Способы передачи тепла
Непосредственный контакт источника тепла с обогреваемым сосудом допустим далеко не всегда. Так, например, использование электроплиток, а особенно открытого пламени, неизбежно приводит к неравномерности обогрева. Некоторые трудности возникают при необходимости поддержания и измерения температуры нагрева.
Для обеспечения равномерной передачи тепла используют различные теплопроводники и теплоносители. При необходимости нагревания до 100°С наиболее подходящим теплоносителем является вода. Она используется как в водяных банях, так и в жидкостных термостатах.
Если лаборатория снабжается горячей водой, воду целесообразно подавать непосредственно в рубашки обогреваемых сосудов — колб, воронок для горячего фильтрования и т. п. Применения воды в качестве теплоносителя следует избегать лишь в тех случаях, когда в стеклянном реакционном сосуде находятся • вещества, взрывающиеся от соприкосновения с водой, например металлический калий или натрий.
Для нагревания до более высоких температур применяют самые разнообразные вы со ко кипящие жидкости, -например глицерин, парафин, вазелиновое масло, силиконовое масло, различные марки цилиндровых и компрессорных масел и др. Используя указанные теплоносители в открытых банях, не следует поднимать температуру выше некоторой предельной, при которой наблюдается интенсивное испарение жидкости или образование дыма. Для глицерина предельная температура составляет около 180—200 °С, для некоторых цилиндровых масел— до 250 °С. Применение бапь закрытого типа, например с набором концентрических налегающих одно на другое колец, позволяет повысить максимальную температуру нагрева на 30—50°С. Нагревание до высоких температур следует производить очень осторожно, лучше всего с помощью погружных электронагревателей и ни в коем случае не открытым пламенем. Работа должна вестись под тягой. Обязательной мерой предосторожности является наличие некоторого запаса холодного теплоносителя. При воспламенении нагретой масл яной бани достаточно разбавить ее содержимое холодным маслом. Не допускается нагревание жидкостных бань без контроля температуры. Шарик термометра должен находиться примерно посредине между дном бани и поверхностью жидкости, но ни в коем случае не касаться стенок бани. Термометр удобно подвешивать с помощью гибкой проволоки.
В настоящее время наиболее распространены в качестве жидкостей для бань силиконовые масла. Они химически инертны, некоторые их марки выдерживают нагревание до 350 OC.
В отличие от компрессорных и цилиндровых масел силиконовые жидкости прозрачны и почти не темнеют, что позволяет визуально наблюдать за содержимым нагреваемого реактора при использовании под баню стеклянной посуды.
Преимуществами бань с легкоплавкими сплавами, например сплавом висмута, свинца, кадмия и олова с температурой плавления около 70 °С (сплавом Вуда), является высокая теплопроводность, негорючесть, чистота в работе, возможность достижения высоких температур. С металлическими банями необходимо работать в очках и холщовых рукавицах. Для предотвращения окисления жидких сплавов при температурах выше 300 °С на поверхность металла иногда насыпают слой слегка измельченного угля. При застывании сплава находящиеся в бане колбы и термометры могут быть раздавлены, поэтому их следует вынимать сразу по окончании работы. Чтобы металл не налипал на стенки колбы, последнюю полезно перед началом работы закоптить и пламени горелки. Вследствие высокой плотности сплавов металлические бани объемом более 1 л неудобны в работе, что несколько ограничивает их применение.
Песок в качестве теплопроводника широко используется в песчаных банях. Песок сравнительно плохо проводит тепло, поэтому такие бани обладают большой инерционностью и применимы в тех случаях, когда небольшой местный перегрев не сказывается на результате работы, например при прокаливании веществ, кипячении жидкостей, а также если процессы проходят при интенсивном перемешивании. Температуру бани следует контролировать с помощью термометра, шарик которого погружают в песок в непосредственной близости от нагреваемого предмета.
Поддержание определенной температуры нагрева также затруднительно при использовании воздушных бань различных конструкций, обогреваемых пламенем или, что предпочтительнее, электричеством. Простейшую воздушную баню можно устроить, закрепив реакционный сосуд на некотором расстоянии над электроплиткой и оградив нижнюю его часть цилиндрическим экраном из асбеста или другого изоляционного материала.
Для этой цели удобна шторка из куска асбестовой ткани, закрепляемая пепосредственно на колбе с помощью продернутой по краю гибкой проволоки. Класть, как это иногда делают, листы асбеста на плитку не следует: отсутствие необходимого теплоотвода сокращает срок службы плитки.
Рис. 42, Воронка Бабо: 1 — жестяпой конус; 2—асбестовые полоски; 3 — отверстия.
Регулировать степень нагрева можно слегка поднимая или опуская сосуд, а также изменяя с помощью ЛАТРа напряжение, подаваемое на плитку. При использовании газовых горелок в качестве воздушных бань применяют воронки Бабо (рис. 42). Они представляют собой конусы из жести различного размера, на внутренней стенке которых укреплено несколько полосок асбеста. Обогреваемая колба помещается в воронку подходящего размера, закрепленную на треноге или кольце. Воронка снизу обогревается пламенем горелки. Круглая жестяная пластинка, расположенная в нижней части конуса, защищает колбу от непосредственного соприкосновения с пламенем.
Горячий воздух или инертный газ могут служить отличными теплоносителями, если нужно нагревать твердые вещества, например в процессе сушки. Для некоторых специальных целей, когда необходимо строго поддерживать постоянную температуру, обогрев недуг парами кипящих органических растворителей. В качестве примера можно привести «пистолетную» сушилку. Выбор органических растворителей достаточно широк и обеспечивает получение любой температуры в интервале 40—320 OC.
см. также