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你需要的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀基礎(chǔ)知識匯總!

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2021-11-03
核心提示:旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀又叫旋蒸儀,它主要是由:馬達、蒸餾瓶、加熱鍋、冷凝管等部分組成的實驗室常用設(shè)備。今天我們就來給實驗室小白送一篇掃盲帖,包括原理、背景、維護等內(nèi)容。
 基本結(jié)構(gòu)及原理

蒸餾燒瓶是一個帶有標(biāo)準(zhǔn)磨口接口的茄形或圓底燒瓶,通過一高度回流蛇形冷凝管與減壓泵相連,回流冷凝管另一開口與帶有磨口的接收燒瓶相連,用于接收被蒸發(fā)的有機溶劑。


在冷凝管與減壓泵之間有三通活塞,當(dāng)體系與大氣相通時,可以將蒸餾燒瓶,接液燒瓶取下,轉(zhuǎn)移溶劑;當(dāng)體系與減壓泵相通時,則體系應(yīng)處于減壓狀態(tài)。使用時,應(yīng)先減壓,再開動電動機轉(zhuǎn)動蒸餾燒瓶;結(jié)束時,應(yīng)先停機,再通大氣,以防蒸餾燒瓶在轉(zhuǎn)動中脫落。

 

作為蒸餾的熱源,常配有相應(yīng)的恒溫水槽。通過電子控制,使燒瓶在最適合的速度下,恒速旋轉(zhuǎn)以增大蒸發(fā)面積。通過真空泵使蒸發(fā)燒瓶處于負(fù)壓狀態(tài)。蒸發(fā)燒瓶在旋轉(zhuǎn)同時置于水浴鍋中恒溫加熱,瓶內(nèi)溶液在負(fù)壓下在旋轉(zhuǎn)燒瓶內(nèi)進行加熱擴散蒸發(fā)。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器系統(tǒng)可以密封減壓至 400~600毫米汞柱;用加熱浴加熱蒸餾瓶中的溶劑,加熱溫度可接近該溶劑的沸點;同時還可進行旋轉(zhuǎn),速度為50~160轉(zhuǎn)/分,使溶劑形成薄膜,增大蒸發(fā)面積。此外,在高效冷卻器作用下,可將熱蒸氣迅速液化,加快蒸發(fā)速率。

旋蒸儀的發(fā)展歷程

1、羊毛冷凝器

古希臘船員注意到船帆上的霧氣冷凝液滴,水手們將羊毛放到加熱的罐子上方獲得了淡水,被后世稱為羊毛冷凝器。

2、亞里士多德的研究
公元前350年古希臘時代,亞里士多德研究了蒸餾及冷凝原理,發(fā)現(xiàn)了自然界重要的水的循環(huán)規(guī)律,“通過蒸餾,先使水變成蒸汽繼而使之變成液體狀,可使海水變成可飲用的水”。

3、煉金術(shù)士的研究
公元2世紀(jì),煉金術(shù)士們研制了最早的銅質(zhì)蒸餾裝置——“蒸餾鍋”。

4、真空蒸餾的出現(xiàn)
17世紀(jì),愛爾蘭物理學(xué)家Robert Boyle首次進行了具有革命意義的真空蒸餾,證明了壓力與沸點之間的關(guān)系,蒸餾速度得到了極大提升。

5、旋轉(zhuǎn)起來的蒸餾瓶和商品化的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀
上世紀(jì)50年代,科學(xué)家C.C.Draig與M.E.Volk分別提出了旋轉(zhuǎn)燒瓶的概念,以使樣品實現(xiàn)更好的混合和更大面積的受熱。同時期誕生了最早的商品化的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。

 

6.智能化旋蒸的時代
時間推進到21世紀(jì),人工智能的浪潮席卷全球。實驗室的自動化進程不斷推進,智能化的旋蒸成為現(xiàn)代實驗室的標(biāo)配。

旋蒸儀的保養(yǎng)知識

1.用前仔細(xì)檢查儀器,玻璃瓶是否有破損,各接口是否吻合,注意輕拿輕放。  

2.用軟布擦拭各接口,然后涂抹少許真空脂。真空脂用后一定要蓋好,防止灰砂進入。

3.各接口不可擰得太緊,要定期松動活絡(luò),避免長期緊鎖導(dǎo)致連接器咬死。

4.先開電源開關(guān),然后讓機器由慢到快運轉(zhuǎn),停機時要使機器處于停止?fàn)顟B(tài),再關(guān)開關(guān)。

5.各處的聚四氟開關(guān)不能過力擰緊,容易損壞玻璃。

6.每次使用完畢必須用軟布擦凈留在機器表面的各種油跡,污漬,溶劑剩留,保持清潔。

7.停機后擰松各聚四氟開關(guān),長期靜止在工作狀態(tài)會使聚四氟活塞變形。

8.定期對密封圈進行清潔,方法是:取下密封圈,檢查軸上是否積有污垢,用軟布擦干凈,然后涂少許真空脂,重新裝上即可,保持軸與密封圈滑潤。

9.電氣部分切不可進水,嚴(yán)禁受潮。

旋蒸儀的優(yōu)缺點

優(yōu)點

1.所有的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀都內(nèi)置了一個升降馬達,該裝置可以在斷電的時候自動將燒瓶提升到加熱鍋以上的位置。

2.由于液體樣品和蒸發(fā)瓶間的向心力和摩擦力的作用,液體樣品在蒸發(fā)瓶內(nèi)表面形成一層液體薄膜,受熱面積大;

3.樣品的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的作用力有效抑制樣品的沸騰。綜上特征以及其便利的特點,使現(xiàn)代化的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀可用于快速、溫和地對絕大多數(shù)樣品進行蒸餾,即使是沒有操作經(jīng)驗的操作者也能完成。

 

缺點

某些樣品的沸騰,例如乙醇和水,將導(dǎo)致實驗者收集樣品的損失。操作時,通?梢栽谡麴s過程的混勻階段時通過小心的調(diào)節(jié)真空泵的工作強度或者加熱鍋的溫度防止沸騰。

或者也可以通過向樣品中加入防沸顆粒。對于特別難以蒸餾的樣品,包括易產(chǎn)生泡沫的樣品,也可以對旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀配置特殊的冷凝管。

旋蒸儀使用注意事項

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀如果使用不當(dāng)很容易造成設(shè)備的損壞,所以在使用過程中要注意一些事項,具體如下:


1、玻璃零件接裝應(yīng)輕拿輕放,裝前應(yīng)洗干凈,擦干或烘干。

2、各磨口,密封面密封圈及接頭安裝前都需要涂一層真空脂。

3、加熱槽通電前必須加水,不允許無水干燒。

4、如真空抽不上來需檢查:

(1)各接頭,接口是否密封

(2)密封圈,密封面是否有效

(3)主軸與密封圈之間真空脂是否涂好

(4)真空泵及其皮管是否漏氣

(5)玻璃件是否有裂縫,碎裂,損壞的現(xiàn)象

5、關(guān)于真空度

真空度是旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器最重要的工藝參數(shù),而用戶經(jīng)常會碰到真空度上不去的問題。通常與使用的溶劑性質(zhì)有關(guān),檢測中常用到水、乙醇、乙酸、石油醚、氯仿等溶劑,而一般真空泵不能耐強有機溶劑,可選用耐強腐蝕特種真空泵,推薦使用水循環(huán)真空泵。

檢驗儀器是否漏氣的方法:一一夾斷外接真空皮管,觀察儀器上真空表,能否保持五分鐘不漏氣。如有漏氣,則應(yīng)檢查各密封接頭和旋轉(zhuǎn)軸上密封圈是否有效。反之,儀器正常就要檢查真空泵和真空管道。

 

6、關(guān)于電機溫升

若某型號電動機采用三相,220V專用電機,E級絕緣,繞組采用聚脂高強度漆包線,在海拔不超過1000米,環(huán)境溫度不超過40℃時連續(xù)使用電機表面溫升(電機表面溫度與環(huán)境溫度之差)不超過45℃屬正常,若溫升超過45℃要檢查有關(guān)傳動潤滑系統(tǒng)。

影響蒸餾效率的因素

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的蒸餾效率決定了每天能蒸餾的樣品個數(shù),在相同溶劑的情況下,蒸餾效率越高,蒸餾的樣品個數(shù)也越多。那么影響旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸餾效率的因素有哪些呢?


1、系統(tǒng)的真空值 
旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的密閉空間由蒸發(fā)瓶、蒸發(fā)管、密封圈、冷凝管等玻璃組件、真空緩沖瓶、真空泵和真空管路組成,而這其中,影響系統(tǒng)真空最關(guān)鍵且會變化的因素是:真空泵、密封圈和真空管。
真空泵和真空控制器:真空泵極限越低,系統(tǒng)的真空值也越低。在蒸餾的時候,需要通過真空控制器設(shè)置合理的真空值,保證蒸餾效率,同時避免爆沸。目前隔膜真空泵的極限真空最低可達2mbar,循環(huán)水泵的極限真空大約50mbar(0.095kpa)。如果預(yù)算允許,真空控制器或真空閥就很有必要,它能控制好蒸餾所需的系統(tǒng)真空值。


密封圈:作為承接蒸發(fā)管和冷凝管的關(guān)鍵密封件,其耐磨性和耐腐蝕性是關(guān)鍵。常用作密封圈的材質(zhì)是:PTFE和橡膠,顯然PTFE的耐磨性和耐腐蝕性都會更好。個別廠家在密封圈中,加了不銹鋼的緩沖彈片,耐磨性更好。

 

真空管材質(zhì):一般各廠家沒有標(biāo)配真空管,自行選購的時候,硅膠管自然是首選了,因其老化效率比橡膠管慢。

  
2、加熱鍋溫度 
加熱鍋溫度越高,溶劑的蒸餾效果越快,但考慮到目標(biāo)成分的熱敏性、操作的安全性,最常用的溫度是50℃。再者80°C以上,改用硅油作為介質(zhì)會帶來清潔的問題,一般更建議降低真空值來達到更快的蒸餾效率。目前市面上,最好的隔膜真空泵,極限真空可以達到2mbar,DMF在常溫下都可以蒸餾出來。

 

3、 蒸發(fā)瓶的轉(zhuǎn)速
蒸發(fā)瓶的轉(zhuǎn)速越快,瓶內(nèi)表面浸潤面積愈大,受熱面積大;但同時液膜厚度也愈厚,增大傳熱溫差。對于不同粘度的物料,存在最佳轉(zhuǎn)速。且轉(zhuǎn)動動力由馬達提供,市面上直流無刷馬達、交流馬達和步進馬達都有,參差不齊,直流無刷馬達的反饋是最好的。

 

4、冷卻介質(zhì)的溫度
為確保最佳的蒸餾效率,冷卻介質(zhì)一般建議同加熱鍋溫度保持40°C的溫差,以便將熱蒸汽進行快速冷凝,降低蒸汽對系統(tǒng)真空的影響。

如何選購旋蒸儀

選購旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀之前,要明確一些問題,例如一次蒸餾量是多少,每天需要蒸餾的樣品個數(shù)約多少,蒸餾的溶劑預(yù)計會有哪些,溶劑的沸點大約是怎樣的范圍,這些溶劑是否是易燃易爆或是有毒有害的溶劑。再確定實驗要求和蒸餾的溶劑類型后,就可以開始選購旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀了。

 

1.明確旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的規(guī)格
旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的規(guī)格通常以蒸發(fā)瓶容積區(qū)分的,所需蒸發(fā)瓶的大小,取決于被蒸發(fā)物料的數(shù)量,一般而言,2L、3L、5L旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器適合于實驗室小量試驗;5L、10L、20L適合于中試;20L、50L適合于中試及生產(chǎn)。當(dāng)然特殊情況下,還可以借助連續(xù)進料管,擴大蒸發(fā)瓶的容積,從而一定程度上擴大一次連續(xù)蒸餾量。

2.明確旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的所需完成的蒸餾任務(wù)
2.1、蒸餾效率

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的蒸餾效率決定了每天能蒸餾的樣品個數(shù),在相同溶劑的情況下,蒸餾效率越高,蒸餾的樣品個數(shù)也越多。如果樣品量大,選購旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀時就需要在蒸餾效率上多花心思進行考量。

 

2.2、安全風(fēng)險評估
蒸餾的安全風(fēng)險主要來源于蒸餾的溶劑和加熱介質(zhì)。

 

1)如果加熱介質(zhì)是硅油的話,燃點至少高出加熱鍋最高溫度25°C。

2)蒸餾溶劑如帶易燃、易爆性質(zhì)的話,防爆玻璃組件可作為首選,蒸餾結(jié)束,儀器若能自動放氣最好,以免人工放氣太快,引發(fā)爆炸。

3)優(yōu)化實驗室環(huán)境,可以選配二次冷凝裝置最大化回收蒸餾溶劑。

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編輯:songjiajie2010

 
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