Теплоносители для жидкостных бань. Негорючие теплоносители

Вода. При необходимости нагревания до температур ниже 100 °С в качестве теплоносителя для жидкостных бань и термостатов обычно используют воду. Опасно применять воду для обогрева стеклянных сосудов, содержащих бурно реагирующие с водой вещества — щелочные металлы, МОС и т. п. Приходится отказываться от использования водяных бань при проведении работ с абсолютными растворителями и в тех случаях, когда присутствие водяных паров нежелательно по условиям эксперимента.

Как уже отмечалось, постоянное использование открытых кипящих водяных бань чрезвычайно увеличивает опасность работы с находящимся в вытяжном шкафу электрооборудованием.  Применение водяных бань закрытого типа с набором концентрических колец (см. рис. 18) значительно уменьшает испарение воды, что весьма существенно при длительном нагревании. Если рабочая температура водяной бани лежит в интервале от 50 до примерно 95 °С, эффективным средством уменьшения испарения воды служит защитный слой парафина толщиной около 0,5 см. Однако этот способ имеет недостаток — усложняется мытье посуды.

Водно-солевые бани не получили широкого распространения в лабораторной практике. Существенный их недостаток — сильное корродирующее действие брызг солевых растворов. Кроме того, чтобы температура кипящей бани была постоянной, необходимо поддерживать постоянную концентрацию соли, т. е. непрерывно компенсировать испаряющуюся воду, доливая ее до первоначального уровня, что усложняет работу. Следует избегать'использования в качестве теплоносителей концентрированных растворов таких солей, как КЬЮз, ЫаЫОз, МН4>Юз, ввиду их сильного окислительного действия.

Легкоплавкие сплавы также можно использовать в качестве горючих теплоносителей. Например, сплав Вуда (50% висмута, 25% свинца, 12,5% кадмия и 12,5% олова) имеет температуру плавления около 70 °С. Ценное свойство сплавов, обеспечивающее равномерность нагрева,— высокие значения их коэффициентов теплопроводности; так, теплопроводность сплава Вуда более чем в сто раз превышает теплопроводность вазелинового, масла. Рабочий интервал температур сплава Вуда 70—350 °С. Однако при температуре выше 250 °С металл сравнительно быстро окисляется на поверхности. Для предотвращения окисления на поверхность сплава насыпают слой измельченного древесного угля. Чтобы метал-л не налипал на стенки колбы, перед началом работы ее полезно закоптить над пламенем.

Опасность работы со сплавом Вуда определяется его высокой плотностью, подвижностью жидкого сплава и высокой температурой. Особенно опасно попадание брызг расплавленного металла в глаза и на кожу.

С металлическими банями необходимо работать в очках и холщовых рукавицах. Не рекомендуется поднимать или передвигать горячую баню одной рукой; при необходимости следует прибегнуть к помощи товарища по работе. Нельзя погружать в сплав Вуда тонкостенные склянки и колбы объемом более 1 л — вследствие высокой плотности сплава они могут быть раздавлены. Во избежание поломок колбы и термометры следует вынимать сразу по окончании обогрева (до затвердевания сплава).

Концентрированная серная кислота используется в качестве жидкого теплоносителя Лишь в специальных случаях, например при заполнении приборов для определения температуры плавления веществ — приборов Тиле и др. Работать с приборами, заполненными серной кислотой, можно только в защитной маске.

Замена серной кислоты силиконовым маслом (см. ниже) хотя и оправдана с точки зрения техники безопасности, не всегда устраивает исследователей, поскольку из-за большей вязкости этого масла снижается точность измерения. В большей степени подходят для замены серной кислоты некоторые высококипящие жидкости — дибутилфталат (температура кипения 340 °С), трикрезилфосфат (температура кипения 410 °С со слабым .разложением), тетракрезилсиликат (температура кипения около 44б°С). Необходимо отметить, что мнение о пожарной безопасности трикрезилфосфата ошибочно: его температура вспышки 169 °С и температура самовоспламенения 385 °С [41, ч. II].

Горючие теплоносители

Силиконовые масла — синтетические полисилокса-ны различной степени полимеризации — являются наиболее, подходящими теплоносителями для нагревания до температур вплоть до 250 °С. Они обладают высокой термоокислительной стойкостью, химически инертны. Важное их преимущество — прозрачность, что позволяет визуально наблюдать за содержанием нагреваемого сосуда. Следует, однако, учитывать, что отечественная промышленность выпускает множество марок силиконовых масел для различных областей применения. Для заполнения жидкостных бань при- * годны масла, имеющие сравнительно высокую температуру вспышки — в пределах 290—310 °С и выше, например ПФМС-4 (полифенилметилсилоксановая жидкость, температура вспышки 300 °С, температура самовоспламенения 475 °С). Хотя некоторые марки силиконовых масел выдерживают без разложения нагревание до 300 °С, а в банях закрытого типа—до 350 °С, не рекомендуется нагревать их выше температуры вспышки. При выполнении этого условия силиконовые масла безопасны в пожарном отношении.

Минеральные масла различных марок, представляющие собой продукты переработки нефти, применяют достаточно часто. Однако рекомендации заслуживают только масла с температурой вспышки не ниже 300 °С, например цилиндровое масло «Вапор». При длительном нагревании выше 180 °С многие минеральные масла постепенно разлагаются, образуя густой осадок на дне бани и более легкие горючие продукты. Последние, накапливаясь в масле, повышают его пожароопасность, значительно снижая как температуру вспышки, так и температуру самовоспламенения. По этой причине при появлении первых признаков разложения — густого слоя на дне бани — масло необходимо заменить.

Глицерин широко применяют для заполнения жидкостных бань и термостатов. К его преимуществам, по сравнению с Минеральными маслами, следует отнести прозрачность и растворимость в воде, благодаря чему он легко, смывается с посуды. Однако, как теплоноситель глицерин обладает серьезными недостатками. Он не представляет собой химически инертное вещество; при взаимодействии с сильными окислителями, например с перманганатом калия, возможно воспламенение. Опасно попадание щелочных металлов в нагретую глицериновую баню (см. разд. 13.1).

Глицерин весьма гигроскопичен, при поглощении воды резко снижаются температуры кипения и вспышки: чистый глицерин кипит при 290 °С, при содержании 1% воды температура кипения составляет 240 °С, а пои 2% воды — 210 °С. Пои длительном нагревании даже до сравнительно невысоких температур (100— 150 °С) глицерин разлагается с образованием легковоспламеняющихся веществ, понижающих температуру его вспышки на несколько десятков градусов. Кроме того, образующийся при термическом разложении глицерина акролеин сильно раздражает слизистые оболочки. При нагревании выше 200 0С глицерин разлагается весьма интенсивно; многие загрязнения катализируют его окисление и термическое разложение.

Трнэтиленгликоль обладает более высокой стабильностью по сравнению с глицерином (температура кипения 287 °С, температура вспышки 154 °С, растворим в воде).

Этиленгликоль не рекомендуется использовать в качестве теплоносителя ввиду низкой (120 ^С) температуры вспышки.

Общие правила работы с жидкостными банями, заполненными горючими теплоносителями

1. В качестве теплоносителей допускается использовать только чистые жидкости, не содержащие посторонних примесей и загрязнений. При необходимости использования масел,- бывших в употреблении, например из масляных вакуумных насосов,, следует предварительно прогреть масло в вакууме, чтобы удалить легколетучие продукты.
2. Запрещается превышать рабочий интервал температур используемого теплоносителя, нагревать жидкостные бани до появления дыма или интенсивного испарения масла.
3. Не допускается нагревание жидкостных бань без контроля температуры. Шарик термометра должен находиться примерно посередине между дном бани и поверхностью жидкости, не касаясь стенок бани.
4. Для обогрева, жидкостных бань не разрешается использовать открытое пламя и другие источники "тепла с нерегулируемым тепловым потоком. Электроплитки для обогрева бань должны иметь ступенчатый или плавный регулятор - мощности. Погружные электронагреватели следует включать через ЛАТР.
5. При необходимости нагревания до температур, Кпиъиич и врпунрму пабочему поелелу,для данного теплоносителя, следует использовать бани закрытого типа. В крайнем случае для прикрытия свободной поверхности бани допускается использование двух кусков асбестового картона, имеющих вырезы в виде полукруга по размеру обогреваемой колбы.
6. Уровень масла в бане при полном погружении обогреваемого прибора должен как минимум на 2—3 см не достигать краев бани. Следует учитывать, что при нагревании масло расширяется и уровень его в бане повышается.
7. Диаметр бани не должен быть меньше диаметра нагревательного элемента электроплитки, чтобы при случайном проливе масла через край оно не попало на раскаленную поверхность.
8. Обогрев бани начинают только после полной сборки прибора. Если необходимо добавить вещества в реакционный сосуд во время нагрева, следует позаботиться, чтобы добавляемый реагент не попал в масло.
   1. Особенно опасно попадание воды в нагретую масляную баню. Даже несколько ее капель вызывают бурное вспенивание масла, выброс его из бани, а иногда воспламенение. Во избежание подобных случаев следует особенно тщательно закреплять резиновые шланги на водяных холодильниках, своевременно заменять потерявшие эластичность и растрескавшиеся шланги.
   2. В случае попадания небольших количеств воды в холодную масляную баню, ее следует медленно нагреть выше 100 °С. Лишь после этого баню можно использовать по назначению.
   3. Для тушения загоревшегося масла нельзя применять воду. Углекислотные огнетушители следует использовать с осторожностью, чтобы от резкого перепада температур не треснули стеклянные части прибора. Проще всего потушить горящее в бане масло, накрыв баню куском асбеста или крышкой, однако не всегда имеется такая возможность, особенно если баня используется для обогревания сразу нескольких приборов, например аппаратов Сокслета. Эффективным способом тушения служит разбавление содержимого горящей бани некоторым количеством холодного теплоносителя для снижения температуры масла ниже температуры его воспламенения.