Введение

Быстрое развитие производства топлива для двигателей внутреннего сгорания, а также возникновение мощной промышленности синтеза соединений алифатического ряда значительно увеличили область применения ректификации в технике и химических лабораториях.

Ректификация во многих случаях необходима для получения чистых веществ, для анализа сложных смесей и при изучении реакций органических веществ. Как пример приложения этого метода к исследованию углеводородов можно привести работы Б. А. Казанского с сотрудниками.

Рис. 1. Кривая разгонки смеси трех изомеров 1, 2, 3-триметилциклопентана: 1 - 1-цис-2-транс-2-цис-триметилциклопентан; 2 - 1-цис-2-цис-З-транс-триметилциклопентан; 3 - 1-цис-2-цис-3-цистриметилциклопентан

Применяя точную разгонку продуктов каталитических превращений, они установили закономерности гидрогенолиза циклопентана и его гомологов.

Разгонкой смеси трех стереоизомеров 1, 2, 3-триметилциклопентана (рис. 1) на колонке эффективностью в 50 теоретических тарелок удалось³⁴ установить соотношение изомеров в реакционной смеси и выделить отдельные вещества для определения их физических констант. При изучении, например, металлоорганических соединений ректификация была применена для разделения многокомпонентных смесей тетраэтилсвинца²⁷.

Очень часто точная разгонка на современных колонках приводит к интересным, а иногда и неожиданным результатам. Например, при ректификации продуктов каталитической полимеризации изобутилена было установлено, что этот процесс сопровождается изомеризацией⁵⁴. В других случаях применение ректификации привело к открытию новых азеотропных смесей ^{28, 29, 30}.

В последнее время методы ректификации нашли применение в таких далеких от органической химии областях, как разделение изотопов, выделение чистых металлов и обогащение сплавов.

Приемы перегонки, и разгонки жидкостей были известны еще в глубокой древности.

Основоположник химической науки в России, М. В. Ломоносов широко применял перегонку и ректификацию^* в своей исследовательской работе. В его лаборатории для перегонки пользовались перегонным кубом, глиняными и стеклянными ретортами ^{31, 32}.

^* (Термин "ректификация" встречается в работах М. В. Ломоносова.)

В Московском историческом музее сохранился перегонный куб, с которым работал М. В. Ломоносов (рис. 2); в описании приборов лаборатории³² Ломоносова упоминается "холодильная бочка", т. е., повидимому, бочка с водой, в которую помещали прямую трубку или змеевик, соединенный с кубом.

Рис. 2. Перегонный куб М. В. Ломоносова

Несколько видоизмененные перегонные кубы применяются в лабораториях и в наше время, например для получения дестиллированной воды. Для простой перегонки употребляют металлические, глиняные и стеклянные реторты. В тех случаях, когда простой перегонки недостаточно, но особо тщательного разделения смеси не требуется, а также при значительной разности температур кипения компонентов, применяют дефлегматоры. Из них в отечественных лабораториях органической химии наибольшее распространение получили дефлегматоры, изображенные на рис. 3, и весьма удобная в работе колба Фаворского (см. рис. 19,5).

При необходимости произвести более точное разделение пользуются разнообразными ректификационными колонками. Исследование Казанского, Либермана, Сергиенко, Тарасовой и Платэ³³ наглядно показало, что разделяющая способность (эффективность) простейшей современной колонки, наполненной стеклянными витками и снабженной головкой полной конденсации, превосходит в 4 - 8 раз эффективность дефлегматоров и некоторых колонок, сконструированных до 30-х годов. Следует отметить также, что лабораторные ректификационные колонки, созданные за последние два десятилетия, часто превосходят по эффективности заводские аппараты. Данные, полученные при изучении процессов ректификации и разработке конструкций лабораторных перегонных аппаратов, иногда определяют направление работы в области усовершенствования производственных колонн.

Рис. 3. Дефлегматоры: 1 - шаровой с петлями; 2 - елочный (Вигре); 3 - Арбузова

Несмотря на то, что за последнее время опубликованы сведения о колонках эффективностью в 50, 100 и более теоретических тарелок, каждый год появляются сообщения о новых, еще более совершенных ректификационных методах и приборах.

Необходимость усовершенствования техники ректификации связана прежде всего с нуждами промышленности.

Лабораторная ректификация, особенно в сочетании с другими химическими и физическими методами, позволяет быстрее и лучше разрешать ряд проблем, возникающих перед нашими научно-исследовательскими и заводскими лабораториями.