Роторное выпаривание. Преимущества, методы, обзор оборудования для выпаривания
16 августа 2023
Ротационный испаритель
Ротационный испаритель (также известный как роторный испаритель) — важный инструмент, широко используемый в лабораторных условиях для эффективного удаления и концентрирования растворителя. Эта тема имеет большое значение из-за ее разнообразных применений в таких областях, как органическая химия, фармацевтические исследования и анализ пищевых продуктов. Используя мягкое тепло, вакуум и вращение, роторный испаритель позволяет точно отделять растворители от образцов, что позволяет выделять нужные соединения.
Обсуждение роторного испарителя дает представление о принципах его работы, которые способствуют очистке веществ, извлечению летучих компонентов и подготовке проб для дальнейшего анализа. Таким образом, изучение темы роторных испарителей имеет важное значение для ученых, химиков и исследователей, ищущих эффективные методы испарения растворителей и улучшенные результаты экспериментов.
Что такое роторный испаритель
Роторный испаритель является широко используемым устройством в химических лабораториях для выделения и дистилляции больших количеств одного образца. Принцип роторного выпаривания заключается в перегонке летучих растворов путем нагревания и увеличения площади поверхности, доступной для перегонки. Для повышения эффективности процесса роторный испаритель обычно подключают к вакуумному насосу для создания вакуума, тем самым снижая температуру кипения раствора. Также рекомендуется добавить конденсатор для сбора газов, образующихся при перегонке, и предотвращения их выброса, так как эти газы могут быть опасными.
Принцип работы роторного испарителя заключается в том, что по мере увеличения вакуума в испарительной колбе температура кипения жидкости внутри снижается. При достаточно низком уровне вакуума можно перегонять даже такие высококипящие растворители, как вода (точка кипения при стандартном атмосферном давлении 100°С), диметилформамид (153°С) и диметилсульфоксид (189°С). Например, путем снижения вакуума с 760 торр до 5 торр можно заставить и диметилформамид, и диметилсульфоксид кипеть при 50°С.
В большинстве случаев роторные испарители используются для разделения низкокипящих веществ, таких как гексан и этилацетат, которые при комнатной температуре и давлении являются жидкостями. Также возможно селективное удаление определенных веществ из образцов с помощью роторного испарителя.
Преимущества и недостатки роторного выпаривания
Преимущества
В качестве метода концентрирования, в котором используется пониженное давление воздуха, роторный испаритель имеет преимущества по сравнению с концентрированием с использованием невращающихся контейнеров. Эти преимущества включают следующее:
1. Быстрее: благодаря инерции и трению между жидкостью и вращающейся колбой жидкость растекается по внутренней поверхности колбы, образуя тонкую пленку жидкости. Эта увеличенная площадь поверхности способствует более эффективной дистилляции, что приводит к более быстрой концентрации.
2. Уменьшение ударов: жидкая пленка, упомянутая ранее, также помогает предотвратить удары во время процедуры. Поддерживая равномерную и непрерывную пленку жидкости, вероятность внезапных взрывов или бурного кипения, которые могут привести к потере или загрязнению образца, сводится к минимуму.
Недостатки
1. Конструкцию роторных испарителей трудно чистить и дезинфицировать. Таким образом, когда происходит удар, трудно избежать перекрестного загрязнения.
2. Не подходит для вспенивания образцов, если не используется с пеногасителем или специальным конденсатором.
3. Перегнанные и концентрированные вещества будут растекаться по стенкам бутылок.
Общие методы выпаривания
Общие методы концентрирования, используемые в лабораториях, включают роторное испарение, испарение с продувкой азотом, центробежное испарение и вакуумно-вихревое испарение.
Роторное испарение
Методы роторного испарения способствуют выпариванию растворителя за счет вращения круглодонной колбы при повышенной температуре и пониженном давлении. Для выполнения роторнокомпрессорго выпаривания необходимы пять компонентов: нагревательная баня, ротор, конденсатор, ловушка для растворителя и вакуумный насос. Его основным недостатком является отсутствие возможности обрабатывать более одного образца за раз.
Испарение с продувкой азотом
В испарителях с продувкой азотом используются тонкие трубки (иглы) для подачи непрерывного потока газообразного азота на поверхность растворителя, что снижает давление пара и увеличивает площадь поверхности для испарения. Для ускорения испарения растворителя можно использовать нагревательный блок или сухоблочную баню. Испарители с азотом часто используются для небольших объемов проб (менее 50 мл). Однако из-за использования открытых флаконов следует тщательно контролировать риск перекрестного загрязнения. Это также не самый идеальный метод для удаления менее летучих растворителей.
Центробежное испарение
Принцип центробежного испарения заключается в снижении давления с помощью вакуума, чтобы вызвать кипение растворителя. Тепловая энергия, обычно обеспечиваемая инфракрасным излучением или паром, также применяется для ускорения испарения. Центрифугирование обеспечивает кипение растворителя от поверхности образца вниз, сводя к минимуму риск выкипания, ударов растворителя, потери образца и перекрестного загрязнения. Центробежное испарение является идеальным методом для обработки нескольких образцов в меньших объемах. Тем не менее, нет возможности делать какие-либо наблюдения во время процесса.
Параллельное испарение / Вакуумно-вихревое испарение
Обсуждение роторного испарителя дает представление о принципах его работы, которые способствуют очистке веществ, извлечению летучих компонентов и подготовке проб для дальнейшего анализа. Таким образом, изучение темы роторных испарителей имеет важное значение для ученых, химиков и исследователей, ищущих эффективные методы испарения растворителей и улучшенные результаты экспериментов.
Что такое роторный испаритель
Роторный испаритель является широко используемым устройством в химических лабораториях для выделения и дистилляции больших количеств одного образца. Принцип роторного выпаривания заключается в перегонке летучих растворов путем нагревания и увеличения площади поверхности, доступной для перегонки. Для повышения эффективности процесса роторный испаритель обычно подключают к вакуумному насосу для создания вакуума, тем самым снижая температуру кипения раствора. Также рекомендуется добавить конденсатор для сбора газов, образующихся при перегонке, и предотвращения их выброса, так как эти газы могут быть опасными.
Принцип работы роторного испарителя заключается в том, что по мере увеличения вакуума в испарительной колбе температура кипения жидкости внутри снижается. При достаточно низком уровне вакуума можно перегонять даже такие высококипящие растворители, как вода (точка кипения при стандартном атмосферном давлении 100°С), диметилформамид (153°С) и диметилсульфоксид (189°С). Например, путем снижения вакуума с 760 торр до 5 торр можно заставить и диметилформамид, и диметилсульфоксид кипеть при 50°С.
В большинстве случаев роторные испарители используются для разделения низкокипящих веществ, таких как гексан и этилацетат, которые при комнатной температуре и давлении являются жидкостями. Также возможно селективное удаление определенных веществ из образцов с помощью роторного испарителя.
Преимущества и недостатки роторного выпаривания
Преимущества
В качестве метода концентрирования, в котором используется пониженное давление воздуха, роторный испаритель имеет преимущества по сравнению с концентрированием с использованием невращающихся контейнеров. Эти преимущества включают следующее:
1. Быстрее: благодаря инерции и трению между жидкостью и вращающейся колбой жидкость растекается по внутренней поверхности колбы, образуя тонкую пленку жидкости. Эта увеличенная площадь поверхности способствует более эффективной дистилляции, что приводит к более быстрой концентрации.
2. Уменьшение ударов: жидкая пленка, упомянутая ранее, также помогает предотвратить удары во время процедуры. Поддерживая равномерную и непрерывную пленку жидкости, вероятность внезапных взрывов или бурного кипения, которые могут привести к потере или загрязнению образца, сводится к минимуму.
Недостатки
1. Конструкцию роторных испарителей трудно чистить и дезинфицировать. Таким образом, когда происходит удар, трудно избежать перекрестного загрязнения.
2. Не подходит для вспенивания образцов, если не используется с пеногасителем или специальным конденсатором.
3. Перегнанные и концентрированные вещества будут растекаться по стенкам бутылок.
Общие методы выпаривания
Общие методы концентрирования, используемые в лабораториях, включают роторное испарение, испарение с продувкой азотом, центробежное испарение и вакуумно-вихревое испарение.
Роторное испарение
Методы роторного испарения способствуют выпариванию растворителя за счет вращения круглодонной колбы при повышенной температуре и пониженном давлении. Для выполнения роторнокомпрессорго выпаривания необходимы пять компонентов: нагревательная баня, ротор, конденсатор, ловушка для растворителя и вакуумный насос. Его основным недостатком является отсутствие возможности обрабатывать более одного образца за раз.
Испарение с продувкой азотом
В испарителях с продувкой азотом используются тонкие трубки (иглы) для подачи непрерывного потока газообразного азота на поверхность растворителя, что снижает давление пара и увеличивает площадь поверхности для испарения. Для ускорения испарения растворителя можно использовать нагревательный блок или сухоблочную баню. Испарители с азотом часто используются для небольших объемов проб (менее 50 мл). Однако из-за использования открытых флаконов следует тщательно контролировать риск перекрестного загрязнения. Это также не самый идеальный метод для удаления менее летучих растворителей.
Центробежное испарение
Принцип центробежного испарения заключается в снижении давления с помощью вакуума, чтобы вызвать кипение растворителя. Тепловая энергия, обычно обеспечиваемая инфракрасным излучением или паром, также применяется для ускорения испарения. Центрифугирование обеспечивает кипение растворителя от поверхности образца вниз, сводя к минимуму риск выкипания, ударов растворителя, потери образца и перекрестного загрязнения. Центробежное испарение является идеальным методом для обработки нескольких образцов в меньших объемах. Тем не менее, нет возможности делать какие-либо наблюдения во время процесса.
Параллельное испарение / Вакуумно-вихревое испарение
Выбор подходящего устройства для роторного испарителя
Поскольку вещества, перерабатываемые в роторных испарителях, в основном состоят из химикатов и растворителей, рекомендуется использовать химически стойкие вакуумные насосы из политетрафторэтилена (ПТФЭ). Всасывающая способность насосов должна определяться исходя из требований к растворителю, а размеры должны выбираться исходя из размера образца или колбы. Использование насосов с регулятором вакуума также обеспечивает гибкость выбора и более точную и интеллектуальную процедуру вакуумирования.
Основные моменты, которые следует учитывать при принятии решения:
1. Насос: Используйте безводный и безмасляный диафрагменный вакуумный насос с низким предельным вакуумом, подходящим для перегонки растворителей с высокой температурой кипения.
2. Вакуумный контроллер: Используйте вакуумный контроллер, чтобы помочь поддерживать уровень вакуума или создать кривую вакуума по мере необходимости.
3. Уплотнительное кольцо: материал ПТФЭ обычно используется из-за его высокой коррозионной стойкости при выборе уплотнительного кольца.
4. Система циркуляции охлаждения: Убедитесь, что температура в системе охлаждения по крайней мере на 40°C ниже, чем температура нагревательного бака. Как правило, циркуляционная система охлаждения необходима для обеспечения эффективного извлечения растворителя и поддержания безопасной лабораторной среды без запаха.
Применение роторного испарителя
- Фармацевтическая промышленность, например, разработка компонентов и добыча каннабиса.
- Анализ окружающей среды, такой как TPHd, пестициды и т. д.
- Концентрация и удаление растворителя в лабораторных исследованиях
Для выполнения ротационного выпаривания и концентрирования вам может понадобиться следующее оборудование:
А. Ротационный испаритель
Большинство роторных испарителей должны включать в себя вращающееся устройство для образцов, водяную баню с подогревом, конденсатор и коллектор. Для предотвращения потенциальной опасности для окружающей среды и организма человека конденсатор должен быть оборудован циркуляционным термостатом, охлаждающая способность которого не менее чем на 40°С ниже температуры водяной бани. Эта разница температур обеспечивает адекватную скорость сбора пара.
Б. Вакуумный насос
Для понижения давления воздуха в системе испарения и уменьшения температуры кипения растворителя.
В. Контроллер вакуума и регулятор вакуума
Для контроля давления воздуха в системе для обеспечения постоянства, воспроизводимости и эффективности извлечения.
- Ручное управление: как правило, оно управляется с помощью клапана регулировки давления и вакуумметра, что является грубым методом управления.
- Вакуумный регулятор: обеспечивает точное регулирование давления за счет использования электромагнитного клапана и скорости двигателя.Для разделения различных смешанных растворителей можно выбрать модель со встроенной многоступенчатой программой. Некоторые системы управления включают функцию автоматического определения точки кипения, которая определяет оптимальное давление паров растворителя без вмешательства человека, что упрощает работу.
- Разработка, извлечение и концентрация активных ингредиентов, таких как фитотерапия, косметика, средства по уходу за кожей, товары для здоровья и т. д.
- Экологические испытания, такие как остаточные пестициды, экологические препараты, диоксины, вредные для окружающей среды вещества, общее количество углеводородов в дизельной воде и т. д.
- Проверка безопасности пищевых продуктов, таких как лекарства для животных, остатки пестицидов, добавки и т. д.
- Концентрация, испарение, эксперименты по очистке, такие как биология, биотехнология, медицина, клинические испытания, медицинское обследование, химическая промышленность, химия и т. д.