如果你在实验室工作，在回流条件下进行化学反应，你可能已经考虑过在冷凝器中使用水的缺点。这种实验将溶剂加热至沸腾，使用反应容器上方的冷凝器冷却并捕获产生的蒸汽，将其作为液体返回容器。传统上，化学家用流动的水冷却李比希冷凝器，速度估计为每分钟1到4升。这会增加大量的水费，浪费宝贵的资源，并可能导致实验室漏水和洪水。以下是如何使用替代方法最小化甚至避免这些负面影响的方法。
两种不同的无水冷凝器设置。左反应器:拆除绝缘;Findenser安装。右反应器:有绝缘，安装了风冷式迪姆罗斯冷凝器
随着全球水资源日益稀缺，水冷式冷凝器的浪费越来越令人担忧。每分钟连续消耗41公升的水，相当于一个冷凝器每年浪费超过200万公升的水。
冷凝器本身也经常出现故障，这是大多数化学家遇到的问题。大多数情况下，故障发生在连接他们的供水和排水管道上。随着时间的推移，橡胶管可能会破裂或滑落，特别是在压力下，即使使用传统的夹紧和布线方法来防止泄漏。水压也可以推动排水管出水槽。在非常罕见的情况下，水压的峰值会使冷凝器爆裂。
这些问题可能会导致洪水，损坏设备并造成重大破坏，尤其是在没有人在实验室的情况下。通常情况下，损坏范围很广，会浸透橱柜，并渗入下面的地板。在2019年报道的一起案件中，一个水龙头开了一夜，导致三个325加仑的废水箱溢出，造成2.7万美元(合2.13万英镑)的损失。
降低成本、用水量和洪水风险的第一步是使用一个泵，它可以不断地再循环同样少量的水。学术实验室通常使用廉价的泵来实现这一目标，就像那些用于水族馆或池塘循环水的泵一样。工业实验室通常有更专业和昂贵的再循环冷却器。然而，各种各样的水泵仍然容易出现故障，并不断使用资源，尽管是电力而不是水。
现在，美国默克公司(在欧洲被称为默沙东)的研究人员一直在研究如何使用风冷或无水替代品来最大限度地减少甚至避免这些缺点。这些选择减少了水损害的风险。它们也比液体冷却装置更容易安装。然而，化学家经常担心它们会导致过多的溶剂从反应容器中逃逸，这意味着他们需要重复实验。
直到今年，大多数关于无水冷凝器的研究都来自制造商。然而，这些研究并没有测试其他选择，比如简单和便宜的玻璃管作为比较。MSD的研究人员试图进行一项独立的、可信的研究，将商业上可用的冷凝器与其他选择(如将现有的传统冷凝器连接到空气供应系统)进行比较，后者可能更便宜，或提供更低的进入门槛。
MSD的研究人员研究了四种不同的选择，评估了它们的优缺点。
1. 普通玻璃管
最简单、最便宜的选择是在反应容器顶部安装一个普通的玻璃管
2. 空气冷却的迪姆罗斯冷凝器
使用压缩空气代替水
通过内盘管循环空气有效而廉价地冷却
3. Vigreux冷凝器
相对便宜和普通仅与水冷式co一起使用浓缩器用于蒸馏，但可以不用水用于回流
特征内部尖峰和外部酒窝，增加表面积
4. Chemglass高效空气冷凝器和Findenser
昂贵的名牌无水co不用水就能冷却的粉盒
高效率的大，暴露的表面积，特别是Findenser，它有铝鳍
MSD团队在典型的温和回流条件下使用热成像和溶剂重量损失测量来比较这些冷凝器。回流实验通常仔细选择溶剂，因此只需要温和的回流。然而，研究人员还使用了另一组条件，在这些条件下，他们更有力地回流溶剂，以测量冷凝器的失效点。
以下是他们的发现:
温和回流:几乎任何冷凝器都足够了。研究表明，在轻度回流条件下操作时，即使是最简单的设置，如普通玻璃管，也能提供足够的冷却。当实验装置包括绝缘以保持反应烧瓶中的热量时，这一点尤其正确，这减少了冷凝器的冷却负荷。
强回流:在强回流试验中，冷凝器必须防止溶剂沸腾干燥。在这里，普通玻璃管导致溶剂损失最快，其次是Vigreux和Chemglass的高效空气冷凝器。气冷式迪姆罗斯紧随其后，芬登瑟表现最好。然而，实验室更有可能有迪姆罗斯冷凝器。
研究表明，冷凝器的外表面面积对其冷却效率至关重要。例如，虽然Vigreux冷凝器由于其尖峰和凹陷而增加了表面积，但与其长度和暴露的表面积相比，这并没有显着提高其空气冷却性能。相比之下，Findenser广泛的铝表面积使其非常有效。
本文还讨论了考虑冷凝系统整体设计和设置的重要性。例如，确保适当的气流可以显着提高风冷冷凝器的性能，回流系统在通风柜外或在空气流量低的通风柜中工作不太好。
切换到无水冷凝器可以帮助防止洪水和节约用水，让你自信地运行夜间反应而不用担心漏水。为了推广这些选择，作者鼓励有机化学实验课程在向学生介绍回流时同时包括水冷式和风冷式冷凝器。通过证明昂贵的商用空气冷凝器在温和回流方面并不比简单的玻璃管优越，MSD的研究人员希望使这成为可能。
科学作家
sed在埃克塞特，UKView完整的个人资料
