Appareil distillatoirc (ballon et réfrigéfant

227. Pendant la distillation, il arrive souvent que le dégagement brustpie de bulles volumineuses de vapeur, projette vers le haut de l’appareil des gouttes du liquide en ébullition ; de plus, les mêmes bulles jiroduisent en crevant une pulvérisation de ce

“227. — Ari'AREILS DISTILLATOIKES.

liquide, (/arrivée, sous forme de goulteleües ou dépoussiéré, du corps à distiller vers la partie la plus élevée de l’appareil, et notamment au point où les produits condensés commencent a s’écouler vers le réfrigérant, rend imparfaite la séparai ion qui est le but de l’opération. Pour diminuer l’importance de ces accidents, on donne un grand développement à l’appareil entre le liquide et le haut du réfrigérant. On assure ainsi le retour dans le vase distilla toire de la plus grande partie des matières que la vapeur avait soulevées. On se sert même quelquefois dans ce but de ballons à long col. Si l’on emploie une cornue, on doit incliner son col de telle manière que le liquide qui s’y condense s’écoule en arrière vers la panse; dans ce cas, il est nécessaire de recourber un peu le col de la cornue, ou d’interposer entre elle et le réfrigérant, un tube formant un angle plus ou moins prononcé.

228. Lorsque le corps distillé bout à une haute température, il faut donner une grande longueur au tube qui sépare l’appareil vaporiseur du réfrigérant. La condensation s’effectue alors pour la plus grande partie dans ce tube que refroidit l’air ambiant. On évite ainsi les ruptures de verre qui se produisent parfois dans le réfrigérant, lorsque la paroi du tube central est exposée sur ses deux faces à des températures par trop différentes.

Au delcà de 200*’, l’emploi du réfrigérant doit meme être évité à cause de la fréquence de l’accident en question. 11 suffit alors de remplacer cet instrument par un tube nu, de 1'" à l'",20 de longueur, pour (|ue la réfrigération par l’air ambiant condense les vapeurs, alors même que celles-ci proviennent d’une ébullition rapide. La condensation sera d’autant plus active que le tube sera lui-même d’un plus grand diamètre et d’une plus faible épaisseur.

229. Les distillations de quantités considérables de matière se pratiquent

mieux dans des appareils métalliques (lig. Li3). Le ballon ou la cornue deviennent un alambic avec sa A, dans laquelle on place le liquide

U distiller, et son chapiteau G, qui récolte les vapeurs, puis les dirige par un col de cygne vers le réfrigérant S. Ge dernier est alors un serpentin a 137).

L’alambic permet également de distiller an bain-marie. Pour cela, on introduit dans la cucurbite garnie d’eau, un vase cylindrique B', muni de deux bourrelets qui s’adaptent exactement à l’orifice de la chaudière et à celui du chapiteau. Ge vase, qui est représenté en 11 dans sa position régulière, est appelé bain-marie bien qu’en réalité le rôle de l’appareil de chauffage auquel on donne ordinairement ce nom, soit ici remplacé par la cucurbite.

Les diverses parties métalliques de l’appareil s’adaptent e.xactement les unes aux autres, cependant il est nécessaire de rendre les joints étanches. On y parvient en fixant sur eux avec de la colle de pâte, des bandes de papier qui les entourent complètement cl que l’on superpose au nombre de trois ou

VAPORISATION

(jualre. lîiie baiule de tissu de colon collée de même, donne au joint (»lus de solidité.

“idO. DiSTiLi.ATiON DES LIQUIDES TRÈS VOLATILS. — En Opérant comuie il a été dit jusqu’ici, on condense seulement les liquides dont le point d’ébullition est supérieur à la température de l’eau dont on dispose. Pour les lùjuides tid’S volatils, il est nécessaire de remplacer les réfrigérants cités plus haut par des

Fio. 113. — Alambic.

appareils analogues permettant l’emploi de la glace (§ 1 il), celui des mélanges réfrigérants (§ 1T2à ^ I i5) ou même la réfrigération par les liquides très volatils (§ Ü6à § 150).'

B. — niMlilliitioii ri'iietlonnée.

Principes DE la distili.ation fr.actionnée. — Les paiTiculat’ilés que présente l’élmllition des liquides volatils mélangés, peuvent être utilisées pour elïectuer leur séparation.

Lorsqu’on lait bouillir un mélange de deux corps, ce qui est le cas le plus simple, si ces corps ont des iioinls d’ébullition ditlérenls, on constate que la température, comjirise à l’origine entre les points d’ébullition des composants, s’élève peu à peu et atteint vers la lin le point d’ébullition du moins volatil ^218). 8i l’on recueille séparément les liquides ipii se condensent entre des intervalles de température régulièrement espacés, on trouve

^231.— DISTlLLATIOxN FRACTIONNÉE.

que leurs quantilés sont inégales et que les premières recueillies sont plus riches en la substance la plus volatile, tandis que les dernières contiennent une quantité de l’autre substance, supérieure à la proportion de celle-ci dans le mélange primitif. Les compositions des produits fractionnés, ainsi que leurs poids, dépendent de divers facteurs : les tensions des vapeurs de chaque composant dans les limites de température où le produit a été recueilli, les densités de ces vapeurs, la composition du mélange initial, la solubilité des composants Tun dans l’autre, certaines actions réciproques qu’ils exercent, etc.

Toutefois les tensions et les densités de vapeur impriment à l’ensemble des phénomènes son sens général.

En négligeant pour un instant les autres facteurs, la théorie fournit les indications suivantes. Si l’on fait bouillir un mélange de deux liquides, ils se vaporisent tous deux simultanément, suivant des poids déterminés : pour chacun d’eux, le poids qui distille pendant un temps donné, est proportionnel à la fois à la tension et à la densité de sa vapeur dans les circonstances de l’opération; le rapport entre les poids des deux corps distillant simultanémeni , sera donc à chaque instant identique au rapport entre les produits des tensions par les densités. En fait, dans le plus grand nombre des cas, les résultats pratiques diffèrent peu de ceux auxquels conduit la théorie précédente.

232. Les mêmes considéralions permettent de reconiuiitre que cette méthode réalise des séparations imparfaites et que, dans certaines circonstances, elle fournil des mélanges inséparables, de composition constante pendant toute la durée de la distillation. C’est là un fait fort important dans la pratique.

Soit, jiar exemple, le sulfure de carbone et l’alcool mélangés. D’après Régnault, la tension de vapeur du premier étant 0“,G18 vei's dO®, et celle du second O”,! 34, la somme de ces tensions est 0"',752 = 0,618 -j- 0,134; il en résulte que les vapeurs du mélange faisant vers 40® équilibre à la pression atmosphérique, cette température sera celle de l’ébullition. Les poids des deux liquides P et P' qui se vaporiseront, seront entre eux comme les produits de ces tensions par les densités des vapeurs, 2,65 et 1,60 :

Autrement dit, il distillera 7,6 fois plus de sulfure de carbone que d’alcool, ou en traduisant en centièmes, 88,5 parties de sulfure de carbone contre 11,5 parties d’alcool.

VAPOniSATION.

I.ors donc (jue le mélange commencera à bouillir, il passera du sulfure de carbone entraînant 11,5 pour 100 d’alcool. On conçoit dès lors que, si les proportions du mélange sont précisément les mêmes, il ne pourra }>as y avoir de modification dans la composition du produit distillé. Si, au contraire, la proi»ortion d’alcool est inférieure à 11,5 pour 100, tout l’alcool sera entraîné dans les premiers produits qui offriront la composition précédente, et bientôt il ne restera plus que du sulfure de carbone pur. Si enfin la teneur du mélange en alcool s’élève à plus de 11,5 pour 100, tout le sulfure distillera d’abord mélangé avec 11,5 d’alcool.

L’expérience confirme ces conclusions. Lu mélange de !)1 parties de sulfui'e de carbone et de 0 parties d’alcool, bout tout entier entre 4M' et 44“ et donne pendant toute la durée de la distillation des |U'oduits de composition invariable.

On voit immédiatement par cet exemple (jue le li(|uide bouillant le plus bas, ne passe pas forcément et complètement dans les premières portions distillées; la seule considération des densités et des tensions de vapeur, conduit à reconnaître l’influence des (]uantités respectives des composants (M. lîerthelot).

La somme des tensions de vapeur étant égale à la pression de l’atmosphère au moment de l’ébullition, il arrive que le mélange peut bouillir à une tem- [)érature inférieure au point d’ébullition du plus volatil des composants, t^’est ainsi qu’un mélange d’eau (lOÜ") et d’alcool amyliquc (130") bout à t)6“, c’està-dire au-dessous des deux points d’ébullition.

Ajoutons que, dans beaucoup de cas, la tension de deux liquides mélangés est notablement différente de la somme des tensions de chacun d’eux isolé; mais ce fait étant particulier à la nature des liipiides et aux actions réciproijues qu’ils exercent, ne saurait prêter à une généralisation. Ses effets n’en viennent pas moins modifier les résultats dans une certaine mesure. 11 est bien évident d’ailleurs (pie les considérations physiques précédentes ne sauraient s’appliquer aux mélanges des corps susceptibles de former entre eux des combinaisons chimiques.

ïl33. Une consécjuence d’un autre ordre doit encore être signalée. La pression sous laquelle est effectuée la distillation, a une influence considérable sur les résultats. Elle modifie les points d’ébullition des mélanges et par suite les tensions de cha(|ue vapeur qui correspondent. Or, pour les divers liquides, ces tensions ne varient pas suivant les mêmes lois, avec la température. 11 en résulte que les compositions des produits distillés successivement à une température constante, mais sous des pressions différentes, ne sont pas les mêmes. Une autre conséquence est que tel mélange inséparable par distillation sous une pression déterminée, peut devenir séparable lorsqu’on le distille sous une pression plus forte ou plus faible que la première.

^,“14. Une dernière conclusion reste enfin à énoncer; elle jiistilie le mode d’application de la distillation fractionnée généralement suivi. La composition du mélange vaporisé ayant sur les résultats rinllnence indiquée plus haut, il y a grand avantagea

“231. - ÜISTlLL.VnON FUACTIONNÉE.

répéter les distillations ou plus exactement, à soumettre séparément chacun des produits d’un premier fractionnement, à une distillation fractionnée nouvelle, puis à agir de même sur ceux du second, et ainsi de suite. Si par exemple, on distille un mélange de sulfure de carbone et d’alcool, pauvre en alcool, on vient de voir que ce dernier liquide passe tout entier dans les premièi’cs portions distillées. Celles-ci étant recueillies à part et soumises à un nouveau fractionnement par distillation, comme elles se trouvent enrichies en alcool, celui-ci passe au contraire plus abondamment à la lin de l’opération, avec les pointions du produit qui distillent à la température la plus voisine de son point d’ébullition. Cet exemple montre combien il est utile de maintenir séparées les portions du produit qui bouillent aux mêmes températures, lorscju’elles proviennent de fractionnements différents; il donne, il est vrai, une idée exagérée de l’eflicacité de la méthode des distillations fractionnées, mais il indique nettement la marche à suivre dans son application.

^2rl5. Appareils. — Les appareils distillatoires ordinaires, au.xquels on ajoute un thermomètre indiquant la température de la vapeur émise, peuvent servir pour la distillation fractionnée. Les dispositions particulières ont surtout pour but d’empêcher les entraînements du liquide et la surchauffe de la vapeur, ainsi que de rendre plus facile le remplacement des récipients destinés à recevoir les différentes fractions du produit.

Gomme vase distillatoire, on peut se servir d’une cornue tubulée, dans la tubulure de laquelle on fixe le thermomètre au moyen d’un bouchon percé d’un trou. Toutefois les cornues présentent à cause de leur forme, l’inconvénient de rendre petite la longueur de la colonne tbermométrique plongée dans la vapeur.

Un ballon dont le col s’allonge verticalement, ne présente pas cet inconvénient ; on le ferme par un bouchon percé de deux ouvertures : l’une livre passage au thermomètre et l’autre à un tube recourbé que l’on a relié au réfrigérant par l’un des arrangements signalés pour la distillation ordinaire (§ 220). On simplifie l’arrangement de l’appareil en lui donnant la forme représentée dans la figure 144 : on soude sur le col du ballon V, latéralement et vers le haut, un tube incliné t qui servira au dégagement des vapeurs; il suffit ensuite de relier ce tube au réfrigérant RR'.

VAI'OIUSATION.

Dans ce cas, le bouchon qui ferme le col ne porte qu’une ouverture destinée au thermoiriôlre T. Celui-ci est enfoncé dans l’appareil de façon à tenir son réservoir ({uelque peu éloigné du mélange en ébullition. Lorsqu’on opère sur de très petites quantités, à la place du ballon on emploie un simple tube à essais bouché })ar un bout, vers le haut duquel on soude comme au ballon, un tube à dégagement latéral.

On fixe le réfrigérant de Liebig à l’aide d’un support, à une certaine hauteur au-dessus de la tahle ( tig. 144), de telle manière que la partie inférieure du tube ])uisse être engagée dans le goulot

Fio. 141. — Distillation fractionnée.

du flacon F destiné à recevoir le produit. Sans interrompre la distillation, lorsque le ihcrmomètre a atleint une température donnée, on sépare le produit distillé de celui qui distillera, en substituant un autre flacon au premier.

Comme réfrigérant, on se sert encore quelquefois d’un ballon tubulé, mais ce récipient est incommode. Il impose le démontage de l’appareil et par conséquent, l’arrêt de la distillation à chaque fractionnement du produit.

:236. Pour éviter l’entraînement des goulleleltes liquides et aussi la surrliaulTe de la vapeur, on ajoute souvent sur le col du ballon un appendice qui lui forme une sorte de prolongement. Tantôt c’est un tube large, ouvert aux