1. Приборы для простой перегонки

Простейшим прибором для простой перегонки, широко применяемым в лабораториях, является колба Вюрца с холодильником. При отсутствии ее перегонку можно проводить и из любой другой колбы (желательно круглодонной). В этом случае колбу удобно соединить с холодильником при помощи тройника (рис. 19,2) или даже с помощью согнутой под острым углом трубки (рис. 19,1).

Рис. 18. Кривые разгонки смеси хлороформ - бензол на различных приборах: 1 - колонка высотой 139 см со стеклянными витками (в смеси 50% СНСl₃) эффективностью 24 ТТ; 2 - то же при высоте 149 см (35% СНСl₃) 18 ТТ; 3 - то же при высоте 51 см без обогрева (39% СНСl₃) 9,5 ТТ;4 - колонка Гальверна-Добрянского высотой 135 см (34 СНСl₃) 8,5 ТТ; 5 - елочный дефлегматор высотой 52 см (34% СНСl₃) 3,3 ЭТТ; 6 - тот же елочный дефлегматор, но с головкой полной конденсации (35% СНСl₃) 7,0 ТТ

При простой перегонке термометр следует помещать так, чтобы верхняя граница ртутного шарика находилась на уровне нижнего края отверстия отводной трубки (рис. 19, 2). Само собой понятно, что эффективность колбы Вюрца весьма мала (около 1 ТТ).

Размеры колбы и ее частей, холодильника, а также скорость перегонки влияют на результаты. Поэтому в нефтяной промышленности для получения сравнимых результатов при простой перегонке пользуются специальным прибором со строго стандартизированными размерами всех частей; условия перегонки на этом приборе также строго стандартизированы⁴⁸.

Рис. 19. Приборы для перегонки: 1 - колба соединена с холодильником трубкой, согнутой под острый углом; 2 - колба соединена с холодильником тройником; 3 - колба Фаворского; 4 - колба Арбузова; 5 - грушевидная колба

В лабораториях органической химии для простой перегонки чаще всего пользуются круглодонной колбой с дефлегматором, соединенным с холодильниками. Наилучшими дефлегматорами являются так называемый елочный дефлегматор (см. рис. 3, 2) и дефлегматор Арбузова (см. рис. 3, 5), Эффективность елочного дефлегматора выше в том случае, когда горизонтальная и наклонная наколки чередуются. При этом желательно, чтобы все восемь концов каждой секции из горизонтальной и наклонной наколок сходились по возможности в одной точке. Елочные дефлегматоры только с наклонной наколкой менее эффективны.

Часто в лабораториях пользуются колбой Фаворского - круглодонной колбой с припаянным елочным дефлегматоров (рис. 19, 5), а также колбой Арбузова (рис. 19, 4). Эти колбы весьма удобны для большинства простых перегонок как при атмосферном давлении, так и в вакууме. В них отсутствует пробка, соединяющая колбу с дефлегматором, которая подвергается обычно действию нагретых паров. Иногда целесообразно придавать колбе грушевидную форму (рис. 19, 5), что позволяет собрать остаток от перегонки с меньшими потерями.

Диаметр елочного дефлегматора обычно равняется 10 - 15 мм, высота 150 - 600 мм. Сильно увеличивать длину елочного дефлегматора для повышения эффективности прибора или его диаметр для увеличения пропускной способности нецелесообразно. В тех случаях, когда эффективность и пропускная способность елочного дефлегматора недостаточны, его следует заменять простейшей колонкой.

Отводную трубку в колбах Вюрца, Фаворского и в дефлегматорах рекомендуется припаивать так, как это изображено на рис. 19, 5, 4. При таком расположении отводной трубки шарик термометра более надежно омывается поднимающимися парами, а жидкость, стекающая с пробки, не попадает в холодильник. Кроме того, если приходится перегоняемую жидкость наливать через дефлегматор, то при таком устройстве отводной трубки эта жидкость также не может попасть в холодильник.

В лабораториях широко распространены холодильники, муфта которых соединяется с форштоссом резиновыми трубками (рис. 19, 7). При отсутствии таких муфт холодильник можно изготовить из стеклянной трубки, соединенной с форштоссом при помощи резиновых пробок (рис. 20, 1). Весьма удобные цельно- паянные холодильники (рис. 20, 2) не рекомендуется применять в тех случаях, когда температура паров очень высока (выше 150° при применении обычного стекла), так как при большой скорости паров часть форштосса разогревается, а муфта остается холодной. Это приводит к натяжению стекла и поломке холодильника в месте спая, если холодильник длиннее 30 см.

При изготовлении холодильников следует обращать внимание на то, чтобы переход от расширенной части форштосса в более узкую трубку был плавным (рис. 20, 3), а также на то, чтобы в цельнопаянных холодильниках не было больших расширений в местах внутреннего спая. В противном случае (рис. 20, 4) в холодильнике может задерживаться известное количество жидкости, что вредно отражается на результатах перегонки. Диаметр внутренней трубки холодильника должен быть равен 7 - 11 мм, а диаметр муфты 12 - 20 мм. Применять муфты большего диаметра не имеет смысла, так как это только увеличивает вес воды в холодильнике, не улучшая в то же время условий охлаждения.

Рис. 20. Холодильники: 1 - холодильник на пробках; 2 - цельнопаянный холодильник; 3 - правильный переход трубки форштосса; 4 - неправильный переход трубки форштосса; 5 - правильное расположение отводов холодильника

Для изготовления форштосса следует пользоваться по возможности трубками со стенками толщиной примерно 0,5 - 1,0 мм. Чтобы улучшить работу холодильника, усилив перенос тепла, желательно добиться турбулентного движения воды в нем. С этой целью рекомендуется припаивать отводные трубки так, чтобы ось трубки была расположена по отношению к муфте не радиально, а тангенциально (по касательной к наружному диаметру, как это показано на рис. 20, 5); тогда вода продвигается в холодильнике по спирали.

Во избежание перегиба резиновой трубки, из-за чего она часто срывается под напором воды, верхний отвод следует загнуть вниз (рис. 20, 5). Если верхний отвод не загнут, то полезно с этой же целью надеть на присоединенную к нему резиновую трубку проволочную спираль (диаметр проволоки 0,5 - 1 мм) так, чтобы она плотно прилегала к стенкам трубки, а один-два витка ее охватывали отвод.

Рис. 21. Приборы для перегонки высококипящих, вязких и твердых веществ: 1 - прибор из двух колб Вюрца; 2, 3 - приборы с дополнительным электрообогревом; 4 - прибор для полумикроперегонки

При необходимости быстрой перегонки низкокипящих жидкостей, как, например, ацетальдегида (темп. кип. 21°) или даже эфира, или жидкости с большой скрытой теплотой испарения, как вода, удобно вместо длинного холодильника воспользоваться холодильником, внутренняя трубка которого имеет наколки наподобие елочного дефлегматора, направленные по току пара.

При перегонке жидкостей, кипящих выше 150 - 170°, водяной холодильник можно употреблять лишь в том случае, если он изготовлен из термоустойчивого стекла (молибденовое, пирекс). В этих случаях целесообразнее воспользоваться воздушным холодильником, состоящим из одного форштосса без муфты. При перегонке высококипящих, вязких, легко кристаллизующихся жидкостей, а также твердых веществ можно воспользоваться перегонным прибором, состоящим из двух колб Вюрца, одна из которых служит приемником, помещена в воронку и охлаждается струей воды (рис. 21, 1). В воронку, следует положить прямой кусок толстой алюминиевой, медной или железной проволоки, вставленной в резиновую трубку; конец этой проволоки должен быть загнут за край воронки, вследствие чего колба не может полностью закрыть отверстие воронки. Подобный охлаждаемый приемник особенно удобен при перегонке жидкости из реторты. На рис. 21 показано также несколько приборов для перегонки кристаллических веществ.

При перегонке кристаллического вещества или смеси, один из компонентов которой часть кристаллизуется, целесообразно в форштосс холодильника вставлять алюминиевую или медную проволоку; вставлять проволоку нужно так, чтобы один конец ее выдавался в широкую форштосса, а другой высовывался из узкой части, слегка загибаясь вверх. Когда холодильник забивается кристаллами, последние легко удалить, вытаскивая проволоку.

Рис. 22. Пробирки для микроперегонки

Для перегонки очень малых количеств жидкости (от 0,02 мл) можно рекомендовать⁷ пробирку для микроперегонки (рис. 22). Пробирка эта представляет собой запаянную с одного конца трубочку длиной в 65 мм и внутренним диаметром 3 мм, на которой имеется одна или две перетяжки. В пробирку помещают несколько волоконец чистого сухого асбеста. Затем в нее при помощи капилляра вводят одну или несколько капель жидкости и центрифугируют, чтобы сбросить их на дно (для этого удобно пользоваться ручной центрифугой). Пробирку выше второй перетяжки обертывают куском смоченной водой фильтровальной бумаги. Эта часть пробирки служит одновременно холодильником и приемником дестиллата.

Чтобы отогнать жидкость, пробирку помещают вертикально или наклонно в баню или металлический блок и осторожно нагревают. В тех случаях, когда для нагревания жидкости пользуются микрогорелкой, ко дну пробирки следует припаять оттянутый конец стеклянной палочки. Держа в руке эту палочку, поворачивают пробирку на высоте 3 - 5 см над пламенем таким образом, чтобы нагревался лишь участок длиной в 1 см от дна. При испарении жидкости выше места нагрева появляется кольцо конденсата, поднимающееся все время по мере нагревания. Когда кольцо перейдет перетяжку, нагревание прекращают, и с помощью капилляра отбирают часть отогнанной жидкости. Температуру кипения ее определяют по способу Сиволобова или Эмиха (см.⁷, стр. 53). После этого, центрифугируя пробирку, сбрасывают всю жидкость на дно и повторяют операцию. Описанным способом удалось разогнать 0,02 мл смеси ацетона с этиловым спиртом на 8 фракций. Температура кипения первой фракции 61 - 66,5°, последней 73 - 77,5°. Другие простейшие приборы для микро- и полумикроперегонок описаны в литературе^{7, 45}.

Рис. 23. Простая перегонка сжиженного газа из ампул: 1 - сосуд Дьюара для ампулы; ампула с перегоняемой смесью; 3 - термометр; 4 - тройник; 5 - реометр; 6 - змеевиковая ловушка; 7 - сосуд Дьюара для змеевиковой ловушки; 8 - хлоркальциевая трубка; 9 - трубка, подводящая пары в ампулу-приемник; 10 - тройник; 11 - ампула-приемник

Простую перегонку сжиженных газов, например для отделения их от смол или твердых веществ, можно производить прямо из ампулы, помещенной в сосуд Дьюара с охлаждающей смесью (рис. 23). Однако в тех случаях, когда требуется произвести разделение близкокипящих сжиженных газов, эта операция, как и всякая простая перегонка, малоэффективна. В подобных случаях приходится применять колонку для разгонки газов, изображенную на рис. 25. Чрезвычайно удобно при этом воспользоваться змеевиковой ловушкой, помещенной также в сосуд Дьюара с охлаждающей смесью и являющейся одновременно и холодильником и приемником. Жидкость из резервуара ловушки передавливают с помощью воздуха, нагнетаемого резиновой грушей, в охлажденный сосуд для хранения, например толстостенную бутыль, ампулу (для газов, кипящих не ниже 20°) или в металлический баллончик через сифон, доходящий до дна "соска" ловушки. Чтобы следить за скоростью перегонки, между ампулой и ловушкой помещают реометр, счетчик пузырьков или, еще лучше, ротаметр, измеряющий скорость газового потока. Змеевиковую ловушку можно заменить ампулой, трубка которой соединена с тройником; через тройник проходит стеклянная трубка, один конец которой присоединен к реометру, а другой доходит до дна ампулы (рис. 23, справа).