ОТОПЛЕНИЕ И ОХЛАЖДАНЕ
В лабораторията за органичен синтез повечето операции се извършват при температури, различни от стайната. Много процеси се извършват с нагряване (химични реакции, разтваряне, дестилация и др.), а някои с охлаждане (кристализация, екзотермични, лошо контролирани химични реакции и др.).
В зависимост от охлаждащата течност баните се разделят на течни, течно-солни, течно-метални, въздушни, парни и пясъчни бани.
Баните се използват за нагряване на съдове, когато е необходимо да се създаде равномерно температурно поле около нагрявания обект и да се избегне използването на открит пламък или гореща електрическа спирала.
Нагреватели. нагревателни вани
Повечето химични реакции при стайна температура протичат много бавно. За да увеличите скоростта на такива реакции, увеличете температурата. Според закона на Вант Хоф скоростта на всяка химическа реакция се увеличава 2-4 пъти с повишаване на температурата за всеки 10 ° C. Увеличаването на скоростта на химичните реакции по време на нагряване е свързано с увеличаване на броя на сблъсъци на реагиращи молекули за единица време и с увеличаване на броя на активните молекули, т.е. Молекули, които имат повече енергия от други. Като топлопроводима среда в нагревателните вани се използват въздух, вода, разтопени соли, пясък, органични течности (глицерин, масло) или метални сплави.
Водни бани
Водните бани се използват за нагряване до температура не по-висока от 100 ° C. Поради ниската си топлинна инерция те ви позволяват много точно да поддържате желаната температура. Водата във ваната се загрява до кипене и се поддържа в това състояние до приключване на процеса. При работа с водна баняуверете се, че в него винаги има вода. Водни бани не се използват при работа с абсолютни разтворители и в случаите, когато наличието на водни пари е нежелателно в условията на опита.
| ВНИМАНИЕ! Водни бани не трябва да се използват при работа с метален натрий и калий, както и с други вещества, които реагират бурно с водата. |
Парни бани
Понякога се използват парни бани за нагряване до 100°C. Обикновено парната баня е съд, оборудван с тръба за подаване на водна пара и коляно за оттичане на кондензат (фиг. 54). Това коляно също е хидравлично уплътнение, което предотвратява излизането на пара. Под коляното на парната баня трябва да поставите няколко чинии, в които ще се оттича кондензатът. Преди да започнете пара, се препоръчва да излеете вода в коляното. Колбата, която трябва да се загрее с пара, се закрепва върху парната баня така, че само гърлото на съда да изглежда от нея. Парната баня се затваря с кръгло парче тенекия с кръгъл разрез по радиуса, което позволява този капак да се постави на гърлото на колбата. Работната баня се поставя в абсорбатор. Парата за отопление може да се вземе от общ паропровод, ако има такъв в лабораторията, или може да се получи от парна машина.
 |
Фигура 54 - Парна баня
Маслени и парафинови бани
Маслените и парафиновите бани се използват за нагряване до 250°C, при по-високи започват да пушат, затова се работи в камина. Тези бани имат относително голяма топлинна инерция. Ваната се напълва наполовина с минерални масла, получени от петрол, и съдът, който трябва да се нагрее, се поставя във ваната, така че нивата на веществото в съда и на маслотосъвпадение. Максималната температура, достигната с тези вани, зависи от вида на използваното масло и трябва да бъде 50°C под точката на възпламеняване на маслото. Контролът на температурата трябва да се извършва с помощта на контактен термометър.
Използваното масло трябва да е чисто, сухо и без чужди тела.
| ОПАСНО. Трябва да се внимава да не навлиза вода в горещите маслени бани, напр това може да причини прекомерно разпенване, разпръскване на масло и пожар. |
За да се предотврати навлизането на вода, кондензираща на повърхността, обратният хладник трябва да има маншет от филтърна хартия близо до долния край.
| ОПАСНО. Ако се нагрява до висока температура за дълго време, маслото във ваната може да пламне. Запаленото масло не трябва да се гаси с вода или пясък. Трябва да покриете ваната с лист азбест или да използвате пожарогасител. |
След работа веднага внимателно избършете повърхността на колбата с парцал, хартия, като отстраните все още горещото масло.
Гликолови бани
Често за загряване на съда до температура от 150-200 0 C се използват гликолови бани, в които като топлоносители се използват етиленгликол, диетиленгликол и полиетиленгликол. Тези бани са много удобни. Навлизането на вода в такава баня не е опасно и гликолът, останал на повърхността на колбата, лесно се измива с вода. Въпреки това, при високи температури, те също пушат, като маслени бани, така че трябва да се обработват само в абсорбатор.
Метални бани
За постигане на температури над 100 0 С често се използват вани от нискотопими сплави (метални вани) - сплав на Ууд или сплав на Роуз.
Сплав на Уудс—тежка сплав с ниска топимост, изобретена през 1860 г.година Б. Дърво. Точка на топене 65,5 °C, плътност 9720 kg/m³. Състав: Калай - 12,5%; Олово - 25%; Бисмут - 50%; Кадмий - 12,5%.
Сплавта на РоузКръстена на немския химик Валентин Роуз Стария. Точка на топене +94 °C. Състав: Калай 25%; Олово 25%; Бисмут 50%. Rose's Alloy е подобна на Wood's Alloy, но е по-малко токсична, защото не съдържа кадмий.
Тези сплави имат висока топлопроводимост и позволяват бързо и равномерно нагряване. Техните съществени недостатъци са високата цена и при големите размери на ваната голямото тегло при големите размери на ваната.
Солени бани
За нагряване до температури над 100 ° C можете да използвате солени бани, в които разтвори на минерални соли служат като топлоносители. Както знаете, точката на кипене на солните разтвори зависи от природата на солта и концентрацията на разтвора. Това дава възможност за използване на различни степени на нагряване. Солевият разтвор може да се постави в конвенционална водна баня, ако е необходимо, той е оборудван с устройства за поддържане на постоянно ниво на течността и постоянна температура.
Пясъчни бани
Пясъчните бани се използват за леко нагряване до високи температури или за леко печене. За целта вземат фин пясък и го поставят в метална чаша, като го насипват така, че да се получи пирамида. В средата на пирамидата се поставя съд, потопен в пясък, така че да не докосва дъното на чашата. Температурата на нагряване се контролира с контактен термометър. Пясъкът за баня трябва да бъде чист, без механични примеси, калциниран, така че всички органични примеси да изгорят. Пясъчните бани имат много голяма топлинна инерция и е трудно да се регулира температурата. С изключениеВ допълнение, честият контакт на стъклария с пясък може да доведе до появата на не винаги забележими пукнатини, които впоследствие, например при използване на колба за работа във вакуум, могат да доведат до експлозия. Следователно, когато е възможно, пясъчните бани трябва да се заменят с други видове загряващи бани.
Въздушни бани
От всички топлопроводими среди, използвани във ваните, въздухът има най-ниска топлопроводимост. По правило топлопроводимостта на газовете е около 20 пъти по-малка от топлопроводимостта на течностите, която от своя страна е около 1000 пъти по-малка от топлопроводимостта на металите.
По този начин преносът на топлина от газа (например от горещ въздух) е относително малък. Ако се използва въздушна баня за пренос на големи количества топлина, има вероятност да има риск от прегряване на места, където топлината не се отвежда достатъчно бързо във вътрешността на съда (например на места, които не са намокрени от кипяща течност). Поради тази причина въздушните бани не са много подходящи, например за дестилация на големи обеми.