8.5. Молекулярная перегонка
Молекулярную перегонку применяют для разделения и очистки малолетучих и термически нестойких веществ, которые нельзя перегнать обычным способом или использовать сублимацию перекристаллизацию. К таким веществам принадлежат высокo 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 , позволяющая значительно снижать температуру испарения жидкости и увеличивать среднюю длину свободного пробега молекул пара, достигающую, например, при давлении 0,001 торр (около 0,13 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 (около 0,13 Па) с зазором порядка 0,5 - 2,0 см между поверхностями испарения жидкости 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.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 Oхлаждают под вакуумом. Затем трубку с краном 2 отсоединяют от вакуума, впускают в Сосуд 3 воздух и вынимают из него пропробирку 1.
Рис. 169. Приборы для молекулярной перегонки: "охлаждаемый палец" (в), охлаждаемый стакан (б), "палец" с отвесно стекающей пленкой (в) и прибор Хикмена - Стенфорда (г)
Твердый конденсат 4 соскабливают или смывают с поверхности пробирки растворителем. Прибор 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 пальца 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 пленке колеблется от 0,1 до 0,5 мм. Холодильник 3 располагают коаксиально с камерой испарения 4 и наружной поверхностью пальца. Остаток жидкости отводят через трубку 6, а дистиллят, полученный с охлаждаемой поверхности, через трубку 5. Конструкцияподобных 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 /, 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.