[科普中国]-真空蒸馏

简介

蒸馏法是利用蒸馏物各组分某些物理特性的差异而进行的分离方法。2

真空蒸馏是在减压下进行的，一般用于分离在常压下加热至沸点时易于分解的物质，或与其它蒸馏方法（如蒸汽蒸馏）结合以降低蒸馏温度并提高分离效率。金属醇盐等的分离提纯。真空蒸馏也用于某些品种特种气体的深度提纯。

由于液体表面分子渗出，所需能量随外界的压力降低而降低。因此在低压下，便可降低液体的沸点，减压蒸馏的效果比常压蒸馏高，常用的有水泵减压、油泵减压或扩散泵，可使真空度达0.133×10～0.133×10kPa。3

一些化合物具有很高的沸点。要使这类化合物沸腾，最好是降低化合物沸腾时的压力而不是提高温度。一但压力降低到化合物的蒸汽压（在一定的温度下），化合物就开始沸腾，蒸馏作用就可进行。这项技术被称为真空蒸馏，且以真空汽化器的形式常见于实验室。这项技术对于大气压下沸点超过其分解温度的化合物是很有用的，在大气压下让这类化合物沸腾的尝试，都会使其分解。

基本原理下面将以工业制备海绵锆为例来阐述真空蒸馏的基本原理。

还原获得的产物为锆、 和剩余的镁的混合物。在不排放 时，反应产物含有29%～3l%，

64%～66% ，4%～6% ；

在溢流法排放 时，反应产物含有47%～49%，42%～45%，7%～9%；

在顶部排放 时，反应产物含有：58%～61%，29%～33%，9%～1l%。

以上三类反应产物中，熔体表面均含有少量的黑粉。

真空蒸馏的基本原理是在高温和真空条件下利用锆和、镁的蒸气压的差异性来实现锆与 和镁的有效分离。真空蒸馏包括蒸发(或升华)和冷凝过程。分离效果主要取决于它们的蒸气压。蒸气压意味着物质的挥发性能。每一种物质在一定的温度下都有它特定的蒸气压。

镁的沸点为1070℃， 的沸点为1418℃；在常压和9000℃时，镁的平均蒸气压为1.3×104Pa，为75Pa。

锆的沸点高达3577℃，在900℃下不挥发，它与镁和 的挥发性差异很大，利于分离。4

真空蒸馏的工艺条件下面将以工业制备海绵锆为例来阐述真空蒸馏的工艺条件。

(1)设备结构

一般采用下冷式的真空蒸馏炉(如右图所示)。镁坩埚倒放在支架上，在高温下大部分熔化的 和镁向下流进盐罐中。熔化的 和镁从坩埚内流出来后锆海绵体内的毛细孔可以暴露出来，从而增加了蒸发面积与蒸发的速度，缩短了蒸馏的周期。

(2)蒸馏物批量

蒸馏速率与蒸馏物料量有关，随着料量的增加，只要真空系统配置适当，包括机械泵、增压泵、扩散泵，并具有足够的排气速率，蒸馏时间并非成比例增加，而是适当延长，即可获得相同的产品质量。

(3)蒸馏温度

虽然温度越高，的挥发速度越大，但为了防止生成合金(共晶温度：935℃)，蒸馏温度最高控制在900℃左右

(4)真空度

真空度高，有利于 及镁的蒸发，也有利于减少气体的污染，在真空蒸馏过程中要求后期的真空度不大于0.013Pa。

(5)冷却水温度

蒸馏罐下部有水冷却夹套。冷却水量要适当，以保证良好的冷凝效率。冷却水温度控制在35～50℃。4

蒸馏设备安装真空蒸馏过程可分为两种类型：(1)反应物完全冷却后，打开反应器；(2)反应物不冷却，打开反应器。

带反应物的还原器在冷却器上充分冷却后，在专用台上打开还原器，拿下盖子并取掉放流装置，蒸馏器的尾部，焊上钢板，使其封口。用氮气吹洗并用金属刷仔细地清除反应物表面上的低价氯化钛。对还原器内壁的上部进行同样的清理。然后，把带反应物的还原器放在真空蒸馏设备的安装架上。

准备好的返回蒸馏罐安装在反应器的法兰上，往反应器内的反应物上预先安装锥形隔热板，反应器与蒸馏罐一冷凝器之间的连接用真空橡胶垫密封。

安装好的蒸馏设备用氮气进行压力试验，并在不泄漏情况下，以不大的剩余压力检查密封性。为此把蒸馏设备与真空系统接通，真空系统由初级真空泵BH一6和增压泵BI-t一2000H组成。当蒸馏至剩余压力不大于70微米水银柱时关闭阀门，使设备与真空系统隔开，并检查漏气情况。经5分钟后，当泄漏不大于4微米水银柱/分时，蒸馏设备的准备工作结束。

把还原器安装在真空蒸馏装置上所占用的时间通常不到1小时。

在还原器盖的中心管子上有镁的盲板时，就不要冷却也不打开盖子，放到专用保温小车上并进行返回蒸馏罐的安装，即装配真空蒸馏装置。在小车上将反应器的放流装置焊上真空阀。预先在专用操作台上准备带水冷却的返回蒸馏罐。以不大于70毫米水银柱的剩余压检查带真空管道的返回蒸馏罐的闭封性能，泄漏不超过4微米水银柱/分(经5分钟)。

在小车上的还原器盖装上一组垂直隔热板和联接管，联接管用石棉密封，带盖的返回蒸馏罐安装在还原盖的法兰上，利用真空橡胶垫使联接紧密。

安装好的蒸馏设备从小车上转入蒸馏部，并入蒸馏炉。接通真空泵BH一6，打开在真空系统和管道上的阀门，并开始抽真空。炉子抽真空至300毫米水银柱以防止真空蒸馏器在高温情况下变形。5

装置使用(1)安装真空蒸馏的仪器时，必须选择大小合适的橡皮塞，最好选用磨口真空蒸馏装置。

(2)蒸馏液内含有大量的低沸点物质，需先在常压下蒸馏，使大部分防物蒸出，然后用水泵减压蒸馏，使低沸点物除尽。

(3)停止加热，回收低沸物，检查仪器各部分连接情况，使之密合。

(4)开动油泵，再慢慢关闭安全阀，并观察压力计上压力是否到达要求，如达不到要求，可用安全阀进行调节。

(5)待压力达到恒定合乎要求时，再开始加热蒸馏瓶，精馏单体时，应在蒸馏瓶内加入少许沸石（一般使用油浴，其，难挥发的高沸点物在后阶段可高30～50℃）。

(6)蒸馏结束，先移去热源，待稍冷些，再同时逐渐打开安全活塞，等压力计内水银柱平衡下降时，停止抽气，等系统内外压力平衡后，拆下仪器，冼净。