Kas ir atgaitas kondensators?
Ķīmijas jomā kondensators ir aparāts, ko parasti izmanto laboratorijās, lai tvaikus pārvērstu šķidrumos, samazinot to temperatūru. Kondensatori tiek regulāri izmantoti dažādās laboratorijas procedūrās, tostarp destilācijā, refluksa procesā un ekstrakcijā. Destilācijas laikā maisījumu karsē, līdz iztvaiko tā gaistošākās sastāvdaļas, pēc tam radušos tvaikus kondensē un savāc atsevišķā traukā. Refluksa procesā reakciju, kurā iesaistīti gaistoši šķidrumi, veic to viršanas temperatūrā, lai paātrinātu procesu, un tvaikus, kas dabiski rodas, kondensē un atkal ievada reakcijas traukā. Soksleta ekstrakcijas gadījumā uz pulverveida materiāliem, piemēram, samaltām saknēm vai lapām, uzpilda sakarsētu šķīdinātāju, lai ekstrahētu slikti šķīstošas sastāvdaļas. Pēc tam šķīdinātāju destilē no iegūtā šķīduma, kondensē un atkal ievada. Ir izstrādāti daudzi kondensatoru veidi, lai nodrošinātu dažādus pielietojumus un apstrādes jaudu. Vienkāršākais un vecākais kondensatora veids ir gara caurule, caur kuru tiek virzīti tvaiki, dzesēšanai izmantojot apkārtējo gaisu. Biežāk kondensatoram ir atsevišķa caurule vai ārējā kamera, kas veicina ūdens (vai cita šķidruma) cirkulāciju, lai uzlabotu dzesēšanas efektivitāti.
Lībiga atgaitas kondensators
Kā tas darbojas?
Projektējot un uzturot sistēmas un procedūras, kas ietver kondensatorus, ir ļoti svarīgi nodrošināt, lai ienākošo tvaiku pārnesamais siltums nepārsniegtu izvēlētā kondensatora un dzesēšanas mehānisma jaudu. Turklāt šajā kontekstā ļoti svarīgi ir noteiktie siltuma gradienti un materiālu plūsmas.
Vienkārši sakot, atgaitas kondensatoram ir jāspēj kondensēt tvaikus.
Vienkārši sakot, atgaitas kondensatoram ir jāspēj kondensēt tvaikus.
Temperatūra
Lai viela no gāzveida stāvokļa pārietu kondensētā stāvoklī, gāzes spiedienam jāpārsniedz apkārtējā šķidruma tvaika spiediens. Citiem vārdiem sakot, pie konkrētā spiediena šķidrumam jābūt zem tā viršanas punkta. Tipiskās konfigurācijās šķidrums veido plānu slāni uz kondensatora iekšējās virsmas, tāpēc tā temperatūra ir gandrīz vienāda ar virsmas temperatūru. Tāpēc, projektējot vai izvēloties kondensatoru, primāri jānodrošina, lai tā iekšējā virsma būtu zemāka par šķidruma viršanas temperatūru.
Lībiga kondensatori
Siltuma plūsma
Kondensācijas procesa laikā tvaiks izdala siltumu, kas pazīstams kā iztvaikošanas siltums, un tam ir tendence paaugstināt kondensatora iekšējās virsmas temperatūru. Tāpēc kondensatoram ir obligāti ātri jāizkliedē šī siltuma enerģija, lai uzturētu pietiekami zemu temperatūru, jo īpaši, ja ir paredzams maksimālais kondensācijas ātrums. Šo problēmu var risināt ar dažādiem līdzekļiem, piemēram, palielinot kondensācijai pieejamo virsmas laukumu, samazinot kondensatora sienas biezumu un/vai kondensatora pretējā pusē ievietojot efektīvu siltuma uztvērēju (piemēram, cirkulējošu ūdeni).
Materiālu plūsma
Turklāt ir svarīgi nodrošināt, lai kondensatora izmēri būtu atbilstoši, lai veicinātu maksimāli iespējamo kondensētā šķidruma izplūdi, kas atbilst paredzamajai tvaika ieplūdes ātrumam. Ļoti svarīgi ir ievērot piesardzību un nepieļaut verdoša šķidruma iekļūšanu kondensatorā, kas var rasties sprādzienbīstamas viršanas vai pilienu veidošanās dēļ, plīstot burbuļiem.
Nesējgāzes
Papildu apsvērumi rodas, ja gāze kondensatorā sastāv no maisījuma, kas satur gāzes ar ievērojami zemāku viršanas temperatūru, kā tas var notikt, piemēram, sausās destilācijas gadījumā. Šādos gadījumos kondensācijas temperatūrā jāņem vērā tvaika parciālais spiediens maisījumā. Piemēram,ja gāze, kas nonāk kondensatorā, sastāv no 25 % etanola tvaiku un 75 % oglekļa dioksīda (pēc moliem) pie spiediena 100 kPa (parastais atmosfēras spiediens), kondensācijas virsmas temperatūra jāuztur zemāka par 48 °C, kas ir etanola viršanas temperatūra pie 25 kPa.
Turklāt, ja gāze nav tīri tvaiki, kondensācijas procesā veidojas gāzes slānis blakus kondensācijas virsmai, kurā ir vēl mazāks tvaiku saturs. Tas vēl vairāk pazemina viršanas temperatūru. Tāpēc kondensatora konstrukcijai jānodrošina efektīva gāzes sajaukšanās un/vai jānodrošina, ka visa gāze ir spiesta plūst tuvu kondensācijas virsmai.
Dzesēšanas šķidruma plūsmas virziens
Lielāko daļu kondensatoru var iedalīt divos galvenajos tipos.
- Vienlaicīgas darbības kondensatori: Šie kondensatori saņem tvaiku caur vienu ieplūdes atveri un izvada šķidrumu caur citu atveri, kā parasti izmanto vienkāršās destilācijas iekārtās. Tos parasti uzstāda vertikālā vai slīpā stāvoklī, tvaika ieplūde atrodas augšpusē, bet šķidruma izplūde - apakšā.
Vienlaicīga Lībiga atgaitas kondensatora shēma
- Pretplūsmas kondensatori: Šie kondensatori ir paredzēti šķidruma novirzīšanai atpakaļ uz tvaika avotu, kā tas nepieciešams atgaitas un frakcionētās destilācijas procesos. Tos parasti uzstāda vertikāli virs tvaika avota, kas ieplūst no apakšas. Abos gadījumos kondensētajam šķidrumam gravitācijas spēka ietekmē ir jāplūst atpakaļ uz avotu.
Pretplūsmas Lībiga atgaitas kondensatora shēma
Klasifikācija nav savstarpēji izslēdzoša, jo dažādu tipu kondensatorus var izmantot abos režīmos pārmaiņus.
Piezīme: Lībiga kondensators, kas nosaukts Justa fon Lībiga vārdā, ir vienkārša konstrukcija, kurā izmanto cirkulējošu dzesēšanas šķidrumu. Tā konstrukcija ir vienkārša un pieejama. Lībigs pilnveidoja agrāko Veigela un Getlinga konstrukciju un popularizēja to šajā jomā. Kondensatoru veido divas koncentriskas taisnas stikla caurules, no kurām iekšējā caurule ir garāka un sniedzas pāri abiem galiem. Ārējā caurule ir noslēgta galos (parasti ar izpūstu stikla gredzenveida blīvējumu), veidojot ūdens apvalku. Tā ir aprīkota ar sānu atverēm pie galiem, lai atvieglotu dzesēšanas šķidruma ieplūdi un izplūdi. Iekšējās caurules gali, caur kuriem izplūst tvaiki un kondensētais šķidrums, paliek atvērti.
Salīdzinotar vienkāršu gaisa dzesēšanas cauruli, Lībiga kondensators uzrāda augstāku efektivitāti, atvadot kondensācijas laikā radušos siltumu un uzturot nemainīgi zemu temperatūru uz tā iekšējās virsmas.
Kā lietot atgriezenisko kondensatoru?
Kondensatorus plaši izmanto slepenajās laboratorijās daudzās sintēzēs, piemēram, metamfetamīna sintēzē no P2P, izmantojot alumīnija amalgamu, metamfetamīna sintēzē no P2P, reducējot NaBH4. Vidēja mēroga, amfetamīna sintēze no P2NP, izmantojot Al/Hg (video), pilnīga MDMA sintēze no Sassafrasas eļļas ar Al/Hg, 1-fenil-2-nitropropēna (P2NP) video sintēze no benzaldehīda un nitroetāna un daudzas citas, lai kondensētu šķīdinātāja tvaikus reakcijas traukā. Atpakaļplūsmas kondensatoru uzstāda uz reakcijas trauka, un aukstā ūdens avotu ar silikona (vai gumijas) šļūteni savieno ar apakšējo ieplūdes krānu. Izplūdes šļūtene ir pievienota augšējam izplūdes krānam.
Šim nolūkam var izmantot spaini ar ledu un ūdeni ar akvārija sūkni. Ja tiek veikta liela apjoma sintēze vai nepieciešams efektīvāks dzesēšanas avots, var izmantot laboratorijas dzesētāju. Dzesinātāji ir iekārtas, kas atdala siltumu no šķidruma, izmantojot tvaika kompresijas vai absorbcijas dzesēšanas ciklu. Pēc tam šo šķidrumu var cirkulēt caur siltummaini, piemēram, atgaitas kondensatoru, lai atdzesētu šķīdinātāja tvaikus.
.
Saistītās tēmas
.
Saistītās tēmas
