Фильтрование при обычном давлении 4 страница

Очень удобны специальные насадки с перегородкой из вплавленной фильтрующей пластинки из пористого стекла (рис. 413). Они устойчивы к влажным и корроди­рующим газам, однако их можно применять только в, том случае, если газовая струя идет с давлением, не пре­вышающим 1 кг/см².

Для промывки газов и очистки их от твердых частиц очень хорошо применять стеклянный газопромыватель.] (рис. 414). Его заполняют водой или серной кислотой.'!

Кроме того, для промывания газов применяют опи­санные выше склянки Дрекселя, Тищенко и Вульфа.д

* Очистка газов от пыли путем использования электрических полей в так называемых аппаратах Коттреля здесь не описывается; об этом см. У ж о в Н. В., Очистка промышленных газов электро­фильтрами, Госхимиздат, 1962.

Для этих же целей можно использовать колбу Бунзена. В ее горло вставляют резиновую пробку, снабженную стеклянной трубкой. Эта трубка должна доходить почти до дна колбы и выступать наружу примерно на 5 см.

Для разделения смеси газов ее пропускают через растворы, поглощающие те или иные газы. Так, для от­деления кислорода применяют влажный фосфор, пиро­галлол (пользующийся наибольшим распространением),

Рис. 413. Насадка для фильт- Рис. 414. Стеклянный
рования газов с пластинкой газопромыватель,

из пористого стекла.

гидросульфит натрия, аммиачный раствор закиси меди и др.

Для получения поглотительного раствора пирогаллола отдельно приготовляют 25%-ный раствор пирогаллола и 60%-ный раствор едкого кали; затем берут на 1 объем раствора пирогаллола 5 объемов раствора едкого кали и смешивают, избегая окисления смеси кислородом возду­ха. Лучше всего смешивание проводить в том сосуде, в котором будет происходить поглощение кислорода (пи­петки для поглощения, склянки Дрекселя и пр.); 1 мл такого раствора поглощает 13 мл кислорода.

Хорошим поглотителем является также раствор пиро­галлола, рекомендуемый Гофманом. Растворяют 40 г

31-117

пирогаллола в 90 мл воды и этот раствор смешивают с 70 г (45 мл) концентрированного раствора едкого кали (df — 1,55) при соблюдении указанных выше условий. При изготовлении поглотительных растворов пирогал­лола нужно брать именно едкое кали, а не едкий натр, так как с последним поглощение идет хуже и медленнее. Обычно бывает достаточно одного прибора с раствором пирогаллола; нужно следить, чтобы газ пропускался не очень сильной струей. Для большей уверенности в том, что кислород поглощается полностью, иногда берут два поглотительных прибора и соединяют их последовательно. Для поглощения кислорода вместо обычного пирогал­лола применяют так называемый пирогаллол А. Он пред­ставляет собой триацетат оксигидрохинона (1,2,4-триок-сибензол); поглотительная способность пирогаллола А такая же, как и у пирогаллола.

Преимущество пирогаллола А перед обычным пирогал­лолом состоит в том, что при поглощении им кислорода не выделяется окись углерода.

Вместо раствора пирогаллола можно пользоваться раствором СгС1₂. Для получения раствора СгС1₂ сначала растворяют 40 г Сг(ОН)₃ в 100 мл 2 н. раствора НС1 или же 193 г хромовых квасцов в 1 л воды и осаждают гидро­окись хрома концентрированным раствором NH₄OH. Осадок Сг(ОН)₃ промывают водой до отрицательной реак­ции на ионы SOf~; 40 г гидроокиси хрома растворяют в 200 «2 н. раствора НС1. В раствопе образуется СгС1₃, который восстанавливают до СгС1₂ амальгамой цинка. Для изготовления последней к 100 г металлической ртути прибавляют 5 г гранулированного цинка, несколько мил­лилитров 2 н. раствора НС1 и при помешивании нагре­вают на водяной бане до полного растворения цинка. Охлажденную амальгаму промывают водой с применением декантации, добавляют солянокислый раствор СгС1₃ и взбалтывают до изменения зеленой окраски в голубую. Полученным раствором СгС1₂ заполняют поглотительную пипетку газоанализатора, предназначенную для погло­щения кислорода; 1 мл 20%-ного раствора GC1₂ погло­щает 9 мл кислорода.

Отработанный раствор регенерируют взбалтыванием его с амальгамой цинка, как описано выше. Поглоще­ние кислорода протекает по уравнению:

4СгС1₂ + 0₂ + 4НС1------ > 4СгС1₃ + 2Н₂0

Для поглощения азота можно применять металличе­ский кальций при красном калении, когда он жадно поглощает азот, или же смесь, состоящую из 1 части маг­ниевого порошка и 5 частей СаО (свежеобоженного) в виде зерен размером макового зерна. Перед употребле­нием следует добавить 0,25 части тонко нарезанного ме­таллического натрия. Поглощение азота проводят при светло-красном калении этой смеси.

В качестве поглотителя кислорода при газовом ана­лизе используют также кальциевую соль гидрохинон. С кислородом она очень активно реагирует как в твердом, слегка увлажненном состоянии, так и в водных растворах.

Для этой же цели применяют щелочной раствор тан-нина*. Для приготовления этого раствора 24 г таннина (галлотаннин или скумпиевый таннин) растворяют в 150 мл 17,5—18%-ного раствора КОН.

А. С. Садыков и А. Исмаилов (АН КазССР) предложи­ли заменять пирогаллол госсиполом, получаемым из коры корней хлопчатника. По эффекту поглощения кислорода госсипол аналогичен пирогаллолу и поэтому с успехом может заменять последний.

Для связывания кислорода, растворенного в воде, иногда применяют сульфит натрия. Для этих же целей хорошие результаты дает применение гидразина.

Для очистки инертных и восстановительных газов от следов кислорода рекомендуется использовать промывал-ку, заполненную амальгамой алюминия. Применение амальгамы позволяет снизить содержание кислорода в пробе до ничтожно малого. Для этой цели используют также амальгамы магния и кальция. Для облегчения со­прикосновения газа с амальгамой промывалку непрерыв­но встряхивают или используют магнитную мешалку.

Для отделения СО газовую смесь обычно пропускают через раствор СиС1₂, приготовляемый растворением 1 г Си₂С1₂ в 20%-ной НС1.

Окись углерода поглощают раствором СиС1₂. Для этого взбалтывают 200 г СиС1₂ с раствором 250 г NH₄C1 в 750 мл воды в закупоренной склянке, в которую потом вставляют доходящую до шейки медную спираль. Перед наполнением поглотительного сосуда 3 объема этого рас-

31*

* Т у р г е л ь Е. О., Труды ВНИИ нефтехимических про­цессов, вып. 5, 1962, стр. 80; РЖХим, 1963, реф. 1Г76.

твора смешивают с 1 объемом водного раствора аммиака (df> = 0,903). 1 мл этого раствора поглощает 16 мл СО.

Раствор следует часто менять, так как он может от­давать СО более бедному этим соединением газу. Он по­глощает также кислород и применим лишь после предва­рительного удаления кислорода из газовой смеси.

Для поглощения СО из газовых смесей рекомендова­ны также аммиачные растворы однохлористой меди при­мерно следующего состава: Си₂С1₂ — 11 —12 частей, NH₃ — 13—14 частей, вода — 74—76 частей, т. е. на­веску Си₂С1₂ растворяют приблизительно в 90 мл раствора NH₃ (df = 0,940); 1 мл этого раствора поглощает 31 мл СО.

Для стабилизации раствора рекомендуется добавлять NH₄C1 в количестве 10% по массе от количества Си₂С1₂-

Аммиачные растворы Си₂С1₂ выделяют NH₃. Поэтому после прибора ставят газопромыватель с 86%-ной серной кислотой для поглощения аммиака. Следует отметить, что растворы однохлористой меди не полностью погло­щают СО, и поэтому для абсорбции остатков СО газовую смесь необходимо пропускать через газовую пипетку с Р-нафтолом.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

О различных случаях применения стеклянных фильтров см. Красиков Е. С, Стеклянные фильтры в лабораторной прак­тике, Зав. лаб., 7, № 8—9, 1045 (1938).

О пористых фильтрах из полиэтилена см. К п i z a k M., Chem. listy, 54, № 4, 383 (1960); РЖХим, 1961, № 9, 157, реф. 9Е57.

О простом фильтре для вакуум-фильтрации полумикрометодом см. Mitchell M. J., Chemist Analyst, 49, № 1, 30 (1960); РЖХим, 1961, № 9, 157, реф. 9Е54.

О приспособлении для ускорения фильтрования в лаборатории см. Feinstein H. J., Chem. Educ, 35, № 10, 509 (1958); РЖХим, 1960, № 5, 12, реф. 16435.

О стеклянных пористых фильтрах см. Czyzewski M., Pomiary, automat., kontrol., 7, № 11, 476 (1961); РЖХим, 1962, реф. 22Е61.

Автоматический прибор для фильтрования в инертной атмосфе­ре см. Lebl M., Chem. listy, 56, № 7, 813 (1962); РЖХим, 1963, реф. 4Д58.

О поршневом стеклянном фильтре для низкотемпературного фильтрования см. Ferguson 1. М., Chem. a. Ind., 1348, № 34, 1961; РЖХим, 1962, реф. 8Е44.

О приборе для фичьтрования при постоянной температуре см. Furst H., Chem. Techn., 5, № 2, 78 (1953).

Об автоматизации процесса фильтрования см. Конев Ф. А., Колесников Н. А., К о л е с н и к о в Д. Г., Зав. лаб.,,

24 № 3, 375 (1958); Lebl M., Chem. listy, 53, № 12; 1280 (I95D); РЖХим, 1961, № 1, 160 (60), реф. 1Е85.

Прибор для быстрого фильтрования описан в Lab. Sci., 12, Ко 3, 92 (1964); РЖХим, 1965, 19Д37.

Лабораторный дисковый вакуум-фильтр описал Т а р у-_т „ и В. П., Хим. и нефт. машиностр., № 12, 3 (1965); РЖХим, 196S, ЮД96.

О воронке для ускоренного отделения осадков см. Ч у х л а н-u е в В. Г., Зав. лаб., 30, № 1, 113 (1964); РЖХим, 1966, 12Д60.

Новый прибор для фильтрования — фильтрующая центрифуж­ная обойма — описан Stoerbach A., Kem. Tisl., 22, 10, 745 (1965); РЖХим, 1966, 13Д104.

О применении фильтров из стекловолокна в анализе воды см. GieblerG., Kempt Т., Z. anal. Chem., 199, № 1, 23(1964); РЖХим, 1964, 14Г53.

Прибор для фильтрования под давлением описал М а е i о-I е k J. A., Limnolog. a. Oceanogr., 8, № 2, 301 (1963); РЖХим, 1964, 15Д76.

Об ускорении фильтрования в химическом анализе см. Wolf С, S с h г е i t е г е г R., Z. angew. Geol., 9, № 12, 662 (1963); РЖХим, 1964, 16Г4.

Прибор для фильтрования пульпы при отборе проб щелоков описал Jackson R. J., Lab. Pract., 13, № 5, 422 (1964); РЖХим, 1964, 24Д87.

Об удобной микронасадке для фильтрования см. Cooper P. D., Chem. Educ, 41, № 2, 85 (1964); РЖХим, 1965, 1Д71.

Прибор для фильтрования под давлением описал К о н о в а-л о в Г. С, Зав. лаб., 30, № 9, 1149 (1964); РЖХим, 1965, 4Д62.

О фильтрующей способности различных сортов бумаги см. Н о и п m a n R. F., Ann. Occupat. Hyd., 4, № 3—4, 301 (1962); РЖХим, 1962, реф. 20Е28.

О фильтровальной бумаге и других фильтрующих средах, используемых в лаборатории, см. Brinkman A. М., Chemie en techniek, 18, № 4, 141 (1963); РЖХим, 1Д24.

Об аналитических фильтровальных бумагах см. Griine A., Oster. Chem. Ztg., 64, J^b 7, 206 (1963); РЖХим, 1964, 5Г73.

О фильтрующих порошках см. Kemikalietacket, 23, № 3, 63, 84 (1964); РЖХим, 1965, 2Д82.

Об экспериментальном и теоретическом исследовании фильтра­ционного эффекта и о различной скорости фильтрования катионов и анионов см. Жариков В. А., Дюжикова Т. Н., Изв. АН СССР, Сер. геол., № 1, 41 (1962); РЖХим, 1962, реф. 13Г43.

О новых методах фильтрования см. Canal F., Lab. Sci., 3, № 6, 161 (1955); РЖХим, 1956, № 16, 306, реф. 51366.

Об ускорении фильтрования растворов, содержащих двуокись кремния, см. П р о с к у р н я к о в Г. Ф., Зав. лаб., 16, № 3, 864 (1950).

О фильтровании труднофильтрующихся осадков см. Р i с t s с h R., Mikrochim. Acta, № 4, 859 (1955); РЖХим, 1956, Л° 6, 282, реф. 16539.

О фильтровании насыщенных горячих растворов под давлением ^в органической полумикро- н микротехнике см. РЖХим, 1964,

48«

О простом приборе для ультрафильтрации см. Burns D. А., BudnaJ. N., Chamberlin J.M., Sci., 138, № 3537 (1962); РЖХим, 1963, реф. ПД39.

О простом приборе для диализа и ультрафильтрации малых объемов см. К о ё s J., Chem. listy, 55, № 10, 1229 (1961); РЖХим, 1962, реф. 6Е92.

Об ультрафильтрации см. ЯндерГ., Заковский И., Мембранные, целла- и ультратонкие фильтры, Хнмтеоретиздат, 1937; Б е р л ь-Л у н г е, Химико-технические методы исследова- ( ния, т. 1, вып. 2, Хнмтеоретиздат, 1937, стр. 582.

Батарейная установка для ультрафильтрования золей описана 1 в Укр. хим. ж., 20, вып. 1, 31 (1954).

Об ультрафильтровании через мембрану из целлофана см. \ L a u s e n H. H., Acta Pharmacol, et toxicol., 11, № 4, 353 (1955); РЖХим, 1958, № 5, 118, реф. 14282.

О применении ионитовых мембран и лабораторном способе их • изготовления см. Мелешко В. П., Червинская О. В.,1 Романов М. Н., И з м а й л о в Д. Г., Сборник трудов Bo-j ронежского отд. ВХО им. Д. И. Менделеева, вып. 2, 1959, 169Д РЖХим, 1963, реф. 9Д73.

Об изготовлении мембран см. С а г п е 1 1 Р. Н., С a s s i-dy H. S., J. Polymer Sci., 55, № 161, 233 (1960); РЖХим, 1962,1 реф. 18Б478.

О новом применении мембранных фильтров см. S с h e n e г-m a n n E. A., Prakt. Chem. 14, № 6, 244, 247 (1963); РЖХнмД 1964, 6Д73.

О мембранных фильтрах и ультрафильтрах см. S с h е п е г-m а п п Е. A., Prakt. Chem. Lab. und Betried, 15, № 2, 51 (1964)jl РЖХим, 1964, 16Д41.

О лабораторных центрифугах и их применении см. О е г t а 1 С,' Chem. Techn., 14, № 8, 476 (1962); РЖХим, 1963, реф. 11Д40.

О специальной лабораторной центрифуге, дающей возможность проводить центрифугирование в колбе, см. Терещенко П. Н. 1 Антонов В. И., Зав. лаб., 24, № 9, 1153 (1958).

О высокотемпературной лабораторной центрифуге см. Ван ю-.: к о в А. В., У т к и н Н. И., Р е м о в В. А., Зав. лаб., 25,' № 2, 222 (1959).

Обзор об ультрацентрифугах см. D a g 1 е у S., J. Roy Inst. Chem., 84, 382 (1960); РЖХим, 1961, № 12, 171 (57), реф. 12Е67^

О поглотителях кислорода см. Халтурин А. И., Азер| б а е в И. И., Изв. АН КазССР, Сер. хим., вып. 2 (14), 98 (1959)3

О приспособлении для быстрого удаления кислорода из полет рографируемых растворов (продувание азотом) см. В а й н-J штейн Г. М., Зав. лаб., 27, № 4, 485 (1961).

Об установке для тонкой очистки инертных газов от кислорода и паров воды см. Грачев В. С, Кириллов П. Л., Атомй ная энергия, 6, № 3, 327 (1959).

Об очистке газов см. Блаженова А. Н., Ильин­ская А. А., Рапопорт Ф. М., Анализ газов в химической*! промышленности, под ред. М. М. Файнберга, Госхимиздат, 1954"*

О действии замораживания на свойства осадков гидратирован-ных сульфидов см. ВольхинВ. В., КубареваА. Г.З Изв. высш. уч. завед., Сер. химия и хим. техн., 7, № 5, 725 (1964)/ РЖХим, 1965, 10Г2.

Глава 12

дистилляция

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

При нагревании жидкости повышается ее температура и давление насыщенного пара. Повышение температуры и давления происходит до тех пор, пока давление пара не станет равным внешнему (атмосферному) давлению. При этом температупа достигнет некоторого определенного значения (температуры кипения) и жидкость закипит.

Если взять ряд химически чистых жидкостей, напри­мер толуол, воду, спирт, эфир, то, кроме запаха, плот­ности и т. д., различие между ними может быть установ­лено также и по температуре кипения. Если нагревать все эти четыре жидкости в одинаковых условиях, то рань­ше всех закипает эфир, затем спирт, потом вода и, на­конец, толуол. Каждая жидкость кипит при определен­ной температуре: эфир при 34,5 °С, спирт ппи 78 °С, вода при 100 ^СС, температура кипения толуола 111 °С.

Когда начинается кипение, повышение температуры жидкости прекращается*, несмотря на то что нагревание поодолжается.

Определение температуры кипения может служить для определения чистоты вещества.

На температуру кипения жидкости прежде всего влияет давление. Если давление изменяется, то изменяется и температура кипения. Поэтому, когда говорят о нормаль­ной температуре кипения жидкости, имеют в виду ту тем­пературу, при которой жидкость кипит, находясь под нормальным давлением (одна атмосфера, или 760 мм рт. ст.). При уменьшении внешнего давления уменьшается и температура кипения жидкости. Наоборот,

* Если жидкость не является смесью различных веществ, имею­щих разные температуры кипения.

если давление увеличивается, температура кипения по­вышается.

Этим свойством — изменением температуры кипения при уменьшении давления — пользуются очень часто, в особенности в лаборатории.

Некоторые вещества при нагревании их до темпера­туры кипения при нормальном давлении разлагаются, } Поэтому если такие вещества нужно перегнать (напри-} мер, для очистки), то применяют перегонку под уменьшен-! ным давлением, так называемую вакуум-перегонку. Как! уже упоминалось, при уменьшении давления жидкость! закипает при более низкой температуре и таким путем! удается перегнать жидкость без ее разложения. В хими-1 ческих справочниках всегда указывают, при какой тем-J пературе и при каком давлении жидкость кипит. Если,! например, в справочнике указано 118°/14, это значит, что! данная жидкость при давлении 14 мм рт. ст. кипит при» 118 °С.

Большое влияние на характер кипения жидкости ока-» зывает растворенный в ней воздух. Еще около 170 лет! тому назад физик де-Люк высказал предположение, чтц| кипение жидкости происходит потому, что пузырьки паря образуются вокруг мельчашийх пузырьков воздуха, pacfl творенного в жидкости. Если эти пузырьки удалить теш или иным путем, то воду можно нагреть до 130 °С при] обычном давлении и она не закипит. Но достаточно ввести! пузырек воздуха — и вода сразу вскипает. Это оченм хорошо заметно на дистиллированной воде. Нагреть ди-jg стиллированную воду до кипения много труднее, чем обык-| новенную. Но если ее перед нагреванием взболтать, та кипение происходит легче. Точно так же, если в воду, Щ{ которой удален воздух, при нагревании внести какое-] либо пористое твердое тело, например пемзу или кусочей неглазурованного фарфора, у поверхности их тотчас жа начинается образование пузырьков пара и кипение будет* происходить при соответствующей температуре. Это объяс-* няется тем, что на поверхности этих твердых тел нахо­дится слой воздуха.

Такие твердые тела, вводимые для облегчения кипения, называют «к и п е л к а м и». Их используют только, один раз, и для каждой перегонки следует брать свежие «кипелки». Лучшим способом предупреждения толчков прИ кипении является введение в горло перегонной колбы

слоя (выше уровня жидкости) стеклянной ваты. Иногда к перегоняемой жидкости добавляют такие соединения, которые при нагревании разрушаются, выделяя неактив­ный газ. Гримером таких соединений является двууглекис­лый натрий, при разложении которого вследствие нагре­вания выделяется двуокись углерода.

Естественно, что в качестве соединений, выделяющих неактивный газ, можно применять только такие вещества, продукты распада которых не действуют как-либо на перегоняемое вещество. Рекомендовано также применение кусочков материала, не смачиваемого перегоняемой жид­костью. Из таких материалов часто оказываются пригод­ными продукты полимеризации тетрафторэтилена. Они выдерживают нагревание до 200 °С.

Очень хорошо применять просто механическое пере­мешивание, которое легче и удобнее всего проводить при помощи магнитной мешалки.

При перегонке в вакууме наилучшим приемом преду­преждения толчков является пропускание через жид­кость инертного газа в виде мельчайших пузырьков.

Ксоме того, для предотвращения толчков, сопровож­дающих кипение, было предложено вносить в жидкость диски из спрессованного стеклянного волокна. Они не загрязняют раствор и, двигаясь быстро под действием конвекционных токов, предотвращают образование пере­гретых участков, около которых образуется внезапное вскипание, вызывающее толчки.

Для предотвращения перегрева и связанной с этим задержки кипения используют также принцип перегрева в малом объеме. На дно стакана помещают часовое стекло выпусклостью вверх, а в круглодонную колбу — также часовое стекло выпуклостью вниз или диск. Между дном сосуда и часовым стеклом или диском создается зазор, и кипение происходит в этом зазоре.

Если жидкость нагревать до кипения и отводить обра­зующиеся пары по трубке, то при охлаждении их на стен­ках начнется образование капель жидкости. Этими свой­ствами жидкости — кипеть с образованием паров — и способностью их при охлаждении конденсироваться поль­зуются для очистки жидкостей, применяя процесс д и-стилляции, или перегонки.

Перегонка является одним из способов очистки с целью получения химически чистого вещества.

Различают три способа перегонки жидкости: под обык­новенным давлением, под уменьшенным давлением и в водяным паром.