蒸气凝成的液体重新蒸馏,即又进行一次
气液平衡,再度产生的蒸气中,所含的易挥发物质组分又有增高,同样,将此蒸气再经冷凝而得到的液体中,易挥发物质的组成当然更高,这样我们可以利用一连串的有系统的重复蒸馏,最后能得到接近纯组分的两种液体。
维氏分馏柱
维氏分馏柱通常由约40cm直径15~20mm的玻璃管制成,柱身中间每隔一定距离向内伸入三根向下倾斜的刺状物,因此也称为刺形分馏柱。每组刺状物之间排列成螺旋状。其高度和刺的层数视需要而定,可从10cm至60cm不等。
维氏分馏柱的特点是气液接触面大,柱子阻力小,附液量少(分馏时残留在柱中液体的量),容易清洗。但其效率不高,通常20cm的柱子只有2.5块塔板,只能分离沸点差约60℃的物料。一般用于分离要求不高,液体量小的场合。
达弗顿分馏柱
达弗顿分馏柱,柱内部有一个绕在玻璃轴上的玻璃螺旋。为了使蒸气或液体不致从柱壁或螺旋间通过,一般将螺旋与往壁通过磨砂贴合。螺旋间距离为10~13mm。
这种类型的分馏柱适合于沸点低于100℃的物质的分离和蒸馏速度较慢的分馏,否则,容易造成液泛现象。
填充式分馏柱
大多数普通型的分馏柱是由长30~50cm,直径15~25mm的玻璃管制成,柱内装有不同类型的填料,柱的效率取决于填料的种类、密度和填放的均匀度。常用作填料的物质是玻璃、瓷和金属棉。
玻璃和瓷是最常用的填料,其优点是不会与有机化合物发生反应.耐腐蚀,形式较为简单,以玻璃珠、玻璃单环最为常用。分离效率较高,而h环愈小,效率愈高,瓷环往往里面带中隔,其分离效率更高。
金属通常制成丝或网状作为填料,常见的有
不锈钢丝、铝丝、青铜网、镍网等等,这些都是效率高的填充物。金属缝越细.网眼越小,其分离效率越高。以金属丝或网填充的分馏柱。
理论塔板数往往是维氏分馏柱的数倍甚至数十倍(相同柱长、柱径的情况下)。但其价格较其价格较高,操作时附液量较大。
分馏柱的选择
分馏柱的选择应综合考虑分离的难度.待馏物的数量,以及分馏时的压力范围等多种因素。分离的难度取决于组分的
相对挥发度。混合物中组分的浓度以及所要求的馏出液纯度。被蒸馏物的数量必须与分馏柱的大小相适应。按照一一般的规则,要求分离为纯品的起始混合物中的每一组分量至少应达附液量的10倍:真空蒸馏时要求分馏柱中的压力差尽可能小等。总之,在实际操作中选用分馏柱时,要尽力协调这些要求,当然还需要考虑价格以及使用方便等因素。
分馏柱内进行着多次气液热交换,因此它的保温非常重要。在绝热的操作条件下,柱的分馏效率最高,也就是说,对流传导以及热辐射所引起的热量损失都应限制在最低水平。当蒸馏沸点较高的物质时,可用石棉绳、玻璃绒、矿渣棉等将柱包裹起来。防止热量损失的最好方法是使用镀银的真空夹套,使加热套的温度略低于柱内温度。
分馏柱优点
应用这样反复多次的
简单蒸馏,虽然可以得到接近纯组分的两种液体,但是这样做既浪费时间,且在重复多次蒸馏操作中的损失又很大,设备复杂,所以,通常是利用分馏柱进行多次
气化和冷凝,这就是
分馏。
在分馏柱内,当上升的蒸气与下降的冷凝液互凝相接触时,上升的蒸气部分冷凝放出热量使下降的
冷凝液部分气化,两者之间发生了热量交换,其结果,上升蒸气中易挥发组分增加,而下降的冷凝液中高沸点组分(难挥发组分)增加,如果继续多次,就等于进行了多次的
气液平衡,即达到了多次蒸馏的效果。这样靠近分馏柱顶部易挥发物质的组分比率高,而在
烧瓶里高沸点组分(难挥发组分)的比率高。这样只要分馏柱足够高,就可将这种组分完全彻底分开。工业上的
精馏塔就相当于分馏柱。