I.3.3. Конденсация

При нагревании реакционных смесей происходит испарение летучих веществ, которые необходимо либо возвращать обратно, либо - наоборот - удалять из зоны протекания реакции. Для осуществления используют холодильники, предназначенные для конденсации испарившихся жидкостей.

Простейшим холодильником является прямой воздушный, представляющий собой обычную трубку из термостойкого стекла. Он может служить для возврата конденсата в реакционную массу, называясь при этом обратным холодильником (рис. 6,а), либо для отвода паров, приобретая название нисходящего (рис. 6,б).

а б в

Рисунок 6

Потоки паров и конденсата в такой прямой трубке ламинарны (параллельны поверхности), теплообмен осуществляется только по механизму теплопроводности и, следовательно, малоэффективен. Поэтому прямой холодильник используют в качестве обратного реже, чем шариковый (рис. 7,а), который, в свою очередь, невозможно применять в качестве нисходящего. В шаровидных расширениях потоки паров и конденсата становятся турбулентными (хаотичными), вследствие чего механизм теплопередачи сменяется на более действенный - конвективный. Поскольку воздух - сухой охлаждающий агент, воздушные холодильники используют только при работе с высококипящими жидкостями (Т_кип.> 150^о С).

а б в г д

Рисунок 7

Вариантом прямого холодильника является холодильник с рубашкой (рис. 7.б), называемый холодильником Либиха. В качестве хладоагента для веществ с температурой кипения ниже 120 ^о С используется проточная вода, а в интервале 120-180 ^о С - непроточная. Этот холодильник часто используется как нисходящий, но в качестве обратного он не очень эффективен (по тем же причинам, что и прямой воздушный) и с этой целью применяется только для жидкостей, кипящих выше 100 ^о С. Наилучшим нисходящим холодильником считается змеевиковый (рис. 7,в), установленный вертикально. Его нежелательно использовать как нисходящий, поскольку конденсат может быть «выплюнут» из змеевика, что нежелательно или даже опасно. Обратным холодильником, лучшим, чем холодильник Либиха, является шариковый водяной холодильник (рис. 7,г). Еще один вариант обратного холодильника – холодильник Димрота (рис. 7д). Здесь предложена оригинальная конструкция «внутреннего» охлаждения – охлаждающий «змеевик» расположен внутри холодильника.

Достижение возможно более полной конденсации паров представляет непростую проблему и для ее решения созданы разнообразные конструкции холодильников, формы которых бывают весьма необычны и прихотливы. Существует правило, согласно которому чем холодильник эффективнее, тем он сложнее в изготовлении и, следовательно, дороже. Поэтому для большинства целей используют наиболее простые прямоточные и шариковые холодильники.

При использовании холодильников с водяным охлаждением следует помнить о том, что на наружной поверхности рубашки конденсируется атмосферная влага, могущая попасть внутрь колбы. Поэтому на холодильник ниже рубашки часто надевают манжету из фильтровальной бумаги.