Охлаждение

Иногда в лаборатории приходится вести охлаждение до температур ниже О °С. Для этих целей пользуются так называемыми охлаждающими смесями.

Имеется немало различных рецептов изготовления та­ких смесей. Наиболее распространенными и легко до­ступными являются следующие охлаждающие смеси.

1. Смешивают 3 части снега или толченого льда с 1 частью поваренной соли. Эта охлаждающая смесь мо­ жет дать температуру —21 °С. Когда нужна более высокая температура, можно изменять соотношение соли и льда. Иногда сосуд с раствором обкладывают льдом или снегом, посыпав их солью.

Ниже приводятся температуры, которые можно полу­чить, изменяя соотношение соли и льда:

Сод чжание соли, % ... 6 8 10 12 14 16

Температура смеси, °С. .—3,5 —4,9 —6,1 —7,5 —9,0 —10,5 Содержание соли, % . . . 18 20 22 26 28

Температура смеси, °С . .—12,1 —13,1 —15,7 —18,6 —19,3

2. Смешивают 1,5 ч. хлористого кальция (СаС1₂-6Н₂0) с 1 частью снега. Эта смесь может дать температуру до —55 °С.

2. Смешивают концентрированную серную кислоту со снегом.

2. Смешивают твердую углекислоту (сухой лед) и диэтиловый эфир; температура смеси может достигать —78 °С. Вместо эфира можно применять ацетон или даже денатурат.

2. Смешивают 1 часть азотнокислого аммония с 1 частью снега. Достигаемое охлаждение до —20 °С.

Для достижения очень низких температур иногда применяют сжиженные газы, из которых раньше широко применялся жидкий воздух и жидкий кислород. Однако

661

36-Ц7

в настоящее время для этих целей разрешается пользо­ваться только проверенным жидким азотом, не содержащим примесей. Это вызвано тем, что жидкий воздух и жидкий кислород могут пропитывать пористые материалы (уголь, сажу, вату, шерсть, опилки и т. д.), а также замороженные масла, керосин, бензин и др. горючие жидкости, образуя с ними взрывоопасные вещества.

По этой же причине запрещено применять жидкий воздух и жидкий кислород для охлаждения ловушек на вакуумных системах с паромасляными насосами.

металла. Последние особенно удобны для перевозки и хранения жидких газов (рис. 468).

К металлическим сосудам Дьюара предъявляют очень высокие требования: они должны иметь хорошую тепло­изоляцию, быть механически прочными, простыми в поль­зовании и удобными как для заполнения, так и опорожне­ния сосуда.

Эти сосуды состоят из двух концентрически располо­женных один в другом шаров (рис. 469). Пространство между шарами эвакуировано и заполнено адсорбентом,

Рис. 467. Стеклянные сосуды Дьюара.

Жидкие газы, в том числе и жидкий азот, хранят и перевозят в так называемых сосудах Дьюара.

Они представляют собой двухстенные сосуды, стек­лянные или металлические, у которых пространство между стенками эвакуировано. Для защиты от теплоизлучения внутренние стенки сосудов посеребрены или покрыть! медью, чтобы зеркальная поверхность отражала лучи| Иногда в продольном направлении, если только это воз! можно, в зеркале оставляют свободную щель, через ко! торую Можно видеть внутренность сосуда.

Сосуды Дьюара бывают двух форм (рис. 467) цилиндри­ческие, на деревянной подставке, емкостью от 250 до 3700 см³, внутренним диаметром от 40 до 120 мм и высоЗ той от 240 до 415 мм; шарообразные, в защитном прово! лочном или металлическом кожухе, емкостью от 500 да 5000 см³, высотой от 225 до 400 мм, наружным диаметром от 120 до 245 мм и высоким узким горлом диаметром о| 20 до 50 мм. Сосуды Дьюара выполняют из стекла ил4

Рис. 468. Металлические сосуды Рис. 469,. Устройство ме-

Дьюара. таллического сосуда

Дьюара.

поглощающим газы, которые с течением времени могут просачиваться через металлические стенки. Давление в эвакуированном пространстве должно быть менее 10~* мм рт. ст. Оба шара имеют узкие длинные горла, соединенные между собой в верхней части так, что вну­тренний шар может свободно качаться во внешнем. Для того чтобы предотвратить переход тепла, горло должно быть изготовлено из материала с очень низкой теплопро­водностью. Кроме того, внутреннюю поверхность малого шара покрывают серебряным зеркалом.

Двухстенный сосуд имеет защитную оболочку из оцин­кованной жести, иногда его покрывают с алюминиевой бронзой для улучшения отражения тепловых лучей. Горло сосуда Дьюара неплотно закрывают колпаком, не препятствующим улетучиванию испаряющегося газа. Как

562

правило, сосуд, заполненный жидким газом, нельзя плот­но закрывать твердой, непроницаемой для газов пробкой. ■ Наполненный газом сосуд чувствителен к механическим! воздействием, это необходимо учитывать при его пере-| возке. У поврежденного сосуда скорость испарения жид-] ких газов всегда повышена.

О зависимости количества испаряющегося из сосудов жидкого кислорода от объема сосудов при перевозке] можно судить по следующим данным:

10

2,7

15 25

Емкость, л

65 0,23

50 0,3

30 45 0,53 0,4

25 0,8

Испарение из спокойно стоящего сосуда в 1 ч

в г

в %

Отсюда следует, что для перевозки и хранения жидких] газов целесообразно применять сосуды большой емкости.

Для хранения и перевозки жид­ких неона и водорода, имеющих ма-j лую теплоту испарения, нужны осо-| бые приспособления для изоляции! и охлаждения. На рис. 470 пока-1 зана конструкция сосуда, охлаж-1 даемого испаряющимися жидкими! газами, образующими защитный слой! в дополнительном вакуумирован-1 ном пространстве. Сосуд с полезном емкостью 2,7 л в результате испаре-1 ния теряет в 1 ч: N₂ — 0,3, Ne —| 0,4, Н, — 0,6, Не— 1,0%.

Рис. 470. Схема прин­ципиального устрой­ства металлического сосуда Дьюара для перевозки водорода и неона.

Наполнение стеклянных сосудов Дьюара жидкими газами связано q опасностью взрыва. Для предотвра-J щения несчастных случаев при; взрыве необходимо пользоваться за-1 щитными очками или защитной щир*] мой из плексигласа. Особую octo-J рожность нужно проявлять при за-j полнении сосуда Дьюара в первый раз. Совершенно недопустимо, что] бы капли жидкого газа оставалиса на верхнем крае сосуда, так как спаи стекла особенна чувствительны к разнице температур. Вначале в сосуд наливают незначительное количество жидкого газа и

ждут когда движение жидкости на дне сосуда прекратит­ся. Затем легкими кругообразными движениями сосуда Дьюара добиваются того, чтобы вся внутренняя стен­ка сосуда постепенно охладилась до низкой температу­ры. Только после этого осторожно проводят дальнейшее наполнение. Более безопасным методом является пере-давливание жидких газов нагнетанием воздуха при по­мощи резиновой груши.

Чтобы предотвратить взрыв при перемешивании сосу­да Дьюара с холодильной смесью из С0₂ и органической жидкости, который возможен вследствие замерзания по­следней на стенках и дне сосуда, рекомендуется предва­рительно до псмещения холодильнсй смеси, сбрызгивать внутреннюю поверхность сосуда силиконовым аэрозолем.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

О кристаллизации см. Берлин А. Я., Техника лабора­торных работ в органической химии, Госхимиздат, 1952; Ф и-

3 е р Л., Л и н с т е д Р., Современные методы эксперимента в органической химии, Госхимиздат, 1960.

О лабораторном рекристаллизаторе для очистки неорганиче­ских веществ см. Soderholm L. G., Design News, 16, № 12,

4 (1961); РЖХим, 1S62, реф. 5Е109.

О физико-химических основах кристаллизации см. L a g e г L., Sb. praci anorg. chem., № 4, 1 (1960); РЖХим, 1962, реф. 9Б453.

О кристаллизации из растворов см. Mj 1 J., Sb. praci anorg. chem., № 4, 21 (1960); РЖХим, 1S62, реф. 9Б455.

О ползучести кристаллизующихся солей, К о 1 а г о w N., Monatschr. Chem., 93, № 4, 851 (1962); РЖХим, 1964, 2Б237.

О приборе для перекристаллизации солей в отсутствие кисло­рода воздуха см. 3 а в о д н о в С. С, Гидрохим. материалы, 35, 200 (1963); РЖХим, 1964, 5Д13.

О непрерывной кристаллизации в колонках см. S с h i l d k-necht H., Ma as K-, Warme, 69, № 4, 121 (1963); РЖХим, 1964, 6Д71.

О расчетах, связанных с перекристаллизацией, см. Гинз­бург В. Д., Труды Вологод. молочн. ин-та, вып. 48, 241 (1963); РЖХим, 1965. 13АЭ77.

Хладоагенты для низкотемпературных бань описал R о п-d e a u R. Е., J. Chem. und Eng. Data, 11, № 1, 124 (1966); РЖХим, 1966, 16Д29.

Об аппаратуре для кристаллизации и фильтрования в инерт­ной атмосфере см. К о w а 1 а С, Chem. a. Ind., № 25, 1029 (1966); РЖХим, 1966, 24Д32.

Об усовершенствованных стеклянных сосудах Дьюара для низкотемпературных исследований см. Nat. Bur. Standards Techn. News Bull., 42, № 6, 69 (19032); РЖХим, 1963, реф. 4Д21.

Об усовершенствовании сосудов Дьюара для низкотемператур­ных исследований см. Lorant M., Chem. Rundschau, 16, № 6, 167 (1963); РЖХим, 1964, 2Д41.

564

565