Установка с обратным холодильником и водяной баней
Обновлено: 07.07.2024
Приобретая земельный надел в живописной, но удаленной от газовой магистрали местности, следует заранее обдумать, как будет обеспечиваться теплоснабжение дома. Ведь на обогрев сотен квадратных метров загородного жилья потребуется огромное количество топливных ресурсов. Вместе с тем, окружающий мир наполнен совершенно бесплатной и безопасной рассеянной энергией, которую нужно только суметь собрать и задействовать в системе жизнеобеспечения загородного владения.
Один из хорошо опробованных во многих странах способов буквально качать тепло из земли, воды и воздуха – это организация системы отопления на базе тепловых насосов. Идея таких агрегатов принадлежит выдающемуся английскому физику лорду Кельвину, который в 1852 году впервые заявил об изобретенном им умножителе тепла. В реальной практике рассеянную природную энергию стали использовать почти столетие спустя – в 30-х годах прошлого века. Тогда же устройства стали называть тепловыми насосами. В нашей стране их окрестили, неофициально, конечно, холодильниками наоборот. В этих агрегатах холод и тепло идут, как говорится, рука об руку. Функционирование холодильников и тепловых насосов основано на одном и том же принципе. К тому же и внешне они очень похожи.
Однако различия тоже есть, причем весьма существенные. Тепловой насос при всей своей высокотехнологичной начинке представляет собой связующее звено в трехконтурной системе теплоснабжения. Рассеянное в воздухе, воде или земле тепло собирает первый замкнутый контур – трубопроводная сеть, в которой циркулирует теплоноситель (экологически безопасная незамерзающая жидкость – этиленгликоль или пропилен гликоль).
В тепловом насосе происходит теплообмен. Агрегат состоит из четырех основных компонентов: испарителя, конденсатора, компрессора и дросселя. Природные килоджоули поступают в отопительную систему дома. В испарители жидкий хладагент (фреон с низкой температурой кипения) закипает, поглощая килоджоули доставленной первым контуром тепловой энергии. Охлажденный теплоноситель возвращается в природные недра за новой порцией тепла. Газообразный хладагент через компрессор попадает в конденсатор, где снова превращается в жидкость (конденсируется). Процесс сопровождается выделением тепла, которое передаётся третьему, отопительному, контуру, роль которого исполняют водяные теплые полы и низкотемпературные радиаторы. Жидкий фреон продавливается через дроссель в испаритель и цикл повторяется. Многие модели теплонасосов не только отапливают жилище зимой, но и поддерживают прохладу в летнюю жару, то есть работают в инверсионном режиме.
Организация системы отопления на базе теплонасосного оборудования должна предваряться мероприятиями по обеспечению высокого уровня энергосбережения. Неразумно, вкладывать солидные средства в инновационный проект, чтобы отапливать улицу. Стены дома утепляют, в проемах устанавливают оконные и дверные изделия с повышенными теплотехническими характеристиками. Если выделенная электрическая мощность составляет всего несколько киловатт, то от подвала лучше отказаться.
Тепловые насосы часто включают в бивалентные отопительные комплексы, объединяющие оборудование разного типа. Такие агрегаты работают в тандеме с солнечными коллекторами и котлами на сжиженном газе и дизельном топливе. Бывает, что с обогревом полностью справляется тепловой насос, а с сильные морозы хозяева разводят огонь в каминной печи или запускают твердотопливный котел.
Из этой статьи станет известно, какими бывают химические холодильники по принципу действия, по конструкции, а также, что используется в качестве охладителя.
- 1. Обратный и прямой холодильник
- 2. Типы холодильников в зависимости от видов сосудов-конденсаторов
- 2.1. Холодильник Либиха
- 2.2. Холодильник Аллина
- 2.3. Змеевиковый холодильник
- 2.4. Дефлегматор Димрота
- 2.5. Пальцеобразный холодильник
- 3.1. Заключение
- 3.2. Видео: Что такое прямой и обратный холодильник | ЕГЭ Химия | Лия Менделеева
- 3.3. Видео: Обзор обратного холодильника
- 3.3.1. Статьи по теме:
Химический холодильник – это лабораторный аппарат, применяемый для сбора конденсата при экстракции или выделении отдельных фракций жидкости, а также как один из элементов установок по изучению различных веществ.
Как правило, это прибор, изготовленный из стекла. Представляет собой сосуд, в котором происходит конденсация, плюс охлаждающий контур. В качестве охладителя может выступать воздух, вода или специальные хладагенты, в том числе и твердые.
Обратный и прямой холодильник
По принципу действия химические холодильники могут быть:
- прямыми;
- обратными;
- универсальными.
Прямой холодильник (другое название – нисходящий) применяется, чтобы разделить жидкость на низкокипящие и высококипящие компоненты.
Обратный холодильник используется во время проведения высокотемпературных реакций, при этом пар возвращается в реактор (стеклянную колбу). Конечно, кипячение можно было бы проводить и в герметичном сосуде, но тогда существует высокая вероятность взрыва реактора из-за высокого давления.
Назначение этих двух приборов определяет их конструктивная разница. Обратный холодильник устанавливают вертикально сверху над колбой с кипящей жидкостью, чтобы пар после конденсирования стекал вниз. Прямой холодильник устанавливают под наклоном, чтобы жидкость из него могла свободно стекать в приемник.
Универсальные приборы имеют такую конструкцию, которая позволяет использовать их как прямые и обратные холодильники.
Типы холодильников в зависимости от видов сосудов-конденсаторов
Всего по конструктивным особенностям выделяют четыре вида химических охладительных аппаратов. Рассмотрим особенности каждого из них.
Холодильник Либиха
Другие названия этого нисходящего охлаждающего устройства: прямоточный холодильник или холодильник с прямой трубкой (ХПТ). Его изобрел немецкий ученый химик Юстус фон Либих. Конструкция аппарата представляет собой две стеклянные трубки, запаянные одна в другой. Внутренняя трубка наполняется парами кипящей жидкости, а внутри внешней – циркулирует проточная вода.
Эта конструкция имеет широкое применение и может быть частью устройства, с помощью которого осуществляется простая или вакуумная перегонка.
Холодильник Аллина
Змеевиковый холодильник
Лорен Р. Грэхем по-другому изменил конструкцию простейшего химического холодильника, поместив внутрь трубки стеклянный змеевик. Конденсирование в нем происходит намного быстрее, чем в прямоточном или шариковом, но применяться устройство может только как нисходящий из-за капиллярного эффекта.
Разновидность спирального холодильника – охлаждающее устройство Штеделера. Здесь в качестве охлаждающего вещества используется лед с поваренной солью или твердая углекислота с ацетоном. Его применяют для жидкостей с низкой температурой кипения.
Дефлегматор Димрота
Сходен по конструкции со спиральным (змеевиковым) холодильником, но имеет несколько иной принцип действия дефлегматор Димрота.
Этот холодильник представляет собой колбу, внутри которой находится охлаждаемая водой спираль. Витки спирали могут быть раздвинуты или плотно намотаны в зависимости от сферы применения. Пары жидкости конденсируются на спирали и отводятся через отверстие внизу колбы. Температура легко настраивается благодаря штуцеру под термометр, расположенному вверху колбы.
Пальцеобразный холодильник
Воздушный и водяной холодильники
В зависимости от используемого охладителя охлаждающие устройства делят на воздушные и водяные.
Воздушный холодильник может использоваться в химической промышленности при синтезе каучука, спирта, ректификации нефти в районах с ограниченными водными ресурсами или для снижения затрат по очистке, перекачиванию и умягчению воды. Такие аппараты просты в уходе, не требуют больших затрат на ремонт и поддержание в рабочем состоянии, а также имеют более долгий срок службы в сравнении с водными охладителями.
Если реакция конденсации происходит при температуре выше 150°С, то охлаждение водой приведет к растрескиванию стекла из-за резкого перепада температуры. В этом случае применяют воздушный холодильник. По конструкции бывает прямоточным или шариковым.
Водяной аппарат для охлаждения использует в качестве хладогена проточную воду. Он применяется не только при проведении лабораторных опытов, но и в промышленности или медицине, например, для получения дистиллированной воды. Они изготавливаются в любой из перечисленных выше конструкций.
Важно: независимо от конструкции холодильника вода или другой нужный хладагент подается в конденсатор снизу вверх, чтобы наполнение рубашки было полным, а работа аппарата эффективной.
Заключение
Химия в повседневном быту современного человека нашла широкое применение. Не только современные хозяйки используют реакцию взаимодействия соды и кислоты для придания пышности выпечке, но и лабораторное оборудование нашло свое применение. Например, химические холодильники используются теми, кто предпочитает домашний алкоголь магазинному.
Применяется преимущественно в качестве нисходящего примерно до 160°С. Охлаждающим средством для веществ с температурой кипения 100°С) соединений. На наружной поверхности холодильника конденсируется атмосферная влага, которая через капиллярные течи в шлифе может попадать внутрь колбы, поэтому шлифы на холодильнике и колбе следует тщательно смазывать. Рекомендуется также на холодильнике выше шлифа надевать манжету из сухой фильтровальной бумаги.
![12.jpg]()
Длина охлаждающей трубки, мм
Площадь охлаждения, дм 2
Общая длина,
![64.jpg]()
Длина охлаждающей зоны, мм
Площадь охлаждающей зоны, дм 2
Перегонка с использованием елочного дефлегматора
Холодильник Аллина (шариковый)
Используется исключительно как обратный. Поскольку этот холодильник имеет шаровидные расширения, ток паров становится в нем турбулентным; охлаждающее действие такого холодильника значительно выше, чем у холодильника Либиха. Однако на внешней его поверхности также конденсируется атмосферная влага и место спая А также является опасным. Подача охлаждающего агента производится снизу-вверх. Через шариковый холодильник удобно вставлять ось мешалки, вводить в реактор различные вещества, хорошо смываемые в колбу конденсатом и подогреваемые им. Обычно число шариков у таких холодильников колеблется от 3 до 8. Во избежание захлебывания, когда конденсат не успевает стекать обратно в колбу с кипящей жидкостью, обратный шариковый холодильник устанавливают в наклонном положении, но наклон не должен быть слишком большим, чтобы конденсат не скапливался в шарах. Скопление конденсата приводит к уменьшению эффективной охлаждающей поверхности холодильника.
Выбор установки (прибора) для выполнения работы определяется, в первую очередь, задачей, стоящей перед экспериментатором, условиями проведения работы, а также свойствами исходных и конечных продуктов.
Сборка установки должна проводиться с большой тщательностью и аккуратностью, так как это является непременным условием успешной и безопасной работы.
Можно отметить следующие правила сборки приборов и установок.
Методы выделения и очистки
Органических веществ
Полученные при синтезе вещества, как правило, содержат некоторое количество примесей (исходные вещества, не вступившие в реакцию, побочные продукты, растворители и др.). Чтобы избавиться от них, применяют различные методы очистки и выделения органических веществ. Эти методы довольно разнообразны и зависят, в основном, от агрегатного состояния соединения.
Очистка жидких веществ
Основными видами очистки жидких веществ являются
- перегонка в вакууме,
- перегонка с водяным паром,
Простая перегонка
В тех случаях, когда перегоняемое вещество достаточно устойчиво к нагреванию и практически не разлагается при температуре кипения, для очистки пользуются простой перегонкой при атмосферном давлении.
ВНИМАНИЕ. В перегонную колбу жидкость заливают не более чем на 2/3 ее объема. Для сильно вспенивающихся жидкостей количество жидкости должно быть не более ½ объема колбы. обратите внимание. Каждую кипелку можно использовать только один раз, т.к. при охлаждении жидкость заполняет все ее поры и она теряет свои свойства. 1 – перегонная колба 2 – перегоняемая жидкость 3 – штатив металлический 4 – муфта 5 – лапка 1 – перегонная колба 2 – шпатель 3 – кипелки 1 – перегонная колба 2 – кипелки 3 – штатив металлический 4 – муфта 5 – лапка Рисунок 57. - Приготовление смеси для перегонки.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ. Запрещается бросать кипелку в уже нагретую жидкость, т.к. это может вызвать весьма бурное и опасное вскипание жидкости В качестве рабочего сосуда обычно используют круглодонные колбы
(рис. 58). Для перегонки низкокипящих жидкостей берут колбу с высокоприпаянной отводной трубкой, для высококипящих - с низкоприпаянной. Температура кипения обычно контролируется термометром, ртутный шарик которого должен полностью омываться парами кипящего вещества, т.е. верхний край шарика следует устанавливать примерно на 0,5 см ниже отверстия отводной трубки колбы.Величину перегонной колбы выбирают в зависимости от количества перегоняемой жидкости и от температуры ее кипения. Жидкость должна занимать не более 2/3 объема колбы. Колба не должна быть слишком большой, особенно при перегонке высококипящих жидкостей, так как в ней остается большое количество перегоняемого вещества. Колбу укрепляют в штативе, зажимая ее лапкой выше отводной трубки. Во избежание загрязнения вещества дистиллят должен по возможности меньше соприкасаться с пробками, поэтому отводную трубку перегонной колбы соединяют с холодильником так, чтобы конец ее выступал из пробки в холодильник не менее чем на 4-5 см и доходил до той части холодильника, который охлаждается водой. Размер холодильника (площадь охлаждения) выбирают в зависимости от температуры кипения отгоняемой жидкости.
Пары веществ, легко кристаллизующихся при комнатной температуре, не должны охлаждаться в холодильнике до температуры затвердевания. Для этого холодильник можно периодически отключать от проточной воды. Жидкости, кипящие в пределах 200-300 о С, перегоняются без холодильника, функцию которого в этом случае может выполнять отводная трубка колбы для перегонки. Холодильник соединяют с приемником посредством аллонжа. В качестве приемника обычно употребляют конические или плоскодонные колбы, которые можно поставить на поверхность. При применении в качестве приемников круглодонных колб, их необходимо дополнительно закреплять. Для более полной конденсации паров низкокипящих жидкостей приемник помещают в сосуд с охлаждающей смесью.
Схема установки для простой перегонки показана на рис. 58, 59 . Она состоит из перегонной колбы 1 (или колбы Вюрца), термометра 3, нисходящего холодильника Либиха 4, алонжа 5, приемника 6, нагревательного элемента 7. Части прибора крепятся на штативах 8 с помощью муфт 10 и лапок 9. Порядок сборки установки показан на рис. 61. Перед сборкой необходимо проверить колбу на наличие трещин (рис 60)
Когда весь прибор собран, его тщательно проверяют и только тогда начинают нагревать. В зависимости от температуры кипения нагревание ведут, используя различные типы нагревательных бань (рис. 59). Скорость перегонки обычно выбирают такую, чтобы стекало не более 1-2 капель дистиллята в секунду.
Простая перегонка часто применяется для очистки абсолютных растворителей, но в этом случае обязательно к аллонжу присоединяется хлоркальциевая трубка.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ. Перед началом работы необходимо проверить все стеклянные приборы на наличие трещин (звездочек).Вслучае их обнаружения обязательно произвести замену 1 – перегонная колба, 2 – переходник, 3 – термометр, 4 – холодильник Либиха, 5 – алонж, 6 – колба приемник, 7 – плитка электрическая, 8 – штатив, 9 – муфта, 10 - лапка Рисунок 58. - Схема установки для простой перегонки без бани.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ. При использовании круглодонных колб емкость 1 л и более, для уменьшения нагрузки на дно сосуда, при сборке установки их помещают на кольцо 1 – перегонная колба, 2 – переходник, 3 – термометр, 4 – холодильник Либиха, 5 – алонж, 6 – колба приемник, 7 – плитка электрическая, 8 – штатив, 9 – муфта, 10 – лапка, 11 – водяная баня Рисунок 59. – Схема установки для простой перегонки на бане.
Рисунок 60 Колба с трещиной (звездочкой) 1 – перегонная колба, 2 – переходник, 3 – термометр, 4 – холодильник Либиха, 5 – алонж, 6 – колба-приемник, 7 – плитка электрическая, 8 – штатив 9 – муфта, 10 - лапка Рисунок 61. Порядок сборки установки для простой перегонки
Фракционная перегонка
Фракционной перегонкой называют такой способ ведения ее, когда из смесей жидкостей с различными температурами кипения выделяются отдельные компоненты. Фракционная перегонка применяется для разделения смеси жидкостей с разницей в температурах кипения от 20 о С до 80 о С.
Более тщательное разделение смеси нескольких жидкостей, кипящих в узком интервале температур, на относительно чистые отдельные компоненты достигается применением дефлегматора. Принцип работы дефлегматора заключается в том, что при неполном охлаждении пара кипящего раствора, происходит частичная конденсация пара более высококипящей жидкости. Образовавшийся конденсат называется флегма (от греч. ph1еgmа - слизь, мокрота).
ВНИМАНИЕ. Перед началом работы необходимо проверить все стеклянные приборы на наличие трещин (звездочек).Вслучае их обнаружения обязательно произвести замену Рис. Колба с трещиной (звездочкой) Флегма стекает обратно в испарительную емкость, а пар обогащается более летучим компонентом и выводится в холодильник, где происходит его охлаждение, конденсация и переход в жидкую фазу (дистиллят). Применение дефлегматора при дробной перегонке способствуют выделению фракций с узким интервалом температуры кипения. При этом полученные дистилляты имеют разный состав. Отводят их (последовательно во времени) в разные приемные емкости. В первой, по времени отбора емкости, будет дистиллят, наиболее богатый низкокипящими компонентами, во второй емкости - менее богатый, и т.д. В каждом из этих дистиллятов (фракциях), преобладает один или несколько компонентов исходной смеси с близкими физико-химическими свойствами.
Схема установки фракционной перегонки представлена на рис. 62.
1 – перегонная колба, 2 – переходник, 3 – термометр, 4 – холодильник Либиха, 5 – алонж, 6 – колба приемник, 7 – плитка электрическая, 8 – штатив, 9 – муфта, 10 – лапка, 11 – водяная баня Рисунок 62. – Схема установки для фракционной перегонки.
Применяется преимущественно в качестве нисходящего примерно до 160°С. Охлаждающим средством для веществ с температурой кипения 100°С) соединений. На наружной поверхности холодильника конденсируется атмосферная влага, которая через капиллярные течи в шлифе может попадать внутрь колбы, поэтому шлифы на холодильнике и колбе следует тщательно смазывать. Рекомендуется также на холодильнике выше шлифа надевать манжету из сухой фильтровальной бумаги.
![12.jpg]()
Длина охлаждающей трубки, мм
Площадь охлаждения, дм 2
Общая длина,
![64.jpg]()
Длина охлаждающей зоны, мм
Площадь охлаждающей зоны, дм 2
Перегонка с использованием елочного дефлегматора
Холодильник Аллина (шариковый)
Используется исключительно как обратный. Поскольку этот холодильник имеет шаровидные расширения, ток паров становится в нем турбулентным; охлаждающее действие такого холодильника значительно выше, чем у холодильника Либиха. Однако на внешней его поверхности также конденсируется атмосферная влага и место спая А также является опасным. Подача охлаждающего агента производится снизу-вверх. Через шариковый холодильник удобно вставлять ось мешалки, вводить в реактор различные вещества, хорошо смываемые в колбу конденсатом и подогреваемые им. Обычно число шариков у таких холодильников колеблется от 3 до 8. Во избежание захлебывания, когда конденсат не успевает стекать обратно в колбу с кипящей жидкостью, обратный шариковый холодильник устанавливают в наклонном положении, но наклон не должен быть слишком большим, чтобы конденсат не скапливался в шарах. Скопление конденсата приводит к уменьшению эффективной охлаждающей поверхности холодильника.
Читайте также:
- Для кофемашин типа impressa
- Встраиваемая посудомоечная машина bosch smv25ax01r схема встройки
- Гриль гурмэ макдоналдс когда появится
- Перевесить дверь холодильника канди
- Что такое двойная корона в газовой плите
