ПЕРЕГОНКА С ВОДЯНЫМ ПАРОМ
Перегонка с водяным паром имеет преимущество перед обычной перегонкой в том, что она может быть избирательной, так как одни нерастворимые вещества перегоняются с паром, другие не перегоняются, некоторые же из веществ перегоняются настолько медленно, что представляется возможным провести четкое разделение их.
Эти особенности и преимущества перегонки -с водяным паром позволяют, например, разгонять природные масла и смолы на фракции, одни из которых перегоняются с водяным паром, а другие—нет.
Используя перегонку с водяным паром, можно регенерировать нелетучие твердые вещества из их растворов в высококипящих растворителях, таких, например, как нитробензол (темп. кип. 210°С). Вещества, нелетучие с водяным паром, можно очистить от следов растворителей при сравнительно низкой температуре описанным выше приемом. Для проведения этой операции собирают аппарат (рис. 425), состоящий из парообразователя (паровичка), водоотделителя, перегонной колбы, холодильника и приемника.
Парообразователем, который называют также и паровичком, служит обычно металлический сосуд (рис. 426). Он имеет водомерную трубку, пароотводную трубку и горло. Паровичок заполняют водой приблизительно на 2/з его объема. В горло вставляют пробку, снабженную стеклянной трубкой, один конец которой опускают почти до дна паровичка, а другой — выходит наружу. Длина наружного конца трубки должна быть не менее 50 см. Назначение этой трубки — предохранить от резкого повышения давления, вызываемого сильным нагреванием. Как только давление повысится, вода поднимется по этой трубке и может даже выброситься наружу; в этом случае огонь следует убавить. Нагревают па-* ровичок без сетки. Пароотводная трубка соединяется резиновой трубкой с перегонной колбой.
Недостатком обычных паровичков является то, что в них время от времени надо добавлять свежую воду. При длительных работах это представляет неудобство, так как для добавления воды нужно прекращать перегонку, отъединять паровичок и затем снова собирать всю систему. Более удобны лабораторные парообразователи непрерывного действия.
Если в лаборатории нет описанного паровичка, его можно изготовить, использовав для этой цели жестяной или из оцинкованного железа бидон. В его горло вставляют пробку с двумя отверстиями; одно — для предохранительной трубки, другое — для пароотводной. В качестве парообразователя может быть также использована круг-лодоняая колба емкостью не менее 1,5—2 л.
Пробку во всех случаях следует привязывать к горлу.
Пар, поступающий из паровичка, очень "влажен, и перегонная колба может быстро заполниться водой, поэтому необходимо применять водоотделитель или брызго-улавливатель. Из предложенных для этой цели приспособлений укажем на простейшие, которые легче всего изготовить в лаборатории. В приборе, приведенном на рис. 426, водоотделителем служит низкогорлая колба емкостью 250 мл. В горло колбы вставляют резиновую пробку с тремя отверстиями, в которые вставляют трубки: для подачи влажного пара из паровичка, для отвода обезвоженного пара в перегонную колбу и для периодического спускания накопившейся в колбе воды. Спуск проводят, открывая зажим на резиновой трубке, надетой на стеклянную водосливную трубку.
На рис. 427 показан водоотделитель, изготовленный из аллонжа подходящего размера! Устройство приспособления видно из рисунка и не требует особых пояснений. В качестве перегонной колбы можно применять или колбу Вюрца (соответствующих размеров), или же обычную круглодонную колбу.
• В горло колбы Вюрца вставляют хорошо пригнанную пробку, через которую проходит стеклянная трубка; нижний конец ее доходит почти до дна, а верхний изогнут под прямым углом и служит для соединения посредством резиновой трубки с парообразователем.
Если в качестве перегонной колбы взята обычная круглодонная колба, в пробке просверливают два отверстия: одно для трубки, соединенной с паровичком и доходящей почти до дна колбы, другое — для пароотводной трубки, изогнутой под острым углом. Пароотводная трубка соединяется с холодильником. Смесь, подлежащую перегонке, наливают в колбу не больше чем на половину ее объема; перед перегонкой ее подогревают.
На конец холодильника (см. рис. 427) насаживают аллонж. Приемником могут служить стакан, колба, мерный цилиндр и т. д.
Вначале паровичок отъединяют от перегонной колбы и нагревают. Когда начнется кипение, паровичок соединяют резиновой трубкой с перегонной колбой. Послед-». нюю, йак уже указывалось, перед перегонкой нагревают Почти до кипения жидкости. Это необходимо потому, что в противном случае пары воды, поступающие в перегонную колбу, будут охлаждаться и конденсироваться, увеличивая объем жидкости. Если же смесь предварительно нагреть, то перегонка начинается сразу же и объем жидкости почти не изменяется. Это подогревание нужно продолжать во все время перегонки. В приемник будет поступать эмульсия, которая при стоянии расслоится,, и нужное вещество (в зависимости, от его плотности) будет собираться в виде слоя сверху или снизу.
В некоторых случаях, например при перегонке с водяным паром эфирных масел или аналогичных веществ, в качестве приемника применяют так называемую флорентийскую склянку (рис. 428). Принцип ее устройства очень прост, При перегонке с водяным паром дистиллят, содержащий масло, через воронку сте-кает в склянку. По мере накопления дистиллята происходит отделение воды от масла, собирающегося сверху заметным слоем. Когда этот слой дойдет до уровня верхней трубки, масло будет стекать по ней в поставленный приемник, а перегонные воды будут удаляться через нижнюю трубку. Необходимо лишь, чтобы при монтировании прибора обе сливные трубки находились на определенном уровне, при котором в верхнюю трубку не попадали бы перегонные воды.
Кроме флорентийских склянок, предназначенных для жидких веществ с плотностью меньшей, чем у воды,имеются и такие, которые предназначены для веществ с плотностью большей, чем у воды (рис. 429)
.
Перегонку заканчивают, когда из холодильника начнет поступать чистая вода.В некоторых случаях перегонку нужно проводить перегретым паром. Тогда между паровичком и перегонной колбой ставят так называемые пароперегреватели
Когда перегонка закончена, отделяют перегонную колбу от парообразователя и затем гасят горелки. Если этого не сделать, то при охлаждении парообразователя в нем создается вакуум и жидкость из перегонной колбы может проникнуть в паровичок.
Соединение и разъединение паровичка с перегонной колбой сопряжены с возможностью ожога. Для предупреждения этого можно соответствующим образом оборудовать пробку паровика (рис. 430). В некоторых случаях, кроме предохранительной и отводной трубки, в пробку вставляют еще третью трубку (рис. 430). Она входит в паровичок на 1—2 см от нижнего основания пробки; на наружный конец ее надевают резиновую трубку, закрывающуюся зажимом Мора или Гофмана. Перед началом перегонки эта трубка должна быть открыта. Когда вода начнет кипеть, трубку закрывают. После окончания перегонки, до разъединения прибора, трубку вновь открывают. Таким образом давление во всем приборе уравнивается и исключается опасность перебрасывания жидкости из перегонной колбы. Иногда пробку паровичка оборудуют так, как показано па рис. 430, б.
При пользовании прибором рис. 430, Схема обору-типа, приведенного на рис. 425, дования пробки паро-после окончания перегонки можно просто открыть зажим, имеющийся на сточной резиновой трубке водоотделителя. Тогда пар в колбу уже не пойдет, и опасность переброски жидкости из перегонной колбы будет предотвращена.
Перегон, состоящий из двух слоев, разделяют при помощи делительной воронки. Перелив в нее перегон, дают постоять ему некоторое время, пока не произойдет расслоение. Затем, открыв пробку, осторожно поворачивают кран и дают стечь нижнему слою жидкости в какой-нибудь сосуд. Как только верхний слой дойдет до крана, последний сразу закрывают. Дают воронке постоять некоторое время (5—10 мин), в результате чего на дне ее может собраться еще некоторое количество жидкости с большей плотностью, ее снова выпускают через кран. Иногда эту операцию приходится повторять два-три раза. После этого жидкость, находящуюся в воронке, выливают через верхнее отверстие в тот или иной сосуд.
Иногда случается, что полное расслоение не происходит даже по истечении длительного времени и некоторое количество отделяемого вещества остается в воде в виде тонкой эмульсии.
Тогда, после отделения главной массы вещества, наливают воду в делительную воронку и остаток вещества экстрагируют из воды каким-либо растворителем (например, эфиром). После этого отделяют эфирный слой, отгоняют эфир и добавляют полученное вещество к основной его массе.
В тех случаях, когда плотность отделяемого вещества меньше 1, для разрушения стойких эмульсий можно добавлять к воде поваренную соль до образования насыщенного раствора. При этом плотность водного раствора увеличивается до 1,2 и таким путем создается большая разность плотностей разделяемых жидкостей, что способствует более быстрому их разделению.
Необходимо при этом помнить, что жидкость с плотностыо большей, чем единица (и меньшей 1,2), будут тонуть в чистой воде и всплывать в насыщенном растворе поваренной соли. Начинающие работники часто не обращают на это внимания и принимают водный слой за отделяемую жидкость.
В случае жидкостей с плотностью больше единицы высаливание может даже увеличить стойкость эмульсий. Относительно уменьшения растворимости веществ в водном растворе соли см. «Экстракция».
При высаливании для разрушения эмульсий нужно применять очищенную, .а не техническую поваренную соль. Последняя содержит некоторое загрязнения, способствующие образованию стойких эмульсий.
Перегонять с водяным паром можно не только жидкие вещества, но и кристаллические. При перегонке таких веществ с водяным паром нужно внимательно следить, чтобы форштос холодильника не слишком забивался кристаллами, выделяющимися при охлаждении паров. Если это случилось, очистить холодильник от кристаллов можно двумя способами. Во-первых, длинной проволокой со стороны приемника. Предварительно нужно заготовить кусок чистой проволоки длиной, на 10—15 см превышающей длину форштоса. Тот конец проволоки, который вводят в холодильник, следует загнуть. Это делают не только для удобства, но и в целях предохранения форштоса от царапин. Во-вторых, можно временно прекратить пропускание воды через холодильник. Однако это возможно только тогда, когда температура плавления вещества менее 100° С. Если"-форштос холодильника забился кристаллами высокоплавкого вещества, после окончания перегонки через него пропускают органический растворитель. Получаемый раствор собирают, а затем отгоняют растворитель.
В ряде случаев имеет смысл применять холодильник Либиха с возможно широким форштосом или вместо холодильника использовать охлаждаемую водой колбу, в которую поступают пары из перегонной колбы. Эта колба должна быть большей емкостью, чем перегонная.
Конец перегонки определяют по прекращению образования новых кристаллов на стенках холодильника; оставшиеся кристаллы смывают паром, для этого после окончания перегонки пропускают пар через холодильник еще в течение нескольких минут.
Когда в форштосе холодильника не останется кристаллов, приемник с перегоном полезно охладить в снегу или иным путем, чтобы ускорить выделение кристаллов. После этого жидкость фильтруют, а кристаллы сушат на фильтровальной бумаге или отжимают на шамотной пористой тарелке.
Если кристаллическое вещество частично растворимо в воде, то после отделения кристаллов перегон выливают в делительную воронку соответствующей емкости и добавляют подходящий органический растворитель. Полученный экстракт обрабатывают, как обычно.
см. также