Mis on tagasivoolukondensaator?
Keemia valdkonnas on kondensaator seade, mida tavaliselt kasutatakse laboratooriumides aurude muutmiseks vedelikeks, vähendades nende temperatuuri. Kondensaatorid leiavad regulaarset kasutamist erinevates laboratoorsetes protseduurides, sealhulgas destillatsioon, refluks ja ekstraheerimine. Destillatsiooni käigus kuumutatakse segu, kuni selle lenduvamad komponendid aurustuvad, misjärel tekkinud aurud kondenseeritakse ja kogutakse eraldi mahutisse. Refluksimisel viiakse lenduvate vedelikega seotud reaktsioon läbi nende keemistemperatuuril, et kiirendada protsessi, ning loomulikult tekkivad aurud kondenseeritakse ja viiakse uuesti reaktsioonianumasse. Soxhlet-ekstraktsiooni puhul lisatakse kuumutatud lahustit pulbrilistele materjalidele, näiteks jahvatatud juurtele või lehtedele, et eraldada raskesti lahustuvaid koostisosi. Seejärel destilleeritakse lahusti saadud lahusest, kondenseeritakse ja infundeeritakse uuesti. Erinevate rakenduste ja töötlemisvõimsuste jaoks on välja töötatud arvukalt erinevaid kondensaatoritüüpe. Lihtsaim ja vanim kondensaatorivorm hõlmab pikka toru, mille kaudu aurud suunatakse, kasutades jahutamiseks ümbritsevat õhku. Üldisemalt sisaldab kondensaator eraldi toru või väliskambrit, mis hõlbustab vee (või muu vedeliku) ringlust, et suurendada jahutuse tõhusust.
Liebigi tagasivoolukondensaator
Kuidassee töötab?
Kondensaatoritega seotud süsteemide ja menetluste projekteerimisel ja hooldamisel on oluline tagada, et sissetuleva auruga kaasnev soojus ei ületaks valitud kondensaatori ja jahutusmehhanismi võimsust. Lisaks on selles kontekstis äärmiselt olulised kehtestatud soojusgradientid ja materjalivoolud.
Lihtsalt öeldes peavad tagasivoolukondensaatorid olema võimelised kondenseerima auru.
Lihtsalt öeldes peavad tagasivoolukondensaatorid olema võimelised kondenseerima auru.
Temperatuur
Selleks, et aine läheks gaasilisest olekust üle kondenseeritud olekusse, peab gaasi rõhk olema suurem kui ümbritseva vedeliku aururõhk. Teisisõnu, vedelik peab jääma selle konkreetse rõhu juures alla oma keemistemperatuuri. Tüüpilistes konfiguratsioonides moodustab vedelik kondensaatori sisepinnal õhukese kihi, mille tulemusena on selle temperatuur peaaegu identne pinna temperatuuriga. Seega on kondensaatori projekteerimisel või valikul esmatähtis tagada, et selle sisepind jääks vedeliku keemistemperatuurist madalamale.
Liebigi kondensaatorid
Soojusvool
Kondensatsiooniprotsessi käigus eraldub aurust soojus, mida nimetatakse aurustumise soojuseks, mis kipub tõstma kondensaatori sisepinna temperatuuri. Seetõttu on kondensaatoril hädavajalik see soojusenergia kiiresti hajutada, et säilitada piisavalt madal temperatuur, eriti kui tegemist on eeldatava maksimaalse kondensatsioonikiirusega. Seda probleemi saab lahendada mitmel viisil, näiteks suurendades kondensatsiooniks kasutatavat pinda, vähendades kondensaatori seina paksust ja/või lisades kondensaatori vastaspoolele tõhusa soojusjuhtme (näiteks tsirkuleeriva vee).
Materjalivool
Lisaks sellele on oluline tagada, et kondensaator oleks sobivalt dimensioneeritud, et hõlbustada kondenseeritud vedeliku maksimaalset väljavoolu, mis vastab eeldatavalt siseneva auru kiirusele. Väga oluline on olla ettevaatlik ja vältida keeva vedeliku sisenemist kondensaatorisse, mis võib tekkida plahvatusohtliku keemise või mullide lõhkemisel tekkivate tilkade tekkimise tõttu.
Kandegaasid
Täiendavad kaalutlused tulevad mängu, kui kondensaatoris olev gaas koosneb segust, mis sisaldab oluliselt madalama keemistemperatuuriga gaase, nagu võib juhtuda näiteks kuivdestillatsiooni puhul. Sellistel juhtudel peab kondensatsioonitemperatuur arvestama aurude osarõhku segus. Näiteks kui kondensaatorisse sisenev gaas koosneb 25 % etanooliaurust ja 75 % süsinikdioksiidist (mooli järgi) rõhu 100 kPa juures (tüüpiline atmosfäärirõhk), peab kondensatsioonipinna temperatuur olema alla 48 °C, mis on etanooli keemistemperatuur 25 kPa juures.
Lisaks sellele, kui gaas ei ole puhas aur, tekib kondenseerimisprotsessi käigus kondenseerumispinna kõrval gaasikiht, mille aurusisaldus on veelgi madalam. See vähendab veelgi keemistemperatuuri. Järelikult peab kondensaatori konstruktsioon tagama gaasi tõhusa segamise ja/või tagama, et kogu gaas liigub kondenseerimispinna läheduses.
Jahutusvedeliku voolu suund
Enamik kondensaatoreid võib jagada kahte põhitüüpi.
- Samaaegsed kondensaatorid: Need kondensaatorid võtavad auru vastu ühe sisselaskeava kaudu ja väljastavad vedeliku teise väljavoolu kaudu, nagu seda tavaliselt kasutatakse lihtsates destillatsiooniseadmetes. Need paigaldatakse tavaliselt vertikaalselt või kallutatud asendis, kusjuures auru sisend asub üleval ja vedeliku väljund all.
Samaaegse Liebigi reflukskondensaatori skeem
- Vastavoolukondensaatorid: Need kondensaatorid on kavandatud suunama vedelikku tagasi auruallika suunas, nagu on nõutav tagasivoolu- ja fraktsionaaldestillatsiooniprotsessides. Need paigaldatakse tavaliselt vertikaalselt auruallika kohale, mis siseneb altpoolt. Mõlemal juhul lastakse kondenseeritud vedelikul gravitatsiooni jõul tagasi allikasse voolata.
Liebigi vastuvoolu tagasivoolukondensaatori skeem
Klassifikatsioon ei ole üksteist välistav, sest erinevaid tüüpe võib kasutada mõlemal režiimil vaheldumisi.
Märkus: Liebigi kondensaator, mis on nimetatud Justus von Liebigi järgi, on lihtne konstruktsioon, mis kasutab tsirkuleerivat jahutusvedelikku. See pakub lihtsat konstruktsiooni ja taskukohasust. Liebig täiustas Weigeli ja Göttlingi varasemat konstruktsiooni ja populariseeris seda valdkonnas. Kondensaator koosneb kahest kontsentrilisest sirgest klaasist torust, kusjuures sisemine toru on pikem ja ulatub mõlemast otsast kaugemale. Välimine toru on otstest suletud (tavaliselt puhutud klaasist rõngastihendiga), mis moodustab veevanniku. Kondensaatoril on otste lähedal külgmised avad, mis hõlbustavad jahutusvedeliku sisse- ja väljavoolu. Sisemise toru otsad, millest aur ja kondenseeritud vedelik läbivad, jäävad avatuks.
Võrreldes tavalise õhkjahutusega toruga on Liebigi kondensaatoril suurem tõhusus kondenseerumise käigus tekkiva soojuse eemaldamisel ja sisepinna püsivalt madala temperatuuri säilitamisel.
Kuidas kasutada tagasivoolukondensaatorit?
Kondensaatorid, mida kasutatakse laialdaselt salajastes laborites paljudes sünteesides, näiteks metamfetamiini süntees P2P-st alumiiniumamalgaami abil, metamfetamiini süntees P2P-st NaBH4 redutseerimise teel. Keskmise ulatusega, amfetamiini süntees P2NP-st Al/Hg kaudu (video), täielik MDMA süntees Sassafras-õlist Al/Hg-ga, 1-fenüül-2-nitropropeeni (P2NP) videosüntees bensaldehüüdist ja nitroetaanist ja paljud teised, et kondenseerida lahustiaurud reaktsioonianumasse. Reaktsioonianumale paigaldatakse tagasivoolukondensaator ja külma vee allikas ühendatakse silikoonist (või kummist) vooliku kaudu alumise sisselaskekraaniga. Väljavooluvoolik ühendatakse ülemise väljavooluhani külge.
Selleks võib kasutada ämbrit jääga ja veega koos akvaariumipumbaga. Kui tegemist on suuremahulise sünteesiga või kui on vaja tõhusamat jahutusallikat, võite kasutada laboratooriumi jahutit. Jahutid on masinad, mis eemaldavad vedelikust soojust aurukompressiooni- või absorptsioonikülmutusringi abil. Seejärel saab seda vedelikku ringlusse lasta läbi soojusvaheti, näiteks tagasivoolukondensaatori, et jahutada lahustiaurusid.
Seotud teemad
Seotud teemad
