Chłodnica laboratoryjna

Z Wikipedii

Chłodnica laboratoryjna to element sprzętu laboratoryjnego, który pełni funkcję skraplacza, czyli urządzenia zamieniającego gaz w ciecz lub rzadziej gaz w ciało stałe.

Pierwsze prymitywne wersje chłodnic - spiralne rurki podłączone do kolby oraz długie ramię retorty - stosowane były w już średniowieczu w laboratoriach alchemicznych.

Obecnie chłodnice laboratoryjne są zazwyczaj wykonywane ze szkła o bardzo wysokiej odporności na zmiany temperatury, ze względu na to, że występuje w nich często stykanie się gorących par związków chemicznych z zimnym medium chłodzącym.

W olbrzymiej większości chłodnic laboratoryjnych, jako czynnik chłodzący jest używana zwykła woda kranowa, jednak dwa rodzaje chłodnic - chłodnice powietrzne, i chłodnica Dewara wykorzystują inne media chłodzące. Dowolną chłodnicę można także podłączyć do układu chłodząco-tłoczącego pracującego w obiegu zamkniętym. Pozwala to na zmniejszenie zużycia wody w laboratorium, a przy zastosowaniu cieczy niskokrzepnących (np. etanolu) możliwe jest uzyskanie temperatur chłodzenia do -20 - -30°C (dla typowych urządzeń dostępnych na rynku). Rozwiązanie takie stosuje się zazwyczaj do rotacyjnych wyparek próżniowych.

Spis treści

1 Rodzaje chłodnic
- 1.1 Chłodnice przepływowe i zwrotne
- 1.2 Rodzaje konstrukcji
  - 1.2.1 Chłodnice przepływowe
  - 1.2.2 Chłodnice zwrotne
2 Bibliografia

[edytuj] Rodzaje chłodnic

[edytuj] Chłodnice przepływowe i zwrotne

Chłodnice laboratoryjne dzielą się na:

chłodnice przepływowe - w których gaz jest skraplany w trakcie przepływania przez chłodnicę, a uzyskana po skropleniu ciecz płynie w tym kierunku co skraplany strumień gazu.
chłodnice zwrotne - w których gaz jest skraplany w momencie pierwszego kontaktu z chłodnicą, zaś ciecz uzyskana w wyniku skroplenia gazu płynie w kierunku przeciwnym (jest zawracana) do kierunku podążania strumienia gazu.
w bardziej zaawansowanych technicznie zintegrowanych zestawach destylacyjnych, odpowiedni system rurek i kranów pozwala na przełączanie chłodnicy z funkcji zwrotnej na przepływową (i odwrotnie) w dowolnym momencie.

Chłodnica przepływowa (destylacja prosta)

Chłodnica zwrotna

[edytuj] Rodzaje konstrukcji

A - chłodnica Liebiega
B - chłodnica Westa
C - chłodnica Alihna

[edytuj] Chłodnice przepływowe

najczęściej spotykaną chłodnicą przepływową jest chłodnica Liebiega. Składa się ona z prostej rurki wewnętrznej, która jest z jednej strony zakończona szlifem męskim, a z drugiej żeńskim i która jest wtopiona w drugą, szerszą rurkę, która posiada oliwki umożliwiające przyłączenie do nich węży doprowadzających wodę.
odmianą chłodnicy Liebiega jest chłodnica Westa, która różni się od chłodnicy Liebiega tym, że posiada bardzo wąską rurkę wewnętrzną. Wąska rurka wewnętrzna stwarza lepsze warunki do skroplenia strumienia gazów, pod warunkiem, że nie ma ich zbyt wiele, stosuje się więc ją w przypadku np. destylacji niewielkich ilości substancji.
inną odmianą chłodnicy Liebiega jest też chłodnica Alihna, w której wewnętrzna rurka przyjmuje postać "ciągu bąbli". Chłodnica Alihna również stwarza lepsze warunki skraplania par od chłodnicy Liebiega, ale jest kosztowna w produkcji. Chłodnicę Alihna wykorzystuje się też czasem jako chłodnicę zwrotną.
chłodnica powietrzna - jest najprymitywniejszą odmianą chłodnicy przepływowej i składa się z prostej rurki zakończonej z jednej strony szlifem męskim a z drugiej żeńskim. Medium chłodzącym jest tutaj po prostu powietrze otaczające chłodnicę. Chłodnice powietrzne stosuje się często w przypadku, gdy temperatura krzepnięcia destylowanej substancji jest wyższa od temperatury wody kranowej. Aby utrzymać taką substancję po skropleniu w stanie ciekłym, w celu uniknięcia zatykania się chłodnicy konieczne jest czasami nawet lekkie podgrzewanie takiej chłodnicy przy pomocy np. zwykłej suszarki do włosów.

Chłodnice zwrotne
A - chłodnica z wężownicą
B - chłodnica palcowa
C - chłodnica Friedrichsa
D - chłodnica Dewara

[edytuj] Chłodnice zwrotne

chłodnica z wężownicą - jest ona skonstruowana z grubej rury, wewnątrz której znajduje się skręcona w formie spirali druga rurka, która jest połączona z oliwkami, do których podłącza się węże doprowadzające wodę. Jest to najczęściej spotykana chłodnica zwrotna.
chłodnica Dimrotha jest wydajniejszym wariantem chłodnicy z wężownicą, w której wężownica posiada obieg powrotny, a króciec wlotowy i wylotowy wody chłodzącej znajdują się na tym samym końcu chłodnicy. Stosowana także jako chłodnica przepływowa w wyparkach rotacyjnych.
chłodnica palcowa - jest skonstruowana z dwóch rurek, zatopionych jedna w drugiej. Rurka zewnętrzna jest z jednej strony zatopiona, tworząc rodzaj palca, a z drugiej jest połączona z oliwką, którą doprowadza się wodę. Rurka wewnętrzna kończy się nieco powyżej dna rurki niezatopionym otworem, a od drugiej strony jest połączona oliwką, którą woda jest odprowadzana. Na rurce zewnętrznej jest szlif męski, który umożliwia mocowanie palca w innych elementach sprzętu laboratoryjnego. Chłodnice palcowe są najczęściej wykorzystywane w sublimatorach i głowicach rektyfikacyjnych.
chłodnica Friedrichsa, zwana również chłodnicą eterową - to kombinacja chłodnic palcowej i z wężownicą, którą cechuje bardzo wysoka skuteczność skraplania, dzięki podwójnemu systemowi chłodzenia. W chłodnicy tej woda przepływa najpierw przez palec chłodzący, a następnie jest kierowana do wężownicy. Tego rodzaju chłodnice są bardzo kosztowne i są stosowane do skraplania par substancji szczególnie niskowrzących (m.in. do eteru dietylowego). Są one natomiast dość często spotykane w wyparkach (w wariancie przepływowym).
chłodnica Dewara - jest to rura z głębokim zagłębieniem w kształcie stożkowo zakończonego cylindra. We wnętrzu tego cylindra umieszcza się mieszaniny chłodzące (te same, które są stosowane w łaźniach chłodzących). Pary skraplanej substancji wędrując do góry stykają się z zimną powierzchnią zewnętrzną tego cylindra i na skutek tego ulegają skropleniu. Chłodnice Dewara stosuje się w przypadku substancji o temperaturach skraplania poniżej temperatury jaką zazwyczaj ma woda kranowa. Są one też często wykorzystywane w sublimatorach.
wariantem chłodnicy powietrznej zwrotnej jest kolumna rektyfikacyjna, pomimo że celem jej stosowania nie jest zazwyczaj skraplanie cieczy, lecz ich rozdział. Jednak np. w przypadku osuszania rozpuszczalników pierwszym etapem jest wielogodzinne ogrzewanie do wrzenia z czynnikiem suszącym. Przy niewielkiej mocy grzania kolumna rektyfikacyjna pełni wówczas rolę chłodnicy zwrotnej. Po zwiększeniu mocy grzania staje się klasyczną kolumną rektyfikacyjną, a pary rozpuszczalnika skraplane są w standardowej chłodnicy przepływowej, będącej kolejnym elementem zestawu destylacyjnego. Strategia taka pozwala na przeprowadzenie procesu refluksu i następczej destylacji bez konieczności rearanżacji aparatury.