Чиллеры – важный компонент системы охлаждения и конденсации растворителя во время упаривания на ротационном испарителе. Многие полагают, что установка самых низких температур на охладителе обеспечивает оптимальные результаты во время отгонки. Я хочу подробнее рассказать вам о важности энергетического баланса, о том, как рассчитать холодопроизводительность, и какая температура охлаждения гарантирует достаточную конденсацию.

На днях я болтал со своим племянником, и он внезапно вспомнил, как однажды я водил его в цирк, и это было приятным воспоминанием. Одно выступление, которое мне особенно запомнилось – балансировка. Артист забрался на лестницу и жонглировал в воздухе все большим количеством предметов. Его коллеги продолжали бросать ему их все больше и больше, что очень впечатлило публику. Но после того, как была брошена примерно 20-я булава, он внезапно поскользнулся и потерял равновесие, и его чудом спасли подоспевшие помощники.

Что ж, мы часто пытаемся работать на пределе, но обычно важнее найти правильный баланс, чем получить максимальные результаты. Чтобы сделать публику счастливой, в цирковом представлении обычно достаточно 15 предметов. Нет необходимости бросать еще больше, рисковать здоровьем исполнителя и конечным результатом выступления.

Тема баланса возникает снова и снова не только в жизни, но и в блоге. Я хотел бы посвятить этому вопросу больше времени, и в этот раз я расскажу вам об охлаждающих системах, применяемых в ротационном испарителе.

Рециркуляционная охлаждающая система необходима для поддержания температуры в системе охлаждения ротационного испарителя, достаточной для конденсации паров растворителя. При настройке охлаждающей системы всегда следует помнить, что дистилляция должна быть сбалансированной. Я имею в виду, что энергия испарения и конденсации растворителя должна быть одинаковой. Я уже поднимал тему энергетического баланса в блоге о правиле дельта 20 при ротационном упаривании, и если вам захочется узнать больше, вы можете почитать об этом в моем сообщении.

Для каждого растворителя существует собственная теплота испарения, также известная как теплота парообразования или энтальпия испарения. Этот термин описывает энергию, необходимую для преобразования заданного количества вещества в пар при заданном давлении. Или, проще говоря, теплота испарения – это энергия, требуемая для испарения вещества.

Как мы можем рассчитать охлаждающую способность чиллера?

Попробуем найти эту энергию для модельного растворителя, в данном случае воды. Максимальная скорость перегонки на лабораторном ротационном испарителе составляет около 1,3 литра в час. Давайте использовать это значение, чтобы увидеть, чему это соответствует в Вт. Мы используем следующее уравнение:

Теплота испарения воды составляет 2428 Дж/г или Вт*с/г, поэтому:

Таким образом, для испарения 1,3 кг воды требуется энергия 877 Вт.

Я только что объяснил, что нам нужно поддерживать баланс между энергией испарения и энергией конденсации. Следовательно, для конденсации паров растворителя требуется охлаждающая способность 877 Вт.

Но имейте в виду, что для достижения максимальной скорости дистилляции (1,3 л/час) ротационный испаритель должен работать при температуре бани выше 80 °C. Однако обычная температура бани составляет около 50 °C. Конечно, при разных температурах бани скорость дистилляции также разная (см. таблицу ниже).

Из таблицы видно, что при обычной температуре бани 50 °C и температуре кипения 30 °C на испарение 0,8 литра воды в час расходуется 500 Вт. Для поддержания баланса энергии для этой перегонки требуется холодопроизводительность 500 Вт. И в этих условиях наша скорость дистилляции воды достаточно прилична и составляет 0,8 л/час.

Теперь, когда мы разобрались с этим, давайте попробуем определить оптимальную температуру охлаждения. Что ж, многие люди считают, что установка температуры чиллера на минимально возможную – лучший подход. Но так ли это?

Для наилучшего испарения необходима значительная разница между температурой нагревательной ванной и температурой кипения. Но все же нужно учитывать, что температура кипения должна быть выше температуры окружающей среды, иначе собранный дистиллят начнет кипеть в приемной колбе. Тогда пары может засосать в вакуумный насос.

С учетом всего изложенного, рекомендуемая температура кипения в большинстве случаев составляет примерно 30 °C. Для эффективной конденсации в большинстве случаев достаточна минимальная разница температур в 15 °C.

Для большинства растворителей достаточную конденсацию можно гарантировать уже при температуре охлаждения +15 °C.

Для достижения этой магической цифры в качестве охлаждающей среды достаточно использовать воду, при этом на шлангах с охлаждающей жидкостью влага конденсируется незначительно, и на соединениях и шлангах не образуется льда.

Тем не менее, действительно ли при более низких температурах охлаждения эффективность выше?
Охлаждающая способность связана с температурой охлаждения. Рассмотрим приведенную ниже таблицу для рециркуляционной охлаждающей системы BUCHI F-305:

Как вы видите, низкие температуры охлаждения неэффективны, поскольку при таких низких температурах охлаждающие системы не обладают необходимой для конденсации охлаждающей способностью.

Таким образом, без всякой клоунады вы можете спокойно установить для своей охлаждающей системы оптимальную, а не самую низкую температуру охлаждения. Надеюсь, вы продолжите читать блог, чтобы получить больше волшебных советов о том, как найти баланс в своей лабораторной жизни.

До новых встреч,