Laboratorní chladič
Laboratorní chladič je zařízení používané v chemii a v laboratořích ke kondenzaci par při postupech jako je destilace, reflux (vracení odpařující se složky nazpět) a extrakce. Podle typu je na jednom či obou koncích opatřen zábrusy.
Chladiče, stejně jako ostatní laboratorní náčiní, jsou nejčastěji vyrobeny ze skla, neboť je vůči většině chemikálií odolné, snadno se tedy čistí a díky průhlednosti lze kontrolovat průběh děje. Sklo špatně odolává teplotním šokům, zvláště pokud je poškozeno vrypem. Proto se často používá sklo borosilikátové. Pro speciální účely mohou být vyrobeny z kovu.
Obvyklá používaná délka je 300 a 400 mm, přičemž běžně dostupné jsou délky od 200 mm po 600 mm.
Podle způsobu použití se chladiče dělí na sestupné, kdy kondenzující páry sestupují do jímací baňky, a zpětné, kdy se kondenzát vrací zpátky do varné baňky. Chlazení může být souproudé či protiproudé, které je efektivnější, neboť teplota výstupu kondenzátu přibližně odpovídá teplotě vstupu chladicího média. Připojení vstupu a výstupu chladiva je řešeno trubičkami s olivkami proti sesmeknutí hadiček.
Nejčastějším chladivem je voda, pro speciální účely se mohou použít nízkoteplotní směsi (ethanol[1], CO2(s)[1], solanka …).
Druhy chladičů
Kromě dále uvedených chladičů existuje množství specializovaných chladičů pro různé přípravy a stanovení.
Sestupné chladiče
Pláštěm proudí chladivo, vnitřní trubicí páry ke kondenzaci. Pro větší teplosměnnou plochu může být trubice tvarována. Díky nástavcům je lze použít i jako sestupné. Pro propojení rovných sestupných chladičů do kolony se používají destilační nástavce (plynotěsnost pomocí zábrusů, řeší sklon chladiče), kdy na straně přívodu par nástavec propojuje destilační baňku s chladičem, a destilační předlohy (alonže) na straně odvodu kondenzátu do jímací baňky a nezkondenzovaných plynů.
V případě použití zábrusů na obou koncích je nutno odvádět přebytečné páry a plyny, proto předloha (alonž) musí mít další odvod (trubička, trubička s olivkou). Nástavec i předloha mohou být integrovány do těla chladiče.
- Vzdušný chladič– pouze jedna trubice, kterou proudí páry. Trubici chladí okolní vzduch. Nejstarší a nejprimitivnější.
- Rovný chladič (Liebig) – vnitřní rovná trubice v trubici (plášti).
- Kuličkový chladič (Allihn) – vnitřní trubice tvarovaná do kuliček v trubici (plášti). Vnitřní trubice je pro zvýšení povrchu ve tvaru propojených kuliček.
- Spirálový chladič (Graham) – spirála v trubici (plášti). Vnitřní trubice je pro zvýšení povrchu stočena do spirály. Nejúčinnější, ale také nejpracnější na výrobu a proto nejdražší.
Destilace a vakuová (nízkotlaká) destilace jsou příklady použití sestupného chladiče.
Zpětné chladiče
Oproti sestupnému chladiči mají zpětné chladiče prohozené chladivo a páry, kdy chladivo proudí vnitřní trubicí a páry proudí pláštěm. Pro větší teplosměnnou plochu může být trubice tvarována. Často je na spodním ohybu trubice skleněný výstupek pro snazší odkapávání kondenzátu. Na spodní okraj chladiče se nasazuje destilační baňka.
- Prstový chladič – trubka v trubce, tok chladiva trubkou se vrací na vršek chladiče.
- Zpětný spirálový (Dimroth) – spirála v trubce, tok chladiva spirálou se vrací na vršek chladiče.
- Zpětný šroubový (Friedrichs) – spirála v trubce, kdy se spirála s chladivem dotýká pláště a páry tak musí procházet po spirále. De facto se jedná o dvě spirály – jednou proudí chladivo, druhou páry.
Reflux a Soxhletova extrakce jsou příklady použití zpětného chladiče.
Chlazení
Při návrhu chlazení se musí zohlednit množství (tok) par ke kondenzaci a teplotní spád, závislý na vstupní teplotě par (vyšší než teplota varu) a výstupní teplotě kondenzátu (pod teplotou varu), z čehož vyplývá množství odebíraného tepla (tok). Průtok chladiva je dále závislý na charakteristikách chladiva (tepelná kapacita, vstupní teplota, teplota varu), režimu (souproudé chlazení, protiproudé chlazení) a vlastnostech kondenzovaných par (teplotní spád mezi teplotou kondenzace a vstupní teplotou chladiva). V návrhu se nesmí opomenout ani délka chladiče, respektive velikost teplosměnné plochy.
Odkazy
Reference
- ↑ a b KOTEK, Jan. Laboratorní technika - verze 4.1.5 [online]. Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy, 2019-10-07 [cit. 2020-12-07]. Kapitola 3.1.7 Chladiče, s. 20. Dostupné online.
Literatura
- Laboratorní technika - verze 4.1.5, 2019 (Jan Kotek, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy): https://is.cuni.cz/studium/predmety/index.php?do=download&did=188054&kod=MC240C24 [str. 19-20, včetně zobrazení]
- skripta Organické chemie (VŠCHT, on-line): "1.1 Zahřívání pod zpětným chladičem (reflux) s průběžným přidáváním reaktantů" (https://e-learning.vscht.cz/mod/resource/view.php?id=1718)
Související články
Externí odkazy
Obrázky, zvuky či videa k tématu chladič na Wikimedia Commons
Média použitá na této stránce
Autor:
- Distillation_2.jpg: Arlen
- derivative work: Mario Link
Distillation.
Kuličkový chladič
Autor: Leprof 7272, Licence: CC BY-SA 4.0
Simple Liebig-type condenser using circulating coolant (shown in aqua), chemical laboratory scale. Derived from, and so near identical in part to, Wikimedia Commons image file Soxhlet extractor.png
Well constructed, accurate earlier image of a research laboratory-scale Liebig condenser with coloring of circulating fluid comparable to other simple condenser images in WP use only existed in a complex apparatus image (of a Soxhlet extractor). The Liebig condenser was extracted from that image to allow more general use of the nice quality partial image. Hence, this image should be considered a redacted version of the important earlier effort of User:Quantockgoblin.
File created from more complex, larger image, by simple excision and "clean-up" in GraphicConverter9, with no other attempt to change image content or quality. Le ProfGraham condenser
Autor: User:Cancun, Licence: CC0
Dimroth column/condenser, chemical laboratory scale simplified modern representation.
Available Wikimedia Commons image of a research laboratory-scale Dimroth condenser, from User:Cancun, was edited to make ground joints match those of side-by-side appearing condensers (this detail based on the important earlier effort of User:YassineMrabet on that image), mirrored for ports to point in a uniform direct, and then cleaned up to remove stray background "noise" (pixels). This image should considered a schematic relative of all other Dimroth columns appearing at Wikimedia Commons.
[File created from near identical, same-sized image, by simple editing and "clean-up" in GraphicConverter9.] Le ProfAutor: User:Smokefoot, Licence: CC0
Friedrichs condenser, chemical laboratory scale
Available Wikimedia Commons image of a research laboratory-scale Friedrichs condenser, from User:Smokefoot, was edited to add standard circulating coolant color, and to make ground joints and hose connections to match those of side-by-side appearing condensers (this detail based on the important earlier effort of User:YassineMrabet on that image), and mirrored for ports to point in a uniform direct, and then cleaned up to remove stray background "noise" (pixels). This image should considered a schematic relative of all other Friedrichs columns appearing at Wikimedia Commons.
Note there are misspellings of this condenser name in Wikimedia Commons (name properly bears an "s"), and there are coil-design cold finger condensers labeled incorrectly as Friedrichs (where the defining characteristic is the molded spiral-walled glass core, tight-fitting to the outer walls of the condenser.
[File created from near identical, same-sized image, by simple editing and "clean-up" in GraphicConverter9.] Le ProfCold finger