Kühlfalle

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Eine Kühlfalle ist eine Vorrichtung, mit der sich kondensierbare Gaskomponenten aus einem Gasstrom abtrennen lassen. Ihr Zweck ist beispielsweise der Schutz einer nachgeschalteten Vakuumpumpe (Flüssigkeitsschläge); sie kann aber auch dazu dienen, Lösungmittel wieder zu verwenden und Emission in die Atmosphäre zu verringern.

Kühlfallen werden in der chemischen Industrie eingesetzt, um aus Gasströmungen Lösungsmittel abzuscheiden. In einem Wärmeübertrager wird das Gas abgekühlt, so dass entsprechend den Partialdrücken bestimmte Gaskomponenten kondensieren und abgeschieden werden. Am Austritt des Wärmeübertragers wird ein Tropfenabscheider eingesetzt, um eine effektive Abscheidung zu erreichen. Zur Reduzierung der Kühlleistung wird meistens ein Gas-Gas-Wärmeübertrager verwendet, um das in die Kühlfalle einströmende warme Gas durch Wärmeübergang vom ausströmenden Gas vorzukühlen. Das Ausschleusen des Kondensates erfolgt automatisch über eine Füllstandsregelung. In Unterdrucksystemen kann entweder eine Schleusensteuerung verwendet werden oder das Kondensat wird abgepumpt.

In Labors verwendete Kühlfallen bestehen aus Glas oder anderen kältebeständigen Materialien und ähneln vom Aufbau her einer Waschflasche. Die Flasche wird gekühlt, um kondensierbare Gasbestandteile zu kondensieren. Die Kühlfalle wird zwischen die Vakuumpumpe und die Vakuumapparatur angeschlossen und in ein Dewargefäß eingetaucht, welches mit flüssigem Stickstoff oder einer Kältemischung aus Trockeneis/Aceton gefüllt ist. Das Arbeiten mit flüssigem Stickstoff kann zur Folge haben, dass in der Kühlfalle Sauerstoff kondensiert. Dieser wiederum ist in flüssigem Zustand stark brandfördernd und kann mit ebenfalls kondensierten brennbaren Stoffen explosionsartig reagieren. Wird der Druck in der Vakuumapparatur verringert, so verdampfen dabei vorhandene Lösungsmittel, diese werden dann als Dampf bzw. Gas durch die Kühlfalle gesaugt (Saugrichtung: siehe Bild) und kondensieren bzw. gefrieren dort wegen des flüssigen Stickstoffs bei ca. -196°C (= 77 Kelvin) an der Gefäßwand. Damit wird verhindert, dass korrodierende oder brennbare Gase in die Pumpe gelangen können, die diese beschädigen könnten.

In umgekehrter Richtung kommen Kühlfallen zum Einsatz, um die Diffusion des Treibmittels von Öldiffusionspumpen in den Rezipienten zu verhindern.

Da sich die Kühlfalle auf Dauer mit ausgefrorenen Lösungsmitteln füllt, muss sie regelmäßig ausgetauscht bzw. entleert werden, da sonst der Weg von der Pumpe zur Apparatur verschlossen ist und das Vakuum nur zwischen Kühlfalle und Pumpe aufrecht erhalten wird. Zudem muss das Dewargefäß ständig mit Stickstoff gefüllt sein, da sonst die Kühlfalle wieder auftaut und die aufgefangenen Stoffe in die Pumpe gesaugt werden.

In der Vakuumtechnik werden mit flüssigem Stickstoff gefüllte Kühlfallen dazu benutzt, um eine gutes Vakuum noch weiter zu verbessern. Restgase kondensieren an der Kühlfalle und der Druck im Rezipienten sinkt dadurch zusätzlich. Solche Kühlfallen bestehen meist aus einem hohlen, metallischen 'Finger' der in den Rezipienten ragt.

Sicherheitshinweis

Eine mit flüssigem Stickstoff betriebene Kühlfalle ist in der Lage, größere Mengen von Sauerstoff aus der Luft zu kondensieren. Zusammen mit den in Kühlfallen kondensierten Lösungsmitteln können dabei hochexplosive Mischungen entstehen. Es ist deshalb zu vermeiden, „viel Luft“ durch eine Kühlfalle zu saugen.