2. Ректификация в вакууме

Любая колонка может быть легко приспособлена для ректификации в вакууме. Для этого требуется лишь снабдить головку вакуум-приемниками дестиллата. Приемники, изображенные на рис. 57, весьма удобны тем, что сосуд, соединенный с отводной трубкой, может быть жестко закреплен на той же подставке, или штативе, что и сама колонка. Вследствие этого при повороте распределительной трубки или оси, на которой укреплены приемники, в отводной трубке головки не создается никаких напряжений.

Интересен также приемник для ректификации в вакууме⁵⁷, изображенный на рис. 59. Дестиллат из головки попадает в стеклянную распределительную трубку 7, вставленную в латунную втулку 6, которая вращается в шарикоподшипниках 3. На середину втулки надет якорь 5 из мягкого железа. Распределительная система помещена в латунный резервуар, в дне которого укреплены трубки со шлифами 5. На шлифы надеваются цилиндры 9. Поворот распределительной трубки осуществляется магнитами, помещенными в коробке снаружи. Смену цилиндров можно автоматизировать, поместив в коробку систему электромагнитов, соединенных с переключателем.

Ректификация в вакууме может быть с успехом осуществлена также, если колонка снабжена головкой, показанной на рис. 33. Во время отбора дестиллата кран с полулунным ходом поворачивают так, чтобы отводная трубка была соединена с вакуум-системой. При смене приемника закрывают кран для отбора пробы, а кран с полулунным ходом поворачивают так, чтобы приемник соединялся с атмосферным воздухом (показано расположение хода при разгонке).

После смены приемника этот кран медленно поворачивают в исходное положение.

Легко сообразить, что объем пара, образующегося из данного объема жидкости при перегонке в вакууме, будет большим, чем при атмосферном давлении. Иначе говоря, отношение объем пара - объем жидкости увеличивается с уменьшением давления. Можно предполагать, что это обстоятельство наряду с изменением величины α при изменении давления также способствует успеху ректификации.

В то же время увеличение объема пара приводит к изменению гидродинамических и ряда других условий перегонки данной смеси, что, несомненно, должно отразиться на оптимальной величине орошения. В ряде случаев может оказаться даже необходимым для ректификации в вакууме пользоваться насадкой, имеющей больший свободный объем, чем насадка, с которой производилась перегонка при атмосферном давлении, например насыпной насадкой с большим! размером элементов.

Рис. 59. Приемник с магнитным переключением для ректификации в вакууме. 1 - вход дестиллата; 2 - отвод к вакуум-насосу; 3 - шарикоподшипники; 4 - электромагниты; 5 - якорь (брусок мягкого железа); 6 - латунная втулка; 7 - стеклянная распределительная трубка; 8 - шлиф для приемника; 9 - градуированные стеклянные цилиндры

При работе с колонками в вакууме нельзя ни в коем случае забывать, что давление паров над кипящей в кубе жидкостью превышает давление в головке на величину перепада давления вдоль колонки. Поэтому те вещества, перегонка которых должна производиться при давлении меньшем, чем 5 - 10 мм рт. ст., нельзя разгонять на колонках. По этой же причине не имеет смысла при ректификации добиваться того, чтобы давление было меньше, чем 1 мм рт. ст., так как при перепаде даже в 3 - 4 мм уменьшение давления в системе, например с 1 мм, до 0,5 мм не дает большого эффекта.

При ректификации в вакууме не следует пропускать воздух в колбу, что обычно делают при простой вакуум-перегонке. Ток воздуха нарушает правильное течение ректификации и легко приводит к захлебыванию колонки выше насадки. Для предотвращения бросков жидкости следует применять термосифон или стеклянную вату (при разгонке малых количеств жидкости до 30 - 50 мл можно ограничиться обычными "кипелками"). По этой же причине нужно тщательно проверять место присоединения колбы к хвостовику колонки, не допуская ни в коем случае подсоса воздуха.

Точная ректификация в вакууме требует строгого соблюдения постоянства давления и точного измерения его величины. При современных методах ректификации температуру приходится измерять с точностью до 0,005 - 0,2°. Между тем температура кипения сильно зависит от давления (см. гл. I). Даже при атмосферном давлении изменение его на 1 мм рт. ст. приводит к изменению температуры кипения на 0,03 - 0,06°. С уменьшением давления колебания его в еще большей степени влияют на температуру кипения.

Кроме того, колебание давления сильно нарушает режим перегонки вплоть до захлебывания или, наоборот, полного исчезновения флегмы. Поэтому при ректификации в вакууме вся система должна быть снабжена, кроме манометра, измеряющего величину остаточного давления, также и маностатом, или регулятором давления. Ниже приводится описание некоторых видов манометров и маностатов.