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【冷水机知识】为什么15是循环冷水机的神奇数字

循环冷水机是在旋转蒸发过程中冷却和冷凝溶剂的必不可少的设备。一个常见的误解是将冷水机设置为最低温度会在蒸馏过程中提供最佳结果。我在这里为您提供有关能量平衡的重要性,如何计算冷却能力以及什么冷却温度可确保充分冷凝的更多详​​细信息。

我们经常尝试达到极限,但是找到合适的平衡通常比获得最佳结果更重要。在马戏表演中,观众对大约15个物体的平衡壮举感到非常满意。根本没有必要投入更多精力,冒风险表演者的安全并影响表演的结果。

需要再循环冷水机以足够的冷却来支撑旋转蒸发器以冷凝蒸发的溶剂。设置冷水机时,您应始终记住蒸馏应处于平衡状态。我的意思是溶剂蒸发和冷凝的能量应该相等。我已经在我的博客文章中提到了关于旋转蒸发的delta 20规则的能量平衡主题,以防您想了解更多有关该主题的知识。

每种溶剂都有自己的汽化热,也称为汽化热或汽化焓。该术语描述了在给定压力下将给定数量的物质转换为蒸气所需的能量。或简单地说,蒸发热是蒸发物质所需的能量。

如何计算制冷量?

让我们尝试为示例溶剂(在本例中为水)找到这种能量。实验室旋转蒸发仪的最大蒸馏速度约为每小时1.3升。让我们使用此值来查看W中的含义。我们使用以下方程式:

水的汽化热为2428 J / g或Ws / g,因此:

因此,蒸发1.3千克水需要877 W的能量。

现在,我只是解释说,我们需要在蒸发能和冷凝能之间保持平衡。因此,需要877 W的冷却能力来冷凝蒸发的溶剂。

但是请记住,要达到最大蒸馏速率(1.3升/小时),旋转蒸发需要在高于80°C的高浴温下进行。然而,典型的浴温通常设定为约50℃。当然,在不同的浴温下,蒸馏速率也不同(见下表)。

浴温

沸点 水的蒸馏率 对应功率
80°摄氏度 30°摄氏度 1.3升/小时 877瓦
60°摄氏度 30°摄氏度 1.0升/小时 674瓦
50°摄氏度 30°摄氏度 0.8升/小时 540瓦
40°摄氏度 30°摄氏度 0.6升/小时

405瓦

该表显示,在典型的浴温为50°C,沸点为30°C的情况下,每小时蒸发0.8升水使用500W。为了保持能量平衡,该蒸馏需要500 W的冷却能力。在这些条件下,我们的水蒸馏速率达到了可观的0.8 L / h。

现在我们已经弄清楚了,让我们尝试确定最佳的冷却温度。好吧,许多人认为将冷水机设置为尽可能低的温度是最好的方法。但是他们正确吗?

为了获得最佳的蒸发性能,我们需要在加热浴和沸点之间有明显的温差。但是我们仍然需要考虑沸点应该高于环境温度,否则收集的馏出物开始在接收瓶中沸腾。然后,蒸气可能会在真空泵中丢失。

请记住,在大多数情况下,推荐的沸点应为30°C左右。为了有效冷凝,在大多数情况下,15°C的最小温差就足够了。

这样,在+15°C的冷却温度下就已经可以确保大多数溶剂充分凝结。

在这个神奇的数字下,水作为冷却介质就足够了,冷却软管上的湿气凝结较少,并且接头和软管上没有结冰。

还有,您在较低的冷却温度下效率更高吗?
冷却能力与冷却温度有关。请参考下表的BUCHI循环式冷水机F-305:

冷却温度 制冷量
20°摄氏度 620瓦
15°摄氏度 550瓦
10°摄氏度 440瓦
0°摄氏度 250瓦
-10°C 80瓦

如您所见,较低的冷却温度效率很低,因为在如此低的温度下,冷却​水机缺少冷凝所需的冷却能力。

因此,无需摆弄任何东西,您就可以舒适地将冷水机设置为最佳而不是最低的冷却温度。我希望您继续阅读该博客,以获取有关如何平衡实验室生活的更多神奇技巧。