Электронагревательные приборы
В большинстве современных химических лабораторий электронагревательные приборы используются в качестве основных источников тепла. Их широкое распространение объясняется простотой и удобством регулирования температуры нагрева от комнатной до 350—400 °С, а при использовании электропечей — до 1100 °С и выше, чистотой в работе, разнообразием выпускаемых электрообогревателей как общего назначения, так и для специальных целей.
Электрические плитки с закрытой спиралью используются для нагревания жидкостных, песчаных и воздушных бань, а также непосредственно различных сосудов — стаканов, колб и т. п. до 350—400 °С. Некоторые конструкции электроплиток имеют ступенчатую трехпозиционную регулировку степени нагрева (200—400—800 Вт).
В некоторых лабораториях еще сохранились старые конструкции электроплиток с открытой спиралью. По современным правилам техники безопасности пользование такими плитками, как впрочем и любыми другими электронагревательными приборами с открытой спиралью, запрещено.
Электрические водяные и паровые бани и применяют для нагревания колб и пробирок до 100 OC. Электрические бани, заполненные другими жидкостями, позволяют проводить нагревание любых сосудов до более высоких температур в зависимости от термостойкости применяемой жидкости. Жидкостные бани незаменимы в тех случаях, когда необходимо обеспечить равномерный нагрев и исключить возможность местных перегревов, например при перегонке, проведении большинства химических реакций, сушке термически нестойких соединений и т. п.
Для равномерного и медленного нагрева от 100 до 400 °С, а также для нагревания небольших сосудов, например пробирок, удобны электрические песчаные бани. Имеются комбинированные электрические бани, которые можно заполнять песком либо жидким теплоносителем. Для круглодонных колб небольшой вместимости (до 0,5 л), выпускаются специальные колбонагреватели.
Различные марки электрических термостатов применяются в тех случаях, когда в рабочей зоне требуется более или менее длительное поддержание строго постоянной температуры. Термостаты заполняют водой, если необходимо нагревание до температур ниже 100 °С, или маслом, преимущественно силиконовым, если рабочая температура лежит в интервале от 100 до 200—250 °С. Термостать; обычно снабжены терморегулятором, поддерживающим заданную температуру с точностью до 0,1 OC, и мешалкой, обеспечивающей равномерный нагрев всей массы жидкости. Обогреваемые сосуды помещаются в жидкость термостата. Некоторые марки термостатов снабжены устройствами, позволяющими поддерживать постоянную температуру в приборах вне термостата посредством прокачивания термостатированной жидкости через рубашки приборов.
Для высушивания веществ при температурах до 250 °С и для сушки посуды применяются электрические сушильные шкафы с терморегуляторами, позволяющими поддерживать нужную температуру с точностью ±5 OC. Вакуум -сушильные электрические шкафы используются для сушки веществ под вакуумом при нагревании. Для получения более высоких температур—до 1000—1500°С, например при прокаливании осадков, сплавлении тугоплавких неорганических веществ и т, п. используются тигельные, муфельные, шахтные и трубчатые электрические печи. В тигельных и шахтных электропечах можно прокаливать несколько тиглей, микробомб или других небольших предметов. В муфельные печи помещается одновременно *до 20—30 тиглей, поэтому они более удобны при массовой работе. Прокаливание сравнительно больших количеств твердых веществ в муфельных печах проводят в специальных поддонах из жароупорной стали, покрытых асбестом. Муфельные печи используются для регенерации цеолитов, оксида алюминия и других неорганических адсорбентов. Сущес твуют и специальные вакуумные электропечи для регенерации цеолитовых патронов с максимальной температурой нагрева 400°С. Трубчатые печи применяются для прокаливания веществ в токе какого-либо газа.
Особой рекомендации заслуживают выпускаемые промышленностью стеклянные сосуды (колбы, стаканы), на наружную поверхность которых нанесена полупроводниковая пленка диоксида олова. Высокая мощность этих нагревателей (до 2000 Вт), возможность практически мгновенной регулировки степени нагрева посуды при помощи лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа), отсутствие громоздких бань и каких-либо специальных нагревателей делают работу с «самонагревающимися» сосудами легкой и приятной. К сожалению, ассортимент таких изделий пока невелик, а их самостоятельное изготовление трудоемко. Некоторые ограничения на их широкое применение накладывает необходимость поддерживать уровень жидкости не ниже границы токопроводящего покрытия.
Довольно просты и удобны в обращении вязаные чехлы различной формы из стеклоткани с вплетенной тонкой нихромовой проволокой. Они сочетают в себе преимущества полупроводниковых покрытий с возможностью обогрева одним чехлом различных сосудов — подгонка по форме сосуда обычно не представляет трудностей.
Широкое распространение получили колбы со встроенным нагревательным элементом, представляющим собой стеклянный змеевик со спиралью. Они пригодны для нагревания и кипячения жидкостей и растворов, не содержащих осадка, который мог бы прилипнуть к нагревателю и пригореть.
Погружные электронагреватели предпочтительнее других в тех случаях, когда нужно обеспечить быстрое нагревание большого количества жидкости. Эффективный теплоотвод позволяет использовать в таких нагревателях спирали большой мощности. Для нагревания водяных бань можно пользоваться бытовыми электрокипятильниками. В лабораторных мастерских из термостойких стеклянных трубок и нихромовой спирали можно изготовить кипятильники нужной формы и мощности для агрессивных жидкостей и органических растворителей. Погружные нагреватели для масляных бань делают обычно из металлических, например медных трубок. На рис. 38 изображена удачная конструкция масляной бани с электрообогревом, трубкой для подвода охлаждающей поды и штативом.
Нихромовую проволоку или спираль иногда целесообразно наматывать непосредственно на подлежащий обогреву сосуд (преимущественно цилиндрической формы) или часть установки, например отводную трубку для перегонки твердых веществ (см. рис. 71), боковое колено прибора Тиле для определения температуры плавления (см. рис. 90) и т. д. Между спиралью и стеклянной поверхностью должен находиться тонкий слой изоляции, например асбестовая бумага, стеклоткань. При умеренном обогреве, если не возникает значительного перепада температур, можно наматывать проволоку прямо на стекло. Снаружи обмотку надежно изолируют во избежание потерь тепла.
Pиc. 3S. Масляная баня: 1 — медная трубка с нихромовой: спиралью; 2 — трубка для охлаждающей воды; 3 —стильной стержень для крепления обогреваемых сосудов; 4 -крышка (набор концентрических колец); 5 — асбестовый теплоизоляционный кожух.
С целью контроля температуры внутри изоляции может быть предусмотрен специальный карман для ввода термометра или термопары.
Разумеется, все работы по намотке спиралей, а также необходимые расчеты, должны проводиться квалифицированными электриками.
Химики давно оценили преимущества инфракрасных излучателей для быстрой сушки твердых веществ и упаривания жидкостей. Между тем, мощный и равномерный тепловой поток, создаваемый такими лампами, выгодно использовать в самых разнообразных процессах, например при перемешивании путем взбалтывания. Инфракрасный излучатель может находиться в стороне от реакционного сосуда, что уменьшает возможность воспламенения случайно пролитого органического растворителя. В то же время необходимо заботиться о том, чтобы на пути теплового потока не было горючих материалов (бумаги, ткани, горючих пластиков), поскольку температура в зоне облучения может достигать 400 °С.
см. также