Koeler / Condenser

Laboratoriumkoelers / condensers zijn apparaten die in een chemisch laboratorium worden gebruikt om gassen en dampen te condenseren. Afhankelijk van het beoogde gebruik en de werktemperatuur worden verschillende soorten koelers gebruikt. Het koeleffect is gebaseerd op warmteoverdrachtsprocessen op de koeloppervlakken van de koeler. Naast de koelvloeistoftemperatuur is een belangrijk criterium voor het koeleffect de grootte van het koeloppervlak, aangezien de hoeveelheid warmte die kan worden overgedragen evenredig is met het oppervlak van de koeler. Het koeloppervlak is een belangrijk ontwerpkenmerk van een koeler. Met speciale vormen zoals koelspiralen worden grote koeloppervlakken bereikt.

Qua toepassing wordt onderscheid gemaakt tussen productkoelers en refluxkoelers. In het eerste geval wordt het bij de destillatie ontstane condensaat als product afgevoerd. Daarentegen zijn refluxcondensors ontworpen om de dampen te condenseren en terug te voeren naar de destillatiekolf.

Productkoelers, zoals Liebig-koelers of serpentinekoelers, worden “dalend” gebruikt om het destillaat te scheiden, dat wordt opgevangen in een opvangkolf, eventueel met behulp van een spin.

Refluxcondensors worden altijd in een verticale opstelling gebruikt. Met deze structuur stroomt het condensaat terug in de kolf, van waaruit het opstijgt door de toevoer van externe warmte of de vrijkomende reactiewarmte.

-Koelmedia

In de meeste gevallen wordt stromend water als koelmiddel gebruikt. Bij zeer vluchtige condensaten, zoals aceetaldehyde, kan het koelwater met een koelthermostaat naar een lagere temperatuur worden gekoeld en vervolgens worden rondgepompt.

Voor hoogkokende media met kookpunten boven 120°C is stilstaand water in veel gevallen voldoende. Bij temperaturen boven 160°C is de omgevingslucht vaak voldoende als koelmedium.

De koelmedia worden volgens het tegenstroomprincipe in de koeler gevoerd.

-Koelere types

• Allihn of sferische koeler

De buis van de Allihn-koeler is breder dan die van de Liebig-koeler en is met tussenpozen bolvormig ingesnoerd. Dit resulteert in een aanzienlijk groter koeloppervlak en een sterkere werveling van de stoom. Dit type koeler, dat ook nog steeds goedkoop is, wordt bijna uitsluitend gebruikt als refluxkoeler. Het is vernoemd naar de Duitse glasblazer Felix Richard Allihn.

• Dimroth koeler

De Dimroth-koeler bestaat uit een koelspiraal die zich in een buis bevindt. Dit type koeler heeft een groot koeloppervlak en wordt voornamelijk gebruikt als refluxkoeler, maar kan ook gebruikt worden als productkoeler. Het is vernoemd naar Otto Dimroth.

• Liebig koeler

De Liebig-koeler (genoemd naar Justus von Liebig) bestaat uit een rechte glazen buis met een watermantel. Het wordt voornamelijk gebruikt als productkoeler bij distillaties, die ook onder hoogvacuüm kunnen plaatsvinden. Door zijn eenvoudige opbouw is de Liebig koelbox relatief goedkoop, robuust en makkelijk schoon te maken. Door het kleine koeloppervlak is het koeleffect relatief laag en daarom minder geschikt als refluxcondensor.

• Intensieve koeler

Een intensieve koeler is een combinatie van een Liebig koeler (buitenste koelmantel) en een Dimroth koeler (koelspiraal binnen). Dit type koeler heeft het grootste koeloppervlak. Het is daarom bijzonder geschikt voor het werken met laagkokende media zoals diethylether.

• Schroefkoeler volgens Friedrichs

De Friedrichskühler, een koeler met een soortgelijk ontwerp als een koude vinger, werd uitgevonden door Fritz Walter Paul Friedrichs, die in 1912 een concept voor de koeler publiceerde. Het bestaat uit een spiraalvormige glazen buis die is gerangschikt rond een groot cilindrisch binnenlichaam. Het koelmedium komt binnen via de koude vinger van de binnencilinder; Opstijgende dampen moeten via de koudere spiraal ontsnappen. De koeler heeft ook een zeer groot koeloppervlak, waardoor hij ook geschikt is voor de destillatie van laagkokende verbindingen zoals diethylether.

• Luchtkoeler

Een luchtkoeler bestaat uit een enkelwandige buis waarin de dampen als koelmedium door de omgevingslucht worden gecondenseerd. Luchtkoelers kunnen worden gebruikt als refluxkoelers en productkoelers voor hoogkokende media (kookpunt hoger dan 150°C). Een vorm van de luchtkoeler is de Vigreux kolom zonder huls.

• Slangenkoeler

In de spiraalkoeler wikkelt de stijgbuis zich in een spiraalvorm door de mantel waardoor het koelmiddel stroomt. Vanwege het ontwerp moet de koeler altijd verticaal worden bediend. Doordat het condensaat lang in de koelspiraal blijft, wordt het afgekoeld tot bijna de koelvloeistoftemperatuur. Coilkoelers worden daarom vaak stroomafwaarts geïnstalleerd van andere koelertypes met betere condensatieprestaties (Allihn-koeler of Dimroth-koeler) om het destillaat te koelen en worden niet gebruikt als een onafhankelijke refluxcondensor.