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北京長流科學(xué)儀器有限公司
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閱讀：44發(fā)布時間：2023-2-1
為蒸發(fā)實(shí)驗選擇合適的冷卻方法，對于整個系統(tǒng)的性能、經(jīng)濟(jì)性和效率的影響是超乎想象的。作為蒸餾過程的必需階段，目前大家常用的冷凝方式主要包括：使用干冰冷凝器、配備或自行搭建冷卻循環(huán)體系，以及使用自來水進(jìn)行蒸汽的冷卻。但在大多數(shù)情況下，需要選購冷卻水循環(huán)機(jī)來做配套設(shè)備。
冷卻水循環(huán)機(jī)在運(yùn)行時，通過其制冷系統(tǒng)將加注在水箱中的冷卻液冷卻，由內(nèi)置的泵將冷卻液泵入冷凝管，吸收冷凝器內(nèi)蒸汽的熱量，以達(dá)到冷凝的效果，最后將溫度升高的冷卻液再次回流到水箱進(jìn)行降溫，如此循環(huán)交換冷卻，實(shí)現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的冷凝溫度，同時有效避免使用自來水時可能發(fā)生的季節(jié)性溫度波動。而且選擇高效、環(huán)保的冷水機(jī)，替代自來水冷卻，也有助于實(shí)驗室節(jié)約用水。
在選購合適的冷卻水循環(huán)機(jī)時，需要考慮的重要因素包括：
01、冷凝溫度和相應(yīng)的制冷量
02、循環(huán)壓力
03、循環(huán)流量
04、合適的配件
05、冷水機(jī)選型指南
01、冷凝溫度和相應(yīng)的制冷量
冷卻液的溫度，需要低于旋蒸冷凝管以速率冷凝溶劑蒸汽的溫度。該溫度由溶劑的沸點(diǎn)決定。在進(jìn)行冷卻水循環(huán)機(jī)溫度選擇和設(shè)定時，一般建議遵從“20法則"，即加熱鍋溫度和蒸汽溫度、蒸汽溫度和冷凝器溫度之間各設(shè)置20℃的溫差。例如，將加熱鍋溫度設(shè)置為60℃，調(diào)整系統(tǒng)的真空設(shè)置以產(chǎn)生40℃ 的溶劑蒸汽，并在 20℃下進(jìn)行冷凝操作。所以，溶劑蒸汽溫度比加熱鍋溫度低20℃，冷凝器溫度比蒸汽溫度低20℃。
冷卻水循環(huán)機(jī)能提供的溫度越低，冷凝效果越好。冷卻水循環(huán)機(jī)通常在20℃或常溫時具有的冷卻能力，即理想狀態(tài)下的制冷功率參數(shù)，這也經(jīng)常是廠家標(biāo)注的名義制冷功率。比如長流儀器的LX-1000冷卻水循環(huán)機(jī)，在水溫20℃時制冷量1000W，而在水溫5℃時制冷量減半，也就是制冷能力大約500W。
隨著溫度越低，冷卻水循環(huán)機(jī)能實(shí)現(xiàn)的制冷能力隨之降低。如果冷卻水循環(huán)機(jī)在設(shè)定溫度下，制冷量不足以帶走蒸餾中冷卻液的熱量，意味著在實(shí)際蒸餾中冷卻液將無法達(dá)到設(shè)定的溫度，也就達(dá)不到理想的冷凝效率。所以冷卻水循環(huán)機(jī)的制冷效果，需要綜合考慮溫度和制冷能力兩項參數(shù)。
如果旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀需要蒸餾多種溶劑，那么就要根據(jù)所需的冷凝溫度來選擇冷卻水循環(huán)機(jī)的制冷能力。通過查看產(chǎn)品規(guī)格，您會發(fā)現(xiàn)針對不同溫度下，冷卻水循環(huán)機(jī)有相對應(yīng)的不同冷卻能力。如果需要冷凝器在比較低的溫度下工作，就需要深入了解較低溫下冷卻水循環(huán)機(jī)的制冷量，也就是冷卻能力。
如果冷卻水循環(huán)機(jī)在其設(shè)定溫度下功率不足，意味著在實(shí)際蒸餾中冷卻液將無法達(dá)到設(shè)定的溫度，從而無法提供足夠的熱傳導(dǎo)效應(yīng)，無法對蒸汽進(jìn)行有效冷凝。不能被及時冷卻的蒸汽，會被吸入真空泵，增加泵組件的磨損并縮短其使用壽命，甚至可能造成無法挽回的損壞。另外，如果您的冷卻水循環(huán)機(jī)啟用了過溫警報功能，設(shè)置過低的溫度可能會導(dǎo)致設(shè)備報警并停機(jī)，蒸餾實(shí)驗中斷。
02、循環(huán)壓力
另一個需要考慮的重要因素是冷卻水循環(huán)機(jī)的循環(huán)泵泵壓范圍。冷卻水循環(huán)機(jī)的泵壓通常在10-15 psi（0.67-1.03bar）的范圍內(nèi)。如果泵壓過低，一旦旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀與冷卻水循環(huán)機(jī)存在一定的高度差（如冷卻水循環(huán)機(jī)置于實(shí)驗臺下方）就會導(dǎo)致冷卻液無法在冷凝管中有效循環(huán)。如果泵壓過高，玻璃冷凝器內(nèi)部因為冷卻液壓力過大造成破裂的風(fēng)險就會急劇增加。常見的玻璃冷凝器內(nèi)部承受壓力為1.5bar，所以需要注意壓力的適用范圍。
在選購冷卻水循環(huán)機(jī)時，需要先確認(rèn)該設(shè)備的壓力范圍以及旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀冷凝器的工作壓力范圍。一般來講，大多數(shù)與旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)配套的冷卻水循環(huán)機(jī)的泵壓為11.5 psi（≈0.8bar），從而使其適合與玻璃冷凝器一起使用。若是配置容積泵和渦輪泵，往往具有更高的輸出壓力，因此更需要重點(diǎn)關(guān)注其泵壓范圍，從而避免因使用相應(yīng)的冷卻水循環(huán)機(jī)增加玻璃冷凝器破裂的風(fēng)險，或因泵壓不足導(dǎo)致冷卻液無法有效循環(huán)。
03、循環(huán)流量
冷卻水循環(huán)機(jī)的泵流量會影響冷卻液在冷凝器中的停留時間。流速越低，冷卻液在冷凝器中停留的時間就越長。隨著溫度升高，蒸汽和冷卻液之間的熱傳遞效率降低。在這種情況下，會增加溶劑蒸氣冷凝不充分的風(fēng)險。
雖然目前大多數(shù)冷卻水循環(huán)機(jī)的流量，相對于其冷卻功率而言都足夠，但還是需要注意這一點(diǎn)。
04、合適的配件
冷卻液和加強(qiáng)型冷卻水管路，根據(jù)溫度范圍，選擇合適的冷卻液。
如果需要更低的溫度，推薦使用乙醇或乙二醇混合物。常見的冷卻液是含有抑制劑的乙二醇和水的混合物，工作溫度范圍-30到+90℃，燃點(diǎn)約120 ℃，是大多數(shù)冷卻水循環(huán)機(jī)匹配旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的理想選擇。注意：雖然乙醇直到117.3℃才會凍結(jié)，但它的高度易燃性具有一定風(fēng)險。將其用作冷卻液時應(yīng)格外小心。
選擇的冷卻水管路應(yīng)與所使用的冷卻液的化學(xué)相容性、應(yīng)用的溫度范圍以及額定壓力相匹配。未能選擇正確的管路將導(dǎo)致管路立即或在長時間使用的情況下發(fā)生爆裂。如果在低溫下運(yùn)行，則可使用保溫套以減少因為環(huán)境溫度影響而造成的熱損失。
05、冷卻水循環(huán)機(jī)選型指南
針對不同的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)應(yīng)用，我們提供多種冷卻水循環(huán)機(jī)，以滿足用戶的個性化需求。
三個基本點(diǎn)：
1、為了保護(hù)玻璃冷凝器，冷卻循環(huán)水浴的泵壓不得超過2 bar。
2、為了獲得的蒸餾速度，建議遵守四分之三原則：即在冷凝器高度的四分之三處及以下，蒸汽應(yīng)被有效凝結(jié)，形成液滴并作為冷凝物排出，盡量避免蒸汽達(dá)到冷凝器的上部四分之一處，因無法及時被冷卻導(dǎo)致蒸汽被真空泵吸入，從而影響泵的使用性能。
3、玻璃冷凝器的頂部應(yīng)始終保持有效的低溫狀態(tài)，以避免蒸汽被吸入真空泵。
長流儀器可提供多種溫度、制冷量、循環(huán)壓力的冷水機(jī)組。
儀器型號 | 溫度范圍 | 制 冷 量 | 水箱容積 | 循環(huán)壓力 | 循環(huán)流量 | 外循環(huán)接口 |
LX-150 | 5～35 | 150 | 1 | 0.45 | 0～10 | Rc1/4'' |
LX-300 | 5～35 | 300 | 4 | 0～0.8 | 0～15 | Rc1/2'' |
LX-300A | 5～35 | 300 | 4 | 0～1.2 | 0～15 | Rc1/2'' |
LX-600 | 5～35 | 600 | 5 | 0～1.2 | 0～15 | Rc1/2'' |
冷凝器的溫度是影響回收率的一個關(guān)鍵因素，長流儀器的低溫循環(huán)機(jī)組，非常適用于配套旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)應(yīng)用。低溫-20℃、-40℃低溫循環(huán)液，輔以合適的真空度控制，可以有效回收或蒸發(fā)有機(jī)溶劑。
儀器型號 | 溫度范圍 | 制 冷 量 | 液槽容積 | 循環(huán)壓力 | 循環(huán)流量 | 外循環(huán)接口 |
DX-204 | -20～30 | 300 | 4 | 0.8 | 15 | Rc1/4〞 |
DX-208 | -20～30 | 600 | 8 | 0.8 | 15 | Rc3/8〞 |
DX-2015 | -20～30 | 1600 | 15 | 0.8 | 15 | Rc3/8〞 |
DX-406 | -40～20 | 300 | 6 | 0.3 | 10 | Rc3/8〞 |
DX-4010 | -40～20 | 600 | 10 | 0.3 | 10 | Rc3/8〞 |
DX-4015 | -40～20 | 1000 | 15 | 0.3 | 10 | Rc3/8〞 |
在減壓條件下連續(xù)蒸餾大量易揮發(fā)性溶劑的過程中，一般需要配套合適的低溫冷卻循環(huán)液。需要了解選型過程中的個性化解決方案，請聯(lián)絡(luò)長流儀器。
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