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Wofür werden Laborkühler eingesetzt?

Ein Kühler wird im Labor eingesetzt, um Dämpfe/Gase in ihren flüssigen Aggregatszustand zurück zu verwandeln. Dies geschieht durch Kondensation (Wärmeübertragungsprozesse) an den Kühlflächen der Geräte. Damit dies funktioniert, sind die Kühlflache und die Wärmemenge proportional zur Fläche entscheidend. Die meiste Kälte wird erzielt, indem die Kühlspirale jedes Kühlers die Energie abfängt und danach langsam abschwächt. Ein wichtiges Kriterium für die Wirkung stellt neben der Kühlfläche die Kühlmitteltemperatur dar. Große Flächen werden durch Kühlspiralen erzielt.

Es muss zwischen zwei Hauptarten von Kühlern unterschieden werden. Das sind der Rückflusskühler und der Produktkühler.

Bei Letzterem wird das Destillat mittels Kondensats als Produktergebnis aufgefangen/abgeleitet. Für das schrittweise Destillieren werden oft der Schlangenkühler und der Liebigkühler verwendet. Danach wird mittels Spinne oder Vorstoßes nach Anschütz-Thiele das Destillat aufgefangen.

Der Schlangenkühler wird deshalb so genannt, weil sich das Steigrohr in Spiralen durch das Kühlmittel windet und den Mantel damit bildet. Deshalb kann dieser nur senkrecht benutzt werden. Eine geringe Kühlfläche und eine lange Abkühldauer sind oft der Grund, warum ein zusätzlicher Kühler hinzugezogen wird, um das Destillat abzukühlen. Dieser wird nicht als eigenständiger Rückflusskühler verwendet.

Der Liebigkühler, benannt nach Justus von Liebig, ist mit einem geraden Glasrohr, das in einem Wassermantel liegt, ausgestattet. Dadurch ist er einfach zu bedienen und kann sogar unter einem Hochvakuum genutzt werden. Er hat einen kleine Kühlfläche.

Der Allihnkühler (Felix Richard Allihn) und Kugelkühler werden ebenfalls bei der Rückflusskühlung verwendet. Da diese häufig kostengünstiger sind. Der Unterschied besteht darin, dass das Rohr bei beiden kugelförmig eingeschnürt ist.

Der Rückflusskühler führt die Dämpfe/Gase zurück in die Destillationskolben. Dieser Kühler wird stets senkrecht angeordnet, damit das Kondensat zurück in den Kolben fließt. Durch die starke Wärmezufuhr steigt das Kondensat immer wieder nach oben. So entsteht eine Endlosschleife.

Intensivkühler: Dieses Schmuckstück ist eine Kombination aus Dimrothkühler und Liebigkühler, da er eine innere Kühlspirale und einen äußeren Kühlmantel besitzt. Daher eignet er sich gut für niedrigsiedende Stoffe, da er mit einer sehr großen Kühlfläche ausgestattet ist.

Schraubenkühler (nach Friedrichs): Dieser ähnelt dem Kühlfinger, der mit einer spiralförmigen Glasröhre, die um einen zylindrischen Körper angeordnet ist, ausgerüstet ist. Der Dampf/das Gas muss durch den Kühlfinger des Zylinders nach oben aufsteigen, wo die Spirale sie langsam abkühlt. Er ist optimal für niedrigsiedende Verbindungen geeignet.

Dimrothkühler (Otto Dimroth): Diese Kühler haben innerhalb eines Rohres eine Kühlspirale und verfügen über eine sehr große Kühlfläche.

Luftkühler: Dieser hat ein einwandiges Rohr, indem mittels Luft die Dämpfe zum Kondensieren gebracht werden. Sie können für beides verwendet werden. Besonders daran ist, dass dieser für hochsiedende Medien geeignet ist, z. B. Siedepunkt 150 °C. Eine spezielle Form ist die Vigreux-Kolonne, die ohne Mantel arbeitet.

Kühlmedien: Als Kühlmedium wird meistens Wasser verwendet. Es ist günstig und leicht verfügbar. Für leicht flüchtige Kondensate, wie z. B. Acetaldehyd, wird das Kühlwasser zunächst auf eine niedrige Temperatur heruntergekühlt (Kühlthermostat). Danach wird es dem Kreislauf zugeführt.

Woraus bestehen Laborkühler?

Diese werden fast alle aus Glas, wie z. B. Borosilikatglas hergestellt. In speziellen Fällen, wie beim Einsatz von Flusssäure-haltigen Lösungen wird PTFE für den Laborkühler verwendet. Müssen größere Stoffmengen gekühlt werden, kommen Materialien wie Grafit, Hastelloy, Tantal, Edelstahl oder PEEK zum Einsatz.

Zusammenfassung

Die Entscheidung, welcher Kühler verwendet werden soll, hängt erstens von den örtlichen Gegebenheiten, zweitens vom Stoff, der gekühlt werden soll und drittens von etwaigen Vorlieben ab. Der Liebigkühler wird am häufigsten verwendet, weil er vielseitig einsetzbar ist. Der Luftkühler ist für hochsiedende Stoffe eingesetzt. Der Schraubenkühler hingegen kommt bei niedrigsiedenden Verbindungen zum Einsatz. Allihnkühler sind kostengünstig. Wie bei jedem technischen Gerät, das oft bzw. ständig eingesetzt wird, sorgen regelmäßige, ordnungsgemäße Wartung und Reinigung für eine gute Langlebigkeit.