真空蒸馏与常压蒸馏相比,具有蒸馏温度低和蒸馏速度快的特点。
蒸馏温度低
例如在常压下锌的沸点为1180K,其蒸馏温度要在1273K以上,而在0.133kPa压力下,沸点仅759K,因此蒸馏温度可降到773~873K。降低蒸馏温度一方面可以减少设备材料对金属的污染,延长设备寿命;另一方面增大了金属与杂质蒸气压的差距,提高了分离效果。根据特鲁顿(Trouton)法则,物质的沸腾熵大体相等,可推出A、B两物质蒸气压之比PBθ/PBθ与温度的关系TA、TB分别为A、B的沸点,PAθ、PBθ分别为在TK时A、B的蒸气压,△Sθ为A、B的沸腾熵。当A的沸点比B低时,PAθ/PBθ随温度的降低而增加,即温度降低使它们的分离系数增大,有利于两者分离。
蒸馏速度快
物质的蒸发速度v为物质的蒸发速度,g/(cm2·s);Pθ和P1分别为被蒸发物质的蒸气压和其在气相的分压,提高真空度便导致P1的降低,即蒸发速度加快。真空蒸馏过程一般在真空电阻炉或真空感应炉内进行。
真空脱气 在真空条件下脱除气体杂质,包括通过化学反应而使某些杂质以气体形态的脱除,例如通氧使碳成CO而被脱除。真空脱气于1938年开始在钢铁工业中应用,20世纪60年代后逐步扩展用于钽、铌、锆、铪、钒、钛等高熔点金属的提纯。
真空在脱气过程中的作用主要是降低气体杂质在金属中的溶解度。根据西韦茨定律,双原子气体在金属中的溶解度与其在气相中分压的平方根成正比,因此提高系统的真空度,便相当于降低气体的分压,亦即能降低气体在金属中溶解度,超过溶解度的部分气体杂质便从金属中逸出而脱除。真空脱气主要用于脱除金属中的氢、氮和氧、碳。
金属中氢的脱除氢在钒、铌、钽中的溶解度与其关系在973K下当氢分压为1kPa时,钒、铌、钽中H:Me在0.01以下,或相当于金属中含氢在50×10-4%以下。