真空蒸餾

蒸餾法是利用蒸餾物各組分某些物理特性的差異而進行的分離方法。

真空蒸餾是在減壓下進行的，一般用於分離在常壓下加熱至沸點時易於分解的物質，或與其它蒸餾方法（如蒸汽蒸餾）結合以降低蒸餾溫度並提高分離效率。金屬醇鹽等的分離提純。真空蒸餾也用於某些品種特種氣體的深度提純。

由於液體表面分子滲出，所需能量隨外界的壓力降低而降低。因此在低壓下，便可降低液體的沸點，減壓蒸餾的效果比常壓蒸餾高，常用的有水泵減壓、油泵減壓或擴散泵，可使真空度達。

一些化合物具有很高的沸點。要使這類化合物沸騰，最好是降低化合物沸騰時的壓力而不是提高溫度。一但壓力降低到化合物的蒸汽壓（在一定的溫度下），化合物就開始沸騰，蒸餾作用就可進行。這項技術被稱為真空蒸餾，且以真空汽化器的形式常見於實驗室。這項技術對於大氣壓下沸點超過其分解溫度的化合物是很有用的，在大氣壓下讓這類化合物沸騰的嘗試，都會使其分解。

下面將以工業製備海綿鋯為例來闡述真空蒸餾的基本原理。

還原獲得的產物為鋯、和剩餘的鎂的混合物。在不排放時時，反應產物含有29%～3l%，

64%～66%，4%～6%Mg；

在溢流法排放時，反應產物含有47%～49%Zr，42%～45%，7%～9%Mg；

在頂部排放時，反應產物含有：58%～61%Zr，29%～33%，9%～1l%Mg。

以上三類反應產物中，熔體表面均含有少量的黑粉。

真空蒸餾的基本原理是在高溫和真空條件下利用鋯和、鎂的蒸氣壓的差異性來實現鋯與和鎂的有效分離。真空蒸餾包括蒸發(或升華)和冷凝過程。分離效果主要取決於它們的蒸氣壓。蒸氣壓意味著物質的揮發性能。每一種物質在一定的溫度下都有它特定的蒸氣壓。

鎂的沸點為1070℃，的沸點為1418℃；在常壓和9000℃時，鎂的平均蒸氣壓為1.3×104Pa，為75Pa。

鋯的沸點高達3577℃，在900℃下不揮發，它與鎂和的揮發性差異很大，利於分離。

下面將以工業製備海綿鋯為例來闡述真空蒸餾的工藝條件。

(1)設備結構

一般採用下冷式的真空蒸餾爐(如右圖所示)。鎂坩堝倒放在支架上，在高溫下大部分熔化的和鎂向下流進鹽罐中。熔化的和鎂從坩堝內流出來后鋯海綿體內的毛細孔可以暴露出來，從而增加了蒸發麵積與蒸發的速度，縮短了蒸餾的周期。

(2)蒸餾物批量

蒸餾速率與蒸餾物料量有關，隨著料量的增加，只要真空系統配置適當，包括機械泵、增壓泵、擴散泵，並具有足夠的排氣速率，蒸餾時間並非成比例增加，而是適當延長，即可獲得相同的產品質量。

(3)蒸餾溫度

雖然溫度越高，的揮發速度越大，但為了防止生成Zr-Fe合金(共晶溫度：935℃)，蒸餾溫度最高控制在900℃左右。

(4)真空度

真空度高，有利於及鎂的蒸發，也有利於減少氣體的污染，在真空蒸餾過程中要求後期的真空度不大於0.013Pa。

(5)冷卻水溫度

蒸餾罐下部有水冷卻夾套。冷卻水量要適當，以保證良好的冷凝效率。冷卻水溫度控制在35～50℃。

真空蒸餾過程可分為兩種類型：(1)反應物完全冷卻后，打開反應器；(2)反應物不冷卻，打開反應器。

帶反應物的還原器在冷卻器上充分冷卻后，在專用台上打開還原器，拿下蓋子並取掉放流裝置，蒸餾器的尾部，焊上鋼板，使其封口。用氮氣吹洗並用金屬刷仔細地清除反應物表面上的低價氯化鈦。對還原器內壁的上部進行同樣的清理。然後，把帶反應物的還原器放在真空蒸餾設備的安裝架上。

準備好的返回蒸餾罐安裝在反應器的法蘭上，往反應器內的反應物上預先安裝錐形隔熱板，反應器與蒸餾罐一冷凝器之間的連接用真空橡膠墊密封。

安裝好的蒸餾設備用氮氣進行壓力試驗，並在不泄漏情況下，以不大的剩餘壓力檢查密封性。為此把蒸餾設備與真空系統接通，真空系統由初級真空泵BH一6和增壓泵BI-t一2000H組成。當蒸餾至剩餘壓力不大於70微米水銀柱時關閉閥門，使設備與真空系統隔開，並檢查漏氣情況。經5分鐘后，當泄漏不大於4微米水銀柱/分時，蒸餾設備的準備工作結束。

把還原器安裝在真空蒸餾裝置上所佔用的時間通常不到1小時。

在還原器蓋的中心管子上有鎂的盲板時，就不要冷卻也不打開蓋子，放到專用保溫小車上並進行返回蒸餾罐的安裝，即裝配真空蒸餾裝置。在小車上將反應器的放流裝置焊上真空閥。預先在專用操作台上準備帶水冷卻的返回蒸餾罐。以不大於70毫米水銀柱的剩餘壓檢查帶真空管道的返回蒸餾罐的閉封性能，泄漏不超過4微米水銀柱/分(經5分鐘)。

在小車上的還原器蓋裝上一組垂直隔熱板和聯接管，聯接管用石棉密封，帶蓋的返回蒸餾罐安裝在還原蓋的法蘭上，利用真空橡膠墊使聯接緊密。

安裝好的蒸餾設備從小車上轉入蒸餾部，併入蒸餾爐。接通真空泵BH一6，打開在真空系統和管道上的閥門，並開始抽真空。爐子抽真空至300毫米水銀柱以防止真空蒸餾器在高溫情況下變形。

(1)安裝真空蒸餾的儀器時，必須選擇大小合適的橡皮塞，最好選用磨口真空蒸餾裝置。

(2)蒸餾液內含有大量的低沸點物質，需先在常壓下蒸餾，使大部分防物蒸出，然後用水泵減壓蒸餾，使低沸點物除盡。

(3)停止加熱，回收低沸物，檢查儀器各部分連接情況，使之密合。

(4)開動油泵，再慢慢關閉安全閥，並觀察壓力計上壓力是否到達要求，如達不到要求，可用安全閥進行調節。

(5)待壓力達到恆定合乎要求時，再開始加熱蒸餾瓶，精餾單體時，應在蒸餾瓶內加入少許沸石（一般使用油浴，其，難揮發的高沸點物在後階段可高30～50℃）。

(6)蒸餾結束，先移去熱源，待稍冷些，再同時逐漸打開安全活塞，等壓力計內水銀柱平衡下降時，停止抽氣，等系統內外壓力平衡后，拆下儀器，冼凈。