Kaj je povratni kondenzator?
Na področju kemije je kondenzator naprava, ki se običajno uporablja v laboratorijih za pretvorbo hlapov v tekočine z znižanjem njihove temperature. Kondenzatorji se redno uporabljajo v različnih laboratorijskih postopkih, vključno z destilacijo, refluksom in ekstrakcijo. Pri destilaciji se zmes segreva, dokler njene hlapnejše sestavine ne izhlapijo, nato pa se nastali hlapi kondenzirajo in zberejo v posebni posodi. Pri refluksu se reakcija, ki vključuje hlapne tekočine, izvaja pri temperaturi vrelišča, da se proces pospeši, hlapi, ki naravno nastanejo, pa se kondenzirajo in ponovno zberejo v reakcijsko posodo. Pri Soksletovi ekstrakciji se segreto topilo vlije v praškaste snovi, kot so zmlete korenine ali listi, da se izločijo slabo topne sestavine. Topilo se nato destilira iz nastale raztopine, kondenzira in ponovno infundira. Razviti so bili številni tipi kondenzatorjev, ki ustrezajo različnim uporabam in zmogljivostim obdelave. Najpreprostejša in najstarejša oblika kondenzatorja je dolga cev, skozi katero se vodijo hlapi, za hlajenje pa se uporablja zrak iz okolice. Pogosteje kondenzator vključuje ločeno cev ali zunanjo komoro, ki omogoča kroženje vode (ali druge tekočine) za povečanje učinkovitosti hlajenja.
Liebigov povratni kondenzator
Kako deluje?
Pri načrtovanju in vzdrževanju sistemov in postopkov, ki vključujejo kondenzatorje, je ključnega pomena zagotoviti, da toplota, ki jo prenaša vhodna para, ne preseže zmogljivosti izbranega kondenzatorja in hladilnega mehanizma. Poleg tega so pri tem izredno pomembni vzpostavljeni toplotni gradienti in pretoki snovi.
Preprosto povedano, povratni kondenzator mora biti sposoben kondenzirati pare.
Preprosto povedano, povratni kondenzator mora biti sposoben kondenzirati pare.
Temperatura
Da snov preide iz plinastega v kondenzirano stanje, mora tlak plina preseči tlak hlapov okoliške tekočine. Z drugimi besedami, tekočina mora biti pri tem specifičnem tlaku pod svojim vreliščem. V tipičnih konfiguracijah tekočina tvori tanko plast na notranji površini kondenzatorja, zaradi česar je njena temperatura skoraj enaka temperaturi površine. Zato je pri načrtovanju ali izbiri kondenzatorja treba predvsem zagotoviti, da njegova notranja površina ostane pod vreliščem tekočine.
Liebigovi kondenzatorji
Toplotni tok
Med postopkom kondenzacije se pri pari sprošča toplota, znana kot toplota izhlapevanja, ki zvišuje temperaturo notranje površine kondenzatorja. Zato mora kondenzator hitro odvajati to toplotno energijo, da bi ohranil dovolj nizko temperaturo, zlasti pri predvideni največji stopnji kondenzacije. Tega izziva se je mogoče lotiti na različne načine, na primer s povečanjem površine, ki je na voljo za kondenzacijo, zmanjšanjem debeline stene kondenzatorja in/ali vključitvijo učinkovitega odvodnika toplote (kot je krožeča voda) na nasprotni strani kondenzatorja.
Pretok materiala
Poleg tega je treba zagotoviti, da je kondenzator ustrezno dimenzioniran, da omogoča največji možni odtok kondenzirane tekočine, ki ustreza predvideni hitrosti vstopa pare. Ključnega pomena je previdnost in preprečevanje vstopa vrele tekočine v kondenzator, do katerega lahko pride zaradi eksplozivnega vrenja ali nastajanja kapljic ob počenju mehurčkov.
Nosilni plini
Dodatni premisleki pridejo v poštev, kadar je plin v kondenzatorju sestavljen iz mešanice, ki vsebuje pline z znatno nižjimi temperaturami vrelišča, kar se lahko zgodi v primerih, kot je suha destilacija. V takih primerih je treba pri temperaturi kondenzacije upoštevati parcialni tlak pare v zmesi. Če na primer plin, ki vstopa v kondenzator, vsebuje 25 % par etanola in 75 % ogljikovega dioksida (po molih) pri tlaku 100 kPa (običajni atmosferski tlak), je treba kondenzacijsko površino vzdrževati pod 48 °C, kar je vrelišče etanola pri 25 kPa.
Poleg tega, če plin ni čista para, pri kondenzaciji nastane plinska plast ob kondenzacijski površini, ki ima še manjšo vsebnost pare. To še dodatno zniža temperaturo vrelišča. Zato mora zasnova kondenzatorja zagotoviti učinkovito mešanje plina in/ali zagotoviti, da je ves plin prisiljen priti v bližino kondenzacijske površine.
Smer toka hladilne tekočine
Večino kondenzatorjev je mogoče razvrstiti v dve glavni vrsti.
- kondenzatorje s hkratnim tokom: Ti kondenzatorji sprejemajo paro skozi en vhod in odvajajo tekočino skozi drug izhod, kot se običajno uporabljajo v preprostih destilacijskih napravah. Običajno so nameščeni navpično ali nagnjeno, pri čemer je vhod pare na vrhu, izhod tekočine pa na dnu.
Shema sočasnega Liebigovega refluksnega kondenzatorja
- Kondenzatorji z nasprotnim tokom: Ti kondenzatorji so zasnovani tako, da usmerjajo tekočino nazaj proti viru pare, kot se zahteva pri postopkih povratnega toka in frakcionirane destilacije. Običajno so nameščeni navpično nad virom pare, ki vstopa od spodaj. V obeh primerih se kondenzirana tekočina pod vplivom gravitacije pretaka nazaj k viru.
Shema protitočnega Liebigovega refluksnega kondenzatorja
Razvrstitev se ne izključuje, saj se lahko različni tipi izmenično uporabljajo v obeh načinih.
Opomba: Liebigov kondenzator, poimenovan po Justusu von Liebigu, je preprosta konstrukcija, ki uporablja krožeče hladilno sredstvo. Njegova konstrukcija je preprosta in cenovno ugodna. Liebig je izpopolnil prejšnjo zasnovo Weigela in Göttlinga ter jo populariziral na tem področju. Kondenzator sestavljata dve koncentrični ravni stekleni cevi, pri čemer je notranja cev daljša in sega čez oba konca. Zunanja cev je na koncih zatesnjena (običajno s pihanim steklenim tesnilnim obročem), kar ustvarja vodni plašč. V bližini koncev je opremljen s stranskimi odprtinami, ki omogočajo dovod in odtok hladilne tekočine. Konca notranje cevi, skozi katera prehajata para in kondenzirana tekočina, ostaneta odprta.
Vprimerjavi z osnovno zračno hlajeno cevjo je Liebigov kondenzator izjemno učinkovit pri odstranjevanju toplote, ki nastane med kondenzacijo, in ohranjanju stalno nizke temperature na notranji površini.
Kako uporabiti kondenzator Reflux?
Kondenzatorji se pogosto uporabljajo v tajnih laboratorijih pri številnih sintezah, kot so sinteza metamfetamina iz P2P z aluminijevim amalgamom, sinteza metamfetamina iz P2P z redukcijo NaBH4. Srednje velika, sinteza amfetamina iz P2NP prek Al/Hg (video), popolna sinteza MDMA iz olja Sassafras z Al/Hg, video sinteza 1-fenil-2-nitropropena (P2NP) iz benzaldehida in nitroetana ter številne druge, da bi kondenzirali hlape topila v reakcijsko posodo. Na reakcijsko posodo se namesti povratni kondenzator, vir hladne vode pa se s silikonsko (ali gumijasto) cevjo priključi na spodnjo dovodno pipo. Izpustna cev je priključena na zgornjo izpustno pipo.
V ta namen lahko uporabite vedro z ledom in vodo z akvarijsko črpalko. V primeru obsežne sinteze ali potrebe po učinkovitejšem viru hlajenja lahko uporabite laboratorijski hladilnik. Hladilniki so naprave, ki odvajajo toploto iz tekočine s pomočjo parne kompresije ali absorpcijskega hladilnega cikla. Ta tekočina lahko nato kroži skozi toplotni izmenjevalnik, kot je povratni kondenzator, da se hlapi topila ohladijo.
Sorodne teme
Sorodne teme
