Kas yra grįžtamasis kondensatorius?
Chemijos srityje kondensatorius yra laboratorijose paprastai naudojamas prietaisas, skirtas garams paversti skysčiais, sumažinant jų temperatūrą. Kondensatoriai nuolat naudojami atliekant įvairias laboratorines procedūras, įskaitant distiliavimą, grįžtamąjį srautą ir ekstrakciją. Distiliuojant mišinys kaitinamas tol, kol išgaruoja lakiosios sudedamosios dalys, po to susidarę garai kondensuojami ir surenkami į atskirą indą. Refliukso metu reakcija, kurioje dalyvauja lakūs skysčiai, vyksta jų virimo temperatūroje, siekiant pagreitinti procesą, o natūraliai susidarę garai kondensuojami ir vėl patenka į reakcijos indą. Atliekant Soksleto ekstrakciją, į miltelius, pavyzdžiui, sumaltas šaknis ar lapus, įpilamas įkaitintas tirpiklis, kad būtų išskirtos sunkiai tirpstančios sudedamosios dalys. Vėliau tirpiklis iš gauto tirpalo distiliuojamas, kondensuojamas ir vėl įpilamas. Sukurta daugybė kondensatorių tipų, skirtų įvairioms reikmėms ir perdirbimo pajėgumams. Pats paprasčiausias ir seniausias kondensatorius yra ilgas vamzdis, pro kurį nukreipiami garai, o aušinimui naudojamas aplinkos oras. Dažniausiai kondensatorius turi atskirą vamzdį arba išorinę kamerą, kurioje cirkuliuoja vanduo (arba kitas skystis), kad būtų padidintas aušinimo efektyvumas.
Liebigo grįžtamojo srauto kondensatorius
Kaip tai veikia?
Projektuojant ir prižiūrint sistemas ir procedūras, kuriose naudojami kondensatoriai, labai svarbu užtikrinti, kad įeinančių garų pernešama šiluma neviršytų pasirinkto kondensatoriaus ir aušinimo mechanizmo pajėgumo. Be to, šiame kontekste labai svarbūs nustatyti šiluminiai gradientai ir medžiagų srautai.
Paprasčiau tariant, grįžtamasis kondensatorius turi gebėti kondensuoti garus.
Paprasčiau tariant, grįžtamasis kondensatorius turi gebėti kondensuoti garus.
Temperatūra
Kad medžiaga iš dujinės būsenos pereitų į kondensuotą, dujų slėgis turi viršyti aplinkinio skysčio garų slėgį. Kitaip tariant, esant tam tikram slėgiui, skystis turi būti palaikomas žemiau savo virimo temperatūros. Tipinėse konfigūracijose skystis sudaro ploną sluoksnį ant vidinio kondensatoriaus paviršiaus, todėl jo temperatūra beveik sutampa su paviršiaus temperatūra. Todėl projektuojant arba renkantis kondensatorių pirmiausia reikia užtikrinti, kad jo vidinis paviršius išliktų žemiau skysčio virimo temperatūros.
Liebigo kondensatoriai
Šilumos srautas
Vykstant kondensacijos procesui, garai išskiria šilumą, vadinamą garavimo šiluma, kuri turi tendenciją didinti kondensatoriaus vidinio paviršiaus temperatūrą. Todėl kondensatorius privalo greitai išsklaidyti šią šilumos energiją, kad išlaikytų pakankamai žemą temperatūrą, ypač esant numatytam didžiausiam kondensacijos greičiui. Šią problemą galima spręsti įvairiais būdais, pavyzdžiui, didinant kondensacijai skirtą paviršiaus plotą, mažinant kondensatoriaus sienelės storį ir (arba) priešingoje kondensatoriaus pusėje įrengiant efektyvų šilumos sugėrėją (pvz., cirkuliuojantį vandenį).
Medžiagų srautas
Be to, labai svarbu užtikrinti, kad kondensatoriaus dydis būtų tinkamai parinktas taip, kad būtų sudarytos sąlygos didžiausiam įmanomam kondensuoto skysčio nutekėjimui, atitinkančiam numatomą garų patekimo greitį. Labai svarbu būti atsargiems ir neleisti į kondensatorių patekti verdančiam skysčiui, kuris gali atsirasti dėl sprogstamo virimo arba lašelių susidarymo sprogus burbuliukams.
Nešančiosios dujos
Dar daugiau klausimų kyla, kai kondensatoriaus viduje esančias dujas sudaro mišinys, kurio sudėtyje yra dujų, turinčių gerokai žemesnes virimo temperatūras, kaip gali būti sausojo distiliavimo atvejais. Tokiais atvejais nustatant kondensacijos temperatūrą reikia atsižvelgti į mišinyje esančių garų dalinį slėgį. Pavyzdžiui, jei į kondensatorių patenka 25 % etanolio garų ir 75 % anglies dioksido (pagal molus), kai slėgis yra 100 kPa (įprastas atmosferos slėgis), kondensacijos paviršius turi būti žemesnis nei 48 °C, t. y. etanolio virimo temperatūra esant 25 kPa.
Be to, kai dujos nėra gryni garai, kondensacijos proceso metu prie kondensuojančio paviršiaus susidaro dujų sluoksnis, kuriame yra dar mažiau garų. Tai dar labiau sumažina virimo temperatūrą. Todėl kondensatoriaus konstrukcija turėtų užtikrinti veiksmingą dujų maišymą ir (arba) užtikrinti, kad visos dujos būtų priverstos praeiti šalia kondensacijos paviršiaus.
Aušinimo skysčio tekėjimo kryptis
Daugumą kondensatorių galima suskirstyti į du pagrindinius tipus.
- Vienalaikiai kondensatoriai: Šie kondensatoriai priima garus per vieną įėjimo angą, o skystį išleidžia per kitą išėjimo angą, kaip paprastai naudojama paprastose distiliavimo sistemose. Paprastai jie įrengiami vertikaliai arba pakreipti, garų įėjimas yra viršuje, o skysčio išėjimas - apačioje.
Lygiagretaus Liebigo grįžtamojo kondensatoriaus schema
- Priešpriešinių srovių kondensatoriai: Šie kondensatoriai skirti nukreipti skystį atgal į garų šaltinį, kaip reikalaujama grįžtamojo ir frakcinio distiliavimo procesuose. Paprastai jie montuojami vertikaliai virš garų šaltinio, kuris patenka iš apačios. Abiem atvejais kondensuotas skystis gali tekėti atgal į šaltinį veikiamas sunkio jėgos.
Priešsrovinio Liebigo grįžtamojo kondensatoriaus schema
Ši klasifikacija nėra viena kitą išskirianti, nes įvairūs tipai gali būti naudojami abiem būdais pakaitomis.
Pastaba: Liebigo kondensatorius, pavadintas Justuso von Liebigo vardu, yra paprastos konstrukcijos, kuriame naudojamas cirkuliuojantis aušinimo skystis. Jis pasižymi paprasta konstrukcija ir prieinama kaina. Liebigas patobulino ankstesnę Weigelio ir Göttlingo konstrukciją ir išpopuliarino ją šioje srityje. Kondensatorių sudaro du koncentriški tiesūs stikliniai vamzdeliai, kurių vidinis vamzdelis yra ilgesnis ir išeina už abiejų galų. Išorinis vamzdis galuose užsandarinamas (paprastai naudojant pūsto stiklo žiedinį sandariklį) ir taip sukuriamas vandens apvalkalas. Šalia galų yra šoninės angos aušinimo skysčio įtekėjimui ir ištekėjimui palengvinti. Vidinio vamzdelio galai, per kuriuos eina garai ir kondensuotas skystis, lieka atviri.
Palygintisu pagrindiniu oru aušinamu vamzdžiu, Liebigo kondensatorius pasižymi didesniu efektyvumu, nes šalina kondensacijos metu susidariusią šilumą ir palaiko pastoviai žemą vidinio paviršiaus temperatūrą.
Kaip naudoti refliukso kondensatorių?
Kondensatoriai plačiai naudojami slaptose laboratorijose atliekant daugybę sintezių, pavyzdžiui, metamfetamino sintezę iš P2P naudojant aliuminio amalgamą, metamfetamino sintezę iš P2P redukuojant NaBH4. vidutinio masto, amfetamino sintezė iš P2NP per Al/Hg (vaizdo įrašas), visiška MDMA sintezė iš Sassafros aliejaus naudojant Al/Hg, 1-fenil-2-nitropropeno (P2NP) vaizdo sintezė iš benzaldehido ir nitroetano ir daugelis kitų, siekiant kondensuoti tirpiklio garus į reakcijos indą. Atbulinis kondensatorius įrengiamas ant reakcijos indo, o šalto vandens šaltinis silikonine (arba gumine) žarna prijungiamas prie apatinio įleidimo čiaupo. Išleidimo žarna prijungiama prie viršutinio išleidimo čiaupo.
Šiam tikslui galima naudoti kibirą su ledu ir vandeniu su akvariumo pompa. Jei sintezės mastas didelis arba jei reikia efektyvesnio aušinimo šaltinio, galima naudoti laboratorinį aušintuvą. Aušintuvai - tai įrenginiai, kurie šalina šilumą iš skysčio garų suspaudimo arba absorbcinio šaldymo ciklu. Tada šis skystis gali cirkuliuoti per šilumokaitį, pavyzdžiui, grįžtamąjį kondensatorių, kad atvėsintų tirpiklio garus.
Susijusios temos
Susijusios temos
