Возгонка (сублимация)

Возгонка (сублимация) йода

ВОЗГОНКА, сублимация, переход твердого тела в парообразное состояние и обратно (из парообразного в твердое), минуя жидкую фазу. Возгонка свойственна только таким твердым «летучим» телам, пары которых обладают значительным давлением уже при температуре ниже точки кипения этих тел. В технике пользуются возгонкой для очистки твердых тел от примесей и загрязнений. В виду того, что высокая температура часто (особенно в случае сложных органических соединений) вызывает разложение продукта, осмоление и значительные потери его, применение при возгонке сравнительно низкой температуры сохраняет продукт и увеличивает его выход; чтобы понизить температуру еще более, процесс возгонки обычно ведут под уменьшенным давлением и, для ускорения процесса, часто в атмосфере какого-нибудь индифферентного газа, например, азота. Сам процесс возгонки состоит в нагревании возгоняемого тела до температуры, при которой начинают выделяться его пары; с этого момента поддерживают постоянную температуру во все время процесса; выделяемые пары подвергают охлаждению, и они переходят снова в твердый, но уже очищенный от примесей продукт. Поддержание постоянной температуры в течение всего процесса является очень важным условием возгонки, т. к. колебания температуры вредно отражаются на ходе процесса: понижение ее замедляет возгонку, а повышение часто ведет к разложению продукта.

Поэтому обогревание, за очень редкими исключениями, ведут не на голом огне, а при помощи какого-нибудь промежуточного тела (передатчика тепла), что дает возможность легче регулировать температуру; такими передатчиками тепла служат тела, не изменяющиеся от повышения температуры: песок, масло, нагретый воздух, легкоплавкие сплавы, чугунные стружки, концентрированный раствор хлористого магния. В некоторых случаях нагревание ведут паром. Однократная возгонка не всегда дает сразу достаточно чистый продукт; в таких случаях прибегают к вторичной и третьей В.; каждая следующая возгонка ведется при других температурных условиях и часто с применением других инертных газов; т. о. осуществляется дробная, или фракционированная, возгонка, аналогичная фракционированной перегонке жидкостей. Фракционированной возгонкой достигают более быстрого и более тщательного разделения смеси твердых тел.

Главные части аппарата для возгонки: 1) куб, в котором происходит нагревание сырого продукта и превращение его в парообразное состояние, и 2) камера, в которой пары охлаждаются и превращаются в твердое тело. Твердая масса, загруженная в куб, нагревается неравномерно: частички, прилегающие к нагревательной поверхности куба, подвергаются наиболее сильному нагреву, а остальные нагреваются сравнительно слабо, и, вследствие того, что твердая масса б. ч. является плохим проводником тепла, происходит неравномерное нагревание всей массы, связанное к тому же со значительным расходом тепла. Во избежание этого необходимо располагать твердое вещество в кубе невысоким слоем; куб снабжают мешалкой, и т. о. тонкий слой вещества при непрерывном помешивании прогревается достаточно равномерно. Объем камеры значительно превосходит объем куба. Чтобы ускорить процесс обращения пара в твердое вещество, прибегают к искусственному охлаждению паров, орошая камеру водой или понижая ее температуру охлажденным соляным рассолом или охлажденным воздухом; способ охлаждения зависит от того, с какой легкостью происходит конденсация продуктов из паров.

Конструкция аппарата зависит от физических и химических свойств возгоняемого тела и от легкости, с какой данное тело подвергается разложению, но независимо от этого все виды аппаратов, применяемых при возгонке, можно разделить на две большие группы: аппараты, работающие без уменьшенного давления (старого типа), и аппараты, работающие под уменьшенным давлением (с вакуумом). Последние в настоящее время приобрели наибольшее значение, т. к, они требуют меньше времени на очистку продукта и дают больший выход его. Возгонку салициловой кислоты в прежнее время вели в цилиндрических котлах с полушаровидным дном, выложенных свинцом, и без мешалки; вследствие этого вещество спекалось в толстый ком, плохо проводящий тепло; в то время как верхние части этого кома не успевали прогреться до требуемой температуры, нижние перегревались и разлагались, уменьшая этим выход продукта. Куб для возгонки соединялся с камерой для охлаждения рядом узких трубок, снаружи не изолированных, что вызывало преждевременное охлаждение паров в этих трубках, выделение твердого вещества и закупорку трубок. Сама камера была невелика по объему и имела не горизонтальное, а вертикальное положение. Вследствие этого продукты конденсации паров при охлаждении наслаивались друг на друга и не образовывали ясно различимых кристаллов; вертикальное положение и недостаточные размеры камеры не обеспечивали достаточной циркуляции паров внутри камеры для охлаждения; вследствие этого не достигалось полной конденсации.

Аппарат для возгонки салициловой кислоты

Современный аппарат для возгонки салициловой кислоты (фиг. 1) состоит из куба в с плоским дном, снабженного мешалкой б, приводимой в движение от трансмиссии; в крышке этого куба (также плоской для предотвращения вихревых движений поднимающихся паров) проделано отверстие, окруженное воронкой (лаз а), через которое производится загрузка вещества, подвергающегося возгонке; дно куба окружено металлической рубашкой, которая заполняется веществом, служащим передатчиком тепла, так что дно куба нигде не приходит в непосредственное соприкосновение с пламенем. Инертный газ впускается в куб через кольцевую трубку г. Для наблюдения и регулирования процесса возгонки в эту кольцевую трубку помещают контрольные приборы: термометр для определения температуры куба и вакуумметр для определения степени разрежения; из куба ведет широкая труба в камеру д, имеющую форму горизонтально удлиненного цилиндра. На стороне камеры, лежащей против трубы, соединяющей ее с кубом, находится дверца е, через которую из камеры извлекается очищенная салициловая кислота. Боковая поверхность камеры снабжена двумя квадратными герметически закрытыми окошками ж для наблюдения за ходом конденсации. Аналогично устроены аппараты для возгонки бензойной кислоты и камфоры. При очистке нафталина применяют дополнительное нагревание сырого продукта перегретым водяным паром. Сера очищается двумя способами: дистилляцией (для получения серы в кусках - черенковой серы) и возгонкой (для получения серы в виде пыли - серного цвета). На практике, обыкновенно, оба метода очистки производят вместе в одном и том же аппарате; регулируя температуру процесса, направляют его по желанию в сторону дистилляции или возгонки. Комовая, неочищенная сера загружается в цилиндрический подогреваемый голым огнем котел, где сера плавится, тяжелые примеси оседают на дно, а жидкая сера стекает по трубе в чугунную горизонтально расположенную реторту, снабженную собственной топкой. При температуре не выше 144° жидкая сера испаряется; пары по трубе переходят из реторты в камеру, где охлаждаются и оседают по стенкам в виде серного цвета. Осевшую на стенках серу сметают несколько раз во время процесса. Если же температуру поднять выше 144°, то сера собирается на дне камеры в жидком виде и через отверстия вытекает в формы, откуда по охлаждении извлекают черенковую серу. Для очистки хлористого аммония также прибегают к возгонке. Сырую, неочищенную массу загружают в железный котел с плоским дном; котел (куб) обкладывается огнеупорным кирпичом снизу и с боков, а сверху покрывается слабо выпуклой крышкой из железа или свинца; котел обогревают голым огнем. Содержащуюся в неочищенном хлористом аммонии влагу удаляют в первую очередь, для чего в начале возгонки открывают отверстие в крышке куба. Когда вся вода испарится, и покажутся первые пары хлористого аммония, отверстие закрывают и продолжают нагревание. Следует остерегаться слишком сильного нагрева, т. к. при этом органические примеси могут обуглиться и загрязнить продукт. Возгонка хлористого аммония продолжается долго: загрузка в полтонны возгоняется в течение пяти дней. По окончании процесса снимают крышку, на которой отложился сублимированный хлористый аммоний слоем толщиной около 10 см, и удаляют чистый продукт.

Некоторые особенности представляет возгонка йода. Неочищенный йод содержит 10—25% примесей и воды. Для очистки йода употребляют чугунные котлы небольшой сравнительно емкости, со свинцовой крышкой; несколько таких котлов сообщаются с одной керамиковой камерой; чаще применяют керамиковые котлы с пришлифованными крышками; эти котлы нагреваются на песчаной бане. Загрузка каждого котла сравнительно небольшая - около 10 кг. При нагревании йод возгоняется и собирается на крышке котла в виде листочков, которые время от времени счищают с крышек.

Аппарат для возгонки белого мышьяка

Укажем еще на очистку белого мышьяка. Возгонка производится в аппарате, схематически представленном на фиг. 2; белый мышьяк загружается в чугунный котел к, емкость которого рассчитана на 150 кг неочищенного мышьяковистого ангидрида. Котел к снабжен высоким узким колпаком а из листового железа и нагревается непосредственно в пламени угольной топки. По достижении температуры возгонки мышьяк начинает возгоняться и осаждается на железном колпаке в виде прозрачного стекловидного тела - мышьякового стекла; другая часть паров переходит по трубе б в камеру в, где и осаждается на стенках в виде порошка - очищенного мышьяковистого ангидрида.

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 4 - 1928 г.