مبرد ساده

مبرد چیست (کندانسور)

در شیمی ، کندانسور وسیله ای آزمایشگاهی است که برای متراکم کردن بخارات  – یعنی تبدیل آنها به مایع – از طریق خنک کردن آنها استفاده می شود.

کندانسورها به طور معمول در عملیات آزمایشگاهی مانند تقطیر ، رفلاکس و استخراج استفاده می شوند. در تقطیر، مخلوطی حرارت داده می‌شود تا اجزای فرارتر بجوشد، بخارات متراکم شوند و در ظرفی جداگانه جمع‌آوری شوند. در رفلاکس، یک واکنش شامل مایعات فرار در نقطه جوش آنها انجام می شود تا سرعت آن افزایش یابد. و بخارهایی که به ناچار خارج می شوند متراکم شده و به ظرف واکنش باز می گردند. در استخراج سوکسله، یک حلال داغ بر روی برخی از مواد پودری مانند دانه های آسیاب شده تزریق می شود تا برخی از اجزای کم محلول را خارج کند. سپس حلال به طور خودکار از محلول حاصل تقطیر می شود، تغلیظ می شود و دوباره تزریق می شود.

انواع مختلفی از کندانسورها برای کاربردها و حجم های پردازشی مختلف ساخته شده اند. ساده ترین و قدیمی ترین کندانسور فقط یک لوله طولانی است که بخارها از طریق آن هدایت می شوند و هوای بیرون خنک کننده را فراهم می کند. معمولاً یک کندانسور دارای یک لوله یا محفظه بیرونی جداگانه است که از طریق آن آب (یا مقداری سیال دیگر) به گردش در می‌آید تا خنک‌سازی مؤثرتری ارائه دهد.

کندانسورهای آزمایشگاهی معمولاً برای مقاومت شیمیایی، سهولت در تمیز کردن و نظارت بصری بر عملکرد از شیشه ساخته می شوند. به طور خاص، شیشه بوروسیلیکات برای مقاومت در برابر شوک حرارتی و حرارت ناهموار توسط بخار متراکم تولید میشوند. برخی از کندانسورها برای عملیات اختصاصی (مانند تقطیر آب ) ممکن است از فلز ساخته شوند. در آزمایشگاه‌های حرفه‌ای، کندانسورها معمولاً دارای اتصالات شیشه‌ای زمینی برای اتصال بدون هوا به منبع بخار و ظرف مایع هستند. با این حال، لوله های انعطاف پذیر از یک ماده مناسب اغلب به جای آن استفاده می شود. کندانسور همچنین ممکن است به عنوان یک ظروف شیشه ای منفرد به یک فلاسک در حال جوش ذوب شود، همانطور که در مخزن قدیمی وجود دارد. در دستگاه های قدیمی و برای تقطیر در مقیاس میکرو .

ساختار مبرد

طراحی و نگهداری سیستم ها و فرآیندهای با استفاده از کندانسورها مستلزم آن است که گرمای بخار ورودی هرگز بر توانایی کندانسور و مکانیسم خنک کننده انتخابی غلبه نکند. همچنین، شیب‌های حرارتی و جریان‌های مواد ایجاد شده، جنبه‌های حیاتی هستند، و از آنجایی که فرآیندها از آزمایشگاه تا کارخانه آزمایشی و فراتر از آن مقیاس می‌شوند، طراحی سیستم‌های کندانسور به یک علم مهندسی دقیق تبدیل می‌شود.

درجه حرارت

برای اینکه یک ماده از یک بخار خالص متراکم شود، فشار بخار دوم باید بیشتر از فشار بخار مایع مجاور باشد. یعنی مایع در آن فشار باید زیر نقطه جوشش باشد . در اکثر طرح ها، مایع فقط یک لایه نازک در سطح داخلی کندانسور است، بنابراین دمای آن اساساً با آن سطح یکسان است. بنابراین، توجه اولیه در طراحی یا انتخاب یک کندانسور این است که اطمینان حاصل شود که سطح داخلی آن زیر نقطه جوش مایع است.

جریان دما

همانطور که بخار متراکم می شود، گرمای مربوط به تبخیر را آزاد می کند ، که تمایل دارد دمای سطح داخلی کندانسور را افزایش دهد. بنابراین، یک کندانسور باید بتواند آن انرژی گرمایی را با سرعت کافی حذف کند تا دما را به اندازه کافی پایین نگه دارد، با حداکثر نرخ چگالشی که انتظار می رود رخ دهد. این نگرانی را می توان با افزایش مساحت سطح تراکم، با نازک کردن دیوار، و/یا با ارائه یک هیت سینک به اندازه کافی موثر (مانند آب در گردش) در طرف دیگر آن برطرف کرد.

جریان مواد

کندانسور همچنین باید ابعادی داشته باشد تا مایع تغلیظ شده بتواند با حداکثر سرعت (جرم در طول زمان) که انتظار می رود بخار وارد آن شود، خارج شود. همچنین باید مراقب بود که از ورود مایع در حال جوش به کندانسور به عنوان پاشیده شدن در اثر جوشاندن مواد منفجره یا قطرات ایجاد شده در اثر بیرون آمدن حباب جلوگیری شود.

گازهای حامل

اگر گاز داخل کندانسور بخار خالص مایع مورد نظر نباشد، بلکه مخلوطی با گازهایی باشد که نقطه جوش بسیار کمتری دارند (مثلاً همانطور که ممکن است در تقطیر خشک رخ دهد ) ملاحظات اضافی اعمال می شود. سپس فشار جزئی بخار آن هنگام بدست آوردن دمای چگالش باید در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، اگر گاز ورودی به کندانسور مخلوطی از 25% بخار اتانول و 75% دی اکسید کربن (با مول) در 100 کیلو پاسکال (فشار معمول جو) باشد، سطح میعان باید زیر 48 درجه سانتیگراد، نقطه جوش نگه داشته شود. اتانول 25 کیلو پاسکال.

علاوه بر این، اگر گاز بخار خالص نباشد، تراکم لایه‌ای از گاز با محتویات بخار حتی کمتر درست در کنار سطح متراکم ایجاد می‌کند و نقطه جوش را بیشتر کاهش می‌دهد. بنابراین، طراحی کندانسور باید به گونه‌ای باشد که گاز به خوبی مخلوط شود و/یا تمام آن مجبور شود بسیار نزدیک به سطح چگالش عبور کند.

مخلوط های مایع

در نهایت، اگر ورودی کندانسور مخلوطی از دو یا چند مایع قابل امتزاج باشد (همانطور که در تقطیر جزئی وجود دارد)، باید فشار بخار و درصد گاز را برای هر جزء در نظر گرفت که به ترکیب آن بستگی دارد. مایع و همچنین دمای آن؛ و همه این پارامترها معمولاً در طول کندانسور متفاوت هستند.

جهت جریان مایع خنک کننده

بیشتر کندانسورها را می توان به دو دسته کلی تقسیم کرد.

کندانسورهای همزمان بخار را از طریق یک درگاه دریافت می کنند و مایع را از طریق یک درگاه دیگر تحویل می دهند، همانطور که در تقطیر ساده لازم است . آنها معمولا به صورت عمودی یا کج نصب می شوند، با ورودی بخار در بالا و خروجی مایع در پایین.

کندانسورهای جریان مخالف برای برگرداندن مایع به سمت منبع بخار در نظر گرفته شده اند، همانطور که در ریفلاکس و تقطیر کسری لازم است. آنها معمولاً به صورت عمودی، بالای منبع بخاری که از پایین وارد آنها می شود، نصب می شوند. در هر دو مورد، مایع تغلیظ شده اجازه می یابد تا با وزن خود به منبع برگردد.

این طبقه بندی منحصر به فرد نیست، زیرا چندین نوع را می توان در هر دو حالت استفاده کرد.

انواع مبرد

لیبیگ

آلین

گراهام

دیمروث

فردریش

انگشت سرد

کندانسور Liebig ساده ترین طراحی با مایع خنک کننده در گردش است که ساخت آن آسان و ارزان است . این نام به افتخار یوستوس فون لیبیگ،گرفته شده است که طراحی قبلی ویگل  و گوتلینگ کامل کرد و آن را رایج کرد. این شامل دو لوله شیشه ای مستقیم متحدالمرکز است که لوله داخلی بلندتر است و در هر دو انتها بیرون زده است. انتهای لوله بیرونی مهر و موم شده است (معمولاً توسط یک حلقه مهر و موم شیشه ای دمیده شده)، یک ژاکت آب را تشکیل می دهد و با پورت های جانبی در نزدیکی انتها برای جریان و خروج سیال خنک کننده تعبیه شده است. انتهای لوله داخلی، که بخار و مایع متراکم شده را حمل می کند، باز است.

در مقایسه با لوله ساده با هوا خنک، کندانسور Liebig در از بین بردن گرمای میعان و در حفظ سطح داخلی در دمای پایین پایدار کارآمدتر است.

غرب

کندانسور غربی نوعی از نوع Liebig است، با طراحی باریک تر، مخروطی و سوکت. ژاکت باریکتر خنک کننده ذوب شده ممکن است خنک کننده کارآمدتری نسبت به مصرف مایع خنک کننده داشته باشد.

آلین

کندانسور آلین یا کندانسور لامپ به نام فلیکس ریچارد آلین (1854-1915) نامگذاری شده است.  کندانسور Allihn از یک لوله شیشه ای بلند با یک ژاکت آب تشکیل شده است. یک سری لامپ روی لوله سطحی را افزایش می دهد که ممکن است اجزای بخار بر روی آن متراکم شوند. ایده آل برای رفلاکس در مقیاس آزمایشگاهی مناسب است . در واقع، اصطلاح کندانسور رفلاکس اغلب به معنای خاص این نوع است.

دیویس

کندانسور دیویس ، که به عنوان کندانسور دو سطحی نیز شناخته می شود، شبیه کندانسور لیبیگ است، اما به جای دو لوله، سه لوله شیشه ای متحدالمرکز دارد. مایع خنک کننده هم در ژاکت بیرونی و هم در لوله مرکزی گردش می کند. این سطح خنک کننده را افزایش می دهد، به طوری که کندانسور می تواند کوتاه تر از کندانسور Liebig معادل باشد. به گفته آلن گال، بایگانی مؤسسه علم و فناوری، شفیلد، انگلستان، کاتالوگ سال 1981 آدولف گالن کمپ و شرکت لندن (سازندگان دستگاه های علمی) بیان می کند که کندانسور دیویس توسط جیمز دیویس، مدیر شرکت اختراع شده است. شرکت گالن کمپ  در سال 1904، گالن کمپ “معموله های دیویس” را برای فروش عرضه کرد. را سال 1920، گالنکمپ “جی دیویس” را به عنوان مدیر این شرکت فهرست کرد.

گراهام

کندانسور گراهام یا گراهامز دارای یک سیم پیچ مارپیچی با پوشش خنک کننده است که در طول کندانسور به عنوان مسیر بخار – میعانات عمل می کند. این نباید با کندانسور کویل اشتباه شود. لوله های کندانسور سیم پیچی در داخل، سطح بیشتری را برای خنک سازی فراهم می کنند و به همین دلیل استفاده از آن مطلوب است، اما عیب این کندانسور این است که با متراکم شدن بخارات، آنها را در لوله به سمت بالا حرکت می دهد تا تبخیر شوند. منجر به طغیان مخلوط محلول می شود.  همچنین ممکن است به دلیل برنامه ای که برای آن توسعه یافته است، خازن درآمد داخلی نامیده شود.

کویل

یک کندانسور کویل اساساً یک کندانسور گراهام با پیکربندی معکوس خنک کننده-بخار است. این سیم پیچ مارپیچی در طول کندانسور وجود دارد که مایع خنک کننده از طریق آن جریان می یابد و این سیم پیچ خنک کننده توسط مسیر بخار – میعانات پوشیده شده است.

دیمروث

کندانسور دیمروث که به نام اتو دیمروث نامگذاری شده است تا حدودی شبیه به کندانسور کویل است. دارای یک مارپیچ داخلی دوتایی است که مایع خنک کننده از طریق آن جریان می یابد به طوری که ورودی و خروجی مایع خنک کننده هر دو در بالا قرار دارند.  بخارات از پایین به بالا از طریق ژاکت عبور می کنند. کندانسورهای دیمروث موثرتر از کندانسورهای کویل معمولی هستند. آنها اغلب در اواپراتورهای چرخشی یافت می شوند. همچنین نسخه ای از کندانسور Dimroth با ژاکت خارجی، مانند کندانسور Davies، برای افزایش بیشتر سطح خنک کننده وجود دارد.

مارپیچ

یک کندانسور مارپیچی دارای یک لوله متراکم مارپیچی با اتصالات ورودی و خروجی در بالا و در یک طرف است.  به کندانسور دیمروث مراجعه کنید.

انگشت سرد

انگشت سرد یک دستگاه خنک کننده به شکل یک میله عمودی است که از داخل با جریان خنک می شود، با هر دو درگاه خنک کننده در بالا، که باید در بخار غوطه ور شود در حالی که فقط در انتهای بالایی قرار دارد. بخار قرار است روی میله متراکم شود و از انتهای آزاد به پایین چکه کند و در نهایت به ظرف جمع کننده برسد. یک انگشت سرد ممکن است یک قطعه جداگانه از تجهیزات باشد، یا ممکن است تنها بخشی از یک کندانسور از نوع دیگری باشد. (انگشتان سرد همچنین برای متراکم کردن بخارات حاصل از تصعید استفاده می شود که در این صورت نتیجه جامدی است که به انگشت می چسبد و باید خراشیده شود.)

فردریش

کندانسور فریدریش ( گاهی اوقات به اشتباه فریدریش نوشته می شود ) توسط فریتز والتر پل فردریش اختراع شد که طرحی را برای این نوع کندانسور در سال 1912 منتشر کرد . انگشت دارای یک برآمدگی مارپیچ در طول خود است، به طوری که یک مسیر مارپیچ باریک برای بخار باقی می ماند. این آرایش بخار را مجبور می کند مدت طولانی را در تماس با انگشت بگذراند.