Скорость – один из самых важных показателей того, насколько эффективна дистилляция. Я посвятил этот пост взаимосвязи между скоростью дистилляции и площадью поверхности конденсатора. Я приведу доказательства того, что холодильник большего размера увеличивает скорость дистилляции и дает дополнительные преимущества для вашей работы. Я также расскажу об ограничениях для больших холодильников. Кроме того, я перечислю случаи, когда конденсатор большего размера действительно мог бы стать полезным дополнением к вашему роторному испарителю.

Должен признаться, я всегда ненавидел фургоны. Они казались мне такими уродливыми, и я думал, что они расходуют очень много бензина, поэтому еще в юности я поклялся себе никогда не покупать ни одного фургона. Однако если перемотать вперед, то уже в сорок лет я путешествовал в своем фургоне, как будто и не было никаких обещаний. Как смог бы я уместить детей, чемоданы, спортивный инвентарь, клетки для собак в обычной машине? Мне пришлось признать, что размер имеет значение, и что дополнительные деньги на бензин наверняка перекроют необходимость совершать несколько рейсов.

Я действительно считаю, что основная задача любого отца – доставить своих детей из точки А в точку Б как можно быстрее и комфортнее. Точно так же основная цель любого, кто занимается дистилляцией – провести ее как можно быстрее и эффективнее. Поэтому скорость дистилляции – один из факторов, на который вы должны обращать особое внимание.

Под дистилляцией понимается комбинированный процесс испарения при нагревании и конденсации при охлаждении. Под скоростью дистилляции подразумевают объем растворителя, испаренного, а затем конденсированного за определенный период времени. Скорость дистилляции выражается в литрах растворителя в час (л/час).

Эффективность вашей дистилляции или роторного испарения зависит от таких параметров, как скорость вращения, размер испарительной колбы и охлаждающая способность. В этом посте своего блога я хотел бы сосредоточиться на площади поверхности холодильника.

Как влияет площадь поверхности холодильника на эффективность дистилляции?

Увеличение поверхности охлаждения означает большую теплопередачу от пара к охлаждающей среде. Другими словами, чем больше площадь поверхности, тем больше пара конденсируется на змеевиках. Согласно уравнению Фурье:

где
𝑄 = тепловой поток [Вт]
U = теплопроводность [Вт/м2K]
A = площадь поверхности [м2]
ΔT = температурный градиент между входом и выходом [K]

Как мы уже видели, испарение и конденсация вносят вклад в общую скорость дистилляции и влияют на производительность. Чтобы поддерживать систему в равновесии, требуется как достаточная загрузка холодильника, так и более высокая скорость испарения.

Пять случаев, когда выгоднее использовать холодильники большего объема

Разумеется, одинокому молодому человеку фургон не нужен. Но такая машина может стать удачным решением для большой семьи. Точно так же большой холодильник не подходит для любой перегонки. Но в некоторых случаях он может принести огромную пользу.

Большая площадь поверхности позволяет концентрировать растворители, которые в противном случае испарялись бы в атмосферу или собирались во вторичной приемной колбе. Полезно использовать высокопроизводительный холодильник, когда:

• загрузка холодильника выше максимального стандартного уровня дистилляции
• температура охлаждающей воды на входе недостаточна для отвода энергии из пара (охлаждающая вода слишком теплая – ΔT <20 °C)
• при отгонке низкокипящих растворителей
• вам требуется снизить время работы
• при работе с большими температурными диапазонами (ΔT> 20 °C)

Теперь о том, как добиться более высоких скоростей дистилляции с помощью большого, высокопроизводительного холодильника?

Скажем, скорость дистилляции можно повысить, увеличив разницу между температурой нагревателя и температурой пара, и между температурой пара и температурой контура охлаждения.

Например, вы можете увеличить температуру нагревательной бани, при этом температура охлаждения останется постоянной. Или вы можете повысить температуру нагревательной бани, одновременно снизив температуру охлаждения и сохранив постоянное давление. Или вы можете уменьшить давление и температуру охлаждения, поддерживая постоянную температуру нагревательной бани.

Важно отметить, что вышеуказанные изменения могут быть выполнены только с высокопроизводительным холодильником, поскольку в случае стандартного холодильника это может привести к перегрузке.

Но для меня, как вы знаете, необходимо все увидеть своими глазами, чтобы убедиться в этом. Поэтому я решил экспериментально проверить, как площадь поверхности холодильника влияет на эффективность дистилляции. Для этого я сравнил стандартный холодильник с площадью поверхности 1500 см² и высокопроизводительную (HP) версию 3000 см². Во всех экспериментах я выпаривал 1200 мл ацетона в колбе объемом 2 л со скоростью 280 об/мин на роторном испарителе Rotavapor® R-300 .

Я установил следующие параметры:

И получил (что неудивительно) следующие результаты:

Результаты ясно показали, что большая площадь поверхности холодильника существенно увеличивает скорость дистилляции. Фактически с помощью высокопроизводительного холодильника мне удалось отогнать 8,2 л/ч ацетона.

При повышенной загрузке холодильника мне также удалось уменьшить время, необходимое для дистилляции, на 20%!

Еще несколько хороших новостей: в вакуумный насос попало лишь незначительное количество растворителя, что помогло уменьшить износ деталей вакуумного насоса и защитить окружающую среду. А если вы действительно цените свои ресурсы, взгляните на график ниже:

Опять же, как и ожидалось, скорость конденсации на НР холодильнике достаточна для конденсации всех паров, образующихся при повышении скорости испарения, что снижает потери продукта.

Вот и все. Экспериментально доказано, что чем больше холодильник, тем лучше для дистилляции. Но прежде, чем делать инвестиции, не забывайте, что существуют и ограничения. Например, для предотвращения вторичного вскипания в приемной колбе, необходимо соответствующим образом отрегулировать параметры давления. Это означает, что температура кипения растворителя должна быть выше температуры окружающей среды. Чтобы обеспечить равновесие между охлаждением и нагревом при более высокой разнице температур, вам также понадобится более мощный чиллер. Мощность нагрева также может быть ограничивающим фактором, если разница между температурой нагревательной бани и температурой паров превысит мощность нагрева при стопроцентном режиме работы бани.

Чтобы получить полный набор моих экспериментальных данных, а также дополнительную информацию по теме, обязательно ознакомьтесь с официальным документом о высокопроизводительных холодильниках .

Кажется, я предпочитаю все большое в моих старых постах. Я писал о больших телевизорах и их связи с хроматографическим разрешением ; о больших холодильниках и их связи с перегрузкой конденсора при лиофильной сушке. Но я также говорил о том, что крупные хоккеисты не всегда выигрывают чемпионаты, и насколько маленькие размеры частиц способствуют повышению эффективности колонки в хроматографии.

Но поскольку дети больше не живут с нами, мы с женой уменьшили размер нашей машины. Значит, в конце концов, я все-таки нашел баланс!
До новых встреч,