8.5. Молекулярная перегонка

Молекулярную перегонку применяют для разделения и очистки малолетучих и термически нестойких веществ, которые нельзя перегнать обычным способом или использовать сублимацию и перекристаллизацию. К таким веществам принадлежат высоко молекулярные органические соединения (смолы, жиры, масла, пластификаторы). Этот метод незаменим при выделении витаминов из растительных масел и рыбьего жира.

Для молекулярной перегонки требуется высоковакуумная ап­паратура (см. разд. 10.8), позволяющая значительно снижать температуру испарения жидкости и увеличивать среднюю длину свободного пробега молекул пара, достигающую, например, при давлении 0,001 торр

( ,13 Па) в среднем 56 мм. При таком ва­кууме молекулы, оторвавшиеся от поверхности жидкости, могут двигаться к поверхности холодильника прямолинейно, редко соударяясь.

В отличие от дистилляции молекулярная перегонка проходит не при какой-либо определенной температуре, а в любом ин­тервале температур, лежащем ниже температуры кипения жид­кости.

Разделительная способность молекулярной перегонки неве­лика, так как при ее проведении никогда не устанавливается равновесие между удаляемым паром и испаряющейся жид­костью. Максимальное разделение компонентов жидкости на­ступает тогда, когда поверхности испаряющейся жидкости и холодильника расположены возможно ближе друг к другу.

В приборах для молекулярной перегонки - молекулярно-дистилляционных испарителях, работающих при давлении меньше 0,001 торр (≈0,13 Па) с зазором порядка 0,5 - 2,0 см между поверхностями испарения жикости и конденсации пара, не происходит кипения жидкости.

Для эффективной работы таких приборов необходимо, чтобы вакуумная линия имела достаточно большой диаметр (не менее 20 - 30 мм), а температура поверхности холодильника была бы на 60 - 100 °С ниже температуры поверхности испаряющейся жидкости. Перед введением жидкости в молекулярно-дистилляционный прибор из нее удаляют все растворенные га­зы. Простейшее устройство типа "охлаждаемый палец" (рис. 169, а) состоит из сосуда 3, в который наливают около 5 мл очищаемой смеси 6, и пробирки 1 с хладоагентом. Сосуд 3 под­ключают через кран 2 к вакуумной системе для предварительно­го удаления растворенных газов и летучих растворителей. После этой операции в пробирку 1 вносят охлаждающую смесь (см. Разд. 6.11) и нагревают сосуд 3 в жидкостной бане 5 (см. разд. 6.1). Температуру бани подбирают таким образом, чтобы молекулярная перегонка проходила достаточно быстро при сохране­нии необходимого перепада температур жидкость - холодильник без кипения и разложения перегоняемой жидкости.

После окончания перегонки сосуд 3 вынимают из бани и охлаждают под вакуумом. Затем трубку с краном 2 отсоединяют от вакуума, впускают в сосуд 3 воздух и вынимают из него пробирку 1. Твердый конденсат 4 соскабливают или смывают с поверхности пробирки растворителем.

Рис. 169. Приборы для молекулярной перегонки: "охлаждаемый палец" (а). охлаждаемый стакан (б), "палец" с отвесно стекающей пленкой (в) и прибор Хикмена - Стенфорда (г)

0011Прибор под названием "охлаждаемый стакан" (рис. 169, б) позволяет в один прием перегонять до 25 мл жидкости. В при­боре "палец" с отвесно падающей пленкой (рис. 169, в) исходную смесь подают понемногу через трубку 1 в воротник 7 пальца 2. Воротник по окружности пальца имеет узкий зазор, позволяющий растеканию жидкости по наружной поверхности пальца без образования струй. Для этого поверхность палы» делают шероховатой путем травления или наплавления стеклян­ного порошка. Палец обогревают теплоносителем.

Пребывание пленки на поверхности испарения пальца со­ставляет всего 3 - 4 с, что обеспечивает мягкие температурные условия испарения жидкости. Толщина слоя стекающей пленки колеблется от 0,1 до 0,5 мм.

Рис 170. Схема центробежного молекулярно-испарительного аппарата

Холодильник 3 располагают коаксиально с камерой испаре-_нИЯ 4 и наружной поверх­ностью пальца. Остаток жид­кости отводят через трубку 6, а дистиллят, полученный с охлаждаемой поверхности, -через трубку 5. Конструкция подобных приборов позволяет периодически возвращать ди­стиллят на повторное испаре­ние.

В неразборном приборе Хикмена - Сенфорда (рис. 169, г), снабженном приемником 3 для сбора дистиллята, пар жид­кости конденсируется на стенках холодильника 1, и тонкий слой конденсата стекает в воронку 2. В современных приборах молекулярной перегонки жидкость испаряется с поверхности быстро вращающихся дисков (рис. 170).

В таких установках жидкость по трубке 4 подают в центр ме­таллического диска 6, вращающегося со скоростью 5000 об/мин. Диск обогревают снизу электрической спиралью 5. Образую­щаяся очень тонкая пленка жидкости движется по поверхности диска и подвергается тепловому воздействию лишь в течение доли секунды. Пар жидкости конденсируется на поверхности холодильника 3, а дистиллят стекает в приемник по трубке 10. Остаток жидкости сбрасывается центробежной силой с края Диска в желобковый сборник 8 и удаляется через трубку 9.

Весь прибор герметично закрыт стеклянным колпаком 1, Укрепленным в металлическом основании 2, и через трубку 7 соединен с вакуумной системой.

Хикмен Карл Юстус (1786 - 1878) - немецкий инженер, конструктор перегонных аппаратов.