Laborkühler

Laborkühler sind zur Kühlung von Flüssigkeiten und Gasen verwendete Geräte in einem Chemischen Laboratorium. Je nach Verwendungszweck und Arbeitstemperatur werden verschiedene Kühlertypen eingesetzt. Die Kühlwirkung beruht auf Wärmeübertragungsprozessen an den Kühlflächen der Kühler. Ein wichtiges Kriterium für die Kühlwirkung ist dabei, neben der Kühlmitteltemperatur, die Größe der Kühlfläche. Die Kühlfläche ist ein wichtiges konstruktives Merkmal eines Kühlers. Große Kühlflächen werden durch spezielle Formen, wie beispielsweise Kühlspiralen erreicht.

Von der Anwendungsseite her unterscheidet man zwischen Produktkühlern und Rückflusskühlern. Bei ersteren wird das bei der Destillation anfallende Kondensat als Produkt abgeleitet. Rückflusskühler sind dagegen zur Kondensation und Rückführung der Dämpfe in den Destillationskolben bestimmt.

Produktkühler, wie beispielsweise Liebigkühler oder Schlangenkühler, werden „absteigend“ zur Abtrennung des Destillates eingesetzt. Rückflusskühler werden stets in senkrechter Anordnung eingesetzt.

Kühlmedien

In den allermeisten Fällen wird strömendes Wasser als Kühlmittel verwendet. Bei sehr leicht flüchtigen Kondensaten, wie beispielsweise Acetaldehyd, kann das Kühlwasser über einen Kühlthermostaten auf niedrigere Temperaturen abgekühlt und im Kreislauf geführt werden.

Für hochsiedende Medien mit Siedepunkten oberhalb von 120°C genügt in vielen Fällen stehendes Wasser. Bei Temperaturen oberhalb von 160°C genügt oft die Umgebungsluft als Kühlmedium.

Die Kühlmedien werden nach dem Gegenstromprinzip in den Kühler eingeleitet.

Kühlertypen

Luftkühler

Ein Luftkühler besteht prinzipiell nur aus einem langen einwandigen Rohr, in welchem die Dämpfe durch das Kühlmedium Umgebungsluft zur Kondensation gelangen. Luftkühler werden nur als Rückflusskühler bei hochsiedenden Medien, mit einem Siedepunkt größer 150°C verwendet.

Liebigkühler

Der Liebigkühler wird ausschließlich als Produktkühler in Destillationen, die auch unter Hochvakuum erfolgen können, eingesetzt. Der einfache Aufbau macht den Liebigkühler zu einem recht preiswerten Kühler. Bedingt durch die geringe Kühlfläche ist die Kühlwirkung allerdings relativ gering.

Allihn- oder Kugelkühler

Der Allihnkühler hat gegenüber dem Liebigkühler eine deutlich größere Kühlfläche. Dieser Kühlertyp wird fast ausschließlich als Rückflusskühler verwendet.

Schlangenkühler

Der Schlangenkühler wird ausschließlich als Produktkühler eingesetzt. Bauartbedingt muss der Kühler stets senkrecht betrieben werden. Die Kondensationsleistung für Dämpfe ist bedingt durch die kleine Oberfläche relativ gering. Durch die lange Verweildauer des Kondensates in der Kühlspirale wird es auf nahezu Kühlmitteltemperatur abgekühlt. Schlangenkühler werden deshalb häufig anderen Kühlertypen mit besserer Kondensationsleistung (Allihnkühler oder Dimrothkühler) nachgeschaltet um das Destillat abzukühlen.

Dimrothkühler

Der Dimrothkühler besteht aus einer Kühlspirale, die sich innerhalb eines Rohres befindet. Dieser Kühlertyp hat eine große Kühlfläche und kann sowohl als Produkt-, als auch Rückflusskühler verwendet werden.

Intensivkühler

Ein Intensivkühler ist eine Kombination aus Liebigkühler (äußerer Mantel wird gekühlt) und Dimrothkühler (Kühlspirale im Inneren). Dieser Kühlertyp hat die größte Kühlfläche. Er ist deshalb besonders für Arbeiten mit niedrigsiedenden Medien, wie beispielsweise Diethylether, geeignet.

Kühlfinger

Zur Kondensation kleinster Substanzmengen wird der Kühlfinger oder auch Einhängekühler verwendet. Mit diesem Kühlertypen können auch Sublimation durchgeführt werden. Dabei kondensiert das zu isolierende Produkt meist kristallin an der Kühlerfläche.

Kühlermaterialien

Laborkühler werden fast ausschließlich aus Laborglas, zum Beispiel Borosilikatglas hergestellt. In speziellen Fällen, beispielsweise bei der Destillation von Flusssäure-haltigen Lösungen, kommen auch Kühler aus PTFE zum Einsatz.

Zur Kühlung von größeren Stoffmengen werden in der Chemischen Technologie spezielle Wärmeübertrager, wie zum Beispiel Rohrbündelwärmeübertrager oder Plattenwärmeübertrager aus den verschiedensten Materialien (Edelstahl, PEEK, Graphit, Hastelloy, Tantal, u.v.a.m.) benutzt.