Холодильники. Разновидности и применение

Холодильник-это прибор для конденсации пара при помощи охлаждающей среды,чаще всего воды.

В зависимости от способа применения различают следующие типы холодильников:

Прямой холодильник (нисходящий)-применяется для конденсирования паров и отвода образовавшегося конденсата из реакционной системы. Сбор конденсата ведется в колбу-приемник.

Обратный холодильник -применяется для конденсирования паров и возврата конденсата в реакционную массу. Устанавливают такие холодильники обычно вертикально.

На Рис.1 приведены различные конструктивные типы холодильников.

Рис.1 Конструктивные типы холодильников

а-воздушный холодильник

б-шариковый воздушный холодильник

в-холодильник Либиха

г-шариковый холодильник

д-змеевиковый холодильник

е-холодильник Штеделера

ж-холодильник Димрота

з-холодильник сочетающий принципы холодильников Либиха и Димрота

и-"охлаждающий палец"

Воздушный холодильник (рис.1 - а)

Относится к простейшим по конструкции холодильникам и представляет из себя длинную стеклянную трубку. Такой холодильник применяется только при работе с высококипящими жидкостями (т.кип. >150°С), поскольку охлаждающее действие воздуха невелико. Холодильник может применяться в качестве прямого или обратного. Как обратный, холодильник такого типа малоэффективен: движение жидкости преимущественно отвечает ламинарному потоку и вещество легко «выбрасывается». В качестве нисходящего такой холодильник можно использовать при не слишком большой скорости перегонки для веществ с температурой кипения >150°С.

Шариковый воздушный холодильник (рис.1 - б)

Применяется в качестве обратного. Шариковые холодильники более эффективны, чем обычные (прямые по конструкции) воздушные холодильники, за счет большей поверхности теплообмена. Такие холодильники нашли применение для полумикросинтезов, где количество отводимого тепла невелико и для конденсации даже низкокипящих веществ воздушное охлаждение оказывается вполне достаточным. (При необходимости в этом случае холодильник можно обмотать влажной фильтровальной бумагой.)

Холодильник Либиха (рис.1 - в)

Применяется преимущественно в качестве нисходящего примерно до 160°С. Охлаждающим средством для веществ с температурой кипения < 120°С служит в нем проточная вода, а в интервале 120-16О°С — непроточная.

Холодильник Либиха состоит из двух стеклянных трубок запаянных одна в другую. По внутренней трубке движутся пары жидкости, а по внешней (рубашка) охлаждающий агент (холодная вода).

В качестве обратного такой холодильник малоэффективен, так как имеет малую охлаждающую поверхность и ламинарное течение паров; с этой целью он применяется только для относительно высококипящих (т.кип. >100°С) соединений. На наружной поверхности холодильника конденсируется атмосферная влага, которая через капиллярные течи в шлифе может попадать внутрь колбы, поэтому шлифы на холодильнике и колбе следует тщательно смазывать. Рекомендуется также на холодильнике выше шлифа надевать манжету из сухой фильтровальной бумаги. Более высококипяише жидкости в месте спая А (рис.1 -в) могут обусловить возникновение внутреннего напряжения, что вызывает растрескивание стекла. Поэтому холодильники Либиха нельзя изготовлять из нетермостойкого стекла.

На рис.2 показан пример использования холодильника Либиха для простой перегонки.

Рис.2 Установка для простой перегонки.

1-колба Вюрца

2-холодильник Либиха

3-алонж

4-колба-приемник

Следует отдельно заметить, что охлаждающий агент (вода) подается исключительно снизу вверх. При подаче хладоагента сверху-вниз заполнение рубашки холодильника будет неполным, что сделает охлаждение неэффективным. Кроме того при такой подаче холодильник может выйти из строя (треснуть) из-за локальных перегревов рубашки.

Шариковый холодильник (рис.1 - г)

Используется исключительно как обратный. Поскольку этот холодильник имеет шаровидные расширения, ток паров становится в нем турбулентным; охлаждающее действие такого холодильника значительно выше, чем у холодильника Либиха. Однако на внешней его поверхности также конденсируется атмосферная влага и место спая А также является опасным. Подача охлаждающего агента производится снизу-вверх. Через шариковый холодильник удобно вставлять ось мешалки, вводить в реактор различные вещества, хорошо смываемые в колбу конденсатом и подогреваемые им. Обычно число шариков у таких холодильников колеблется от 3 до 8. Во избежание захлебывания, когда конденсат не успевает стекать обратно в колбу с кипящей жидкостью, обратный шариковый холодильник устанавливают в наклонном положении, но наклон не должен быть слишком большим, чтобы конденсат не скапливался в шарах. Скопление конденсата приводит к уменьшению эффективной охлаждающей поверхности холодильника.

Змеевиковый холодильник (рис.1 - д)

Никогда не используется как обратный, так как конденсат, который недостаточно хорошо стекает по сгибам змеевика, может быть выброшен нз холодильника и послужить причиной несчастного случая. Змеевиковый холодильник, установленный вертикально, является наиболее эффективным нисходящим холодильником, особенно для низкокипящих веществ.

Холодильник Штеделера (рис.1 - е)

Модификация змеевикового холодильника, в котором охлаждающий сосуд может быть заполнен смесью льда с поваренной солью, твердой углекислотой с ацетоном и т. д. Такой холодильник можно применять для конденсации веществ, кипящих при очень низких температурах.

Холодильник Димрота (рис.1 - ж) Очень эффективный обратный холодильник. Его также используют в качестве нисходящего если можно пренебречь относительно большими потерями дистиллята на змеевике. Спай змеевика с рубашкой А находится вне зоны с большим перепадом температур, поэтому, применяя такой холодильник при работе с жидкостями, кипящими выше 160°С можно не опасаться.

__________________________________________