Лабораторные нагревательные приборы реферат
Обновлено: 04.07.2024
ЛЕКЦИЯ №8
Нагревательные приборы и
оборудование лаборатории.
ОП.06 Физико-химические методы
исследования и техника лабораторных работ
1 курс 1 семестр
Составитель: преподаватель
Кобзева Марина Валерьевна
Ставрополь, 2020г
Газонагревательные приборы
Достоинства: возможность быстрого
достижения очень высоких температур- до
1500-17000 C, простота обращения.
Недостатки: трудно регулировать температуру
нагрева, продукты сгорания газа загрязняют
воздух в лаборатории, пожароопасны
Горелка Теклу – это трубка, расширяющаяся
книзу в конус. В дне конуса- 4 отверстия: через
среднее поступает в газ, а 3 других служат для
подачи воздуха и могут закрываться
вращающимся диском. Если диск прижат снизу
к конусу, то доступа воздуха нет. В этом
положении следует зажигать горелку. В
подставке, от которой отходит отросток для
подачи газа из сети, имеется винт, с помощью
которого можно регулировать подачу газа.
Нагревательные приборы на жидком
топливе
Недостаток: дают пламя низкой температуры.
Спиртовая горелка (спиртовка) - небольшой
стеклянный баллон, заполняемый спиртом. В
горло баллончика вставляют нитчатый фитиль,
который укрепляют в подвижном
металлическом держателе; удобна для
кратковременного нагрева небольших
предметов (например, при проведении опытов в
пробирках).
Электронагревательные приборы
Используются в качестве основных источников
тепла.
Достоинства: простота и удобство
регулирования температуры нагрева от
комнатной до 1200°С, чистота в работе,
разнообразие электрообогревателей как общего
назначения, так и для специальных целей
Электрические плитки с закрытой
спиралью применяют, когда пользоваться
горелками для нагревания нельзя (например,
при перегонке воспламеняющихся
легколетучих жидкостей).
Используют для нагревания жидкостных,
песчаных и воздушных бань, а также
различных сосудов- стаканов, колб и т. п. до
3500- 400 °С.
По современным правилам техники
безопасности пользование плитками с
открытой спиралью, запрещено.
Сушильный (сухожаровой) шкаф имеет камеру с
дырчатыми полками. Стенки шкафа
металлические, двойные, снаружи облицованы
асбестом. Между стенками, и в дне шкафа
вмонтирована электроспираль. Высушиваемое
вещество или посуда помещается в сушильный
шкаф, отрегулированный на требуемую
температуру (до 2000 С), и выдерживается в нем
при этой температуре определенное время.
Печи.
Муфельная печь- керамический резервуар
(муфель) в виде горизонтально расположенного
полуцилиндра. Снаружи муфель обмотан
проволокой и помещен в металлический корпус,
внутри теплоизоляционный материал. Имеет
керамическую дверцу с окошечком для
наблюдений. Снабжена автоматическим
терморегулятором (800-1000-12000 С).
Тигельная печь похожа на муфельную, но имеет
меньшие размеры, так как рассчитана только на
сушку материала в тиглях.
Бани применяют для продолжительного
нагревания при невысокой температуре (до 1004000С):
Водяная (или паровая)- кастрюля, установленная
на электрической плитке или со встроенным
нагревательным элементом. Сверху, для
регулировки отверстия по величине помещаемого
сосуда, имеется ряд съёмных колец разного
диаметра (Т нагревания до 1000 С). При
прогревании на пару, чашка с упариваемым
раствором не касается поверхности воды и
обогревается только водяным паром.
Масляная баня устроена так же, как
и водяная, только заполняется
минеральным маслом, в зависимости
от сорта масла в ней достигается
температура от 180 до 2700 С.
Песчаная применяют для
равномерного и медленного нагрева
от 100 до 4000С при нагревании
небольших сосудов, например
пробирок и упаривания растворов.
Это электрическая плитка с закрытой
керамикой спиралью, с бортом, на
которую насыпан чистый,
просеянный и прокалённый песок.
Нагреваемый сосуд не должен
касаться дна бани.
Термостат - прибор для поддержания определённой
постоянной температуры (например, при 370 С
выращивают культуры бактерий). Это камера с
двойными металлическими стенками. В толще
наружной стенки прокладывают слой
теплоизолирующего материала, плохо проводящего
тепло (пробку, асбест, войлок). Между стенками
термостата имеются спирали, по которым проходит
электрический ток. На передней панели имеется
терморегулятор и цифровое табло.
А так же различные специальные
электронагревательные приборы:
Колбонагреватели- для круглодонной
стеклянной посуды вместимостью до 0,5 л
Нагреватели пробирок и стаканов и т.п.
Чем выше рабочая температура печи, тем более ограниченным становится выбор материалов для изготовления нагревателя и изоляции. При температурах выше 1500° химическая активность веществ становится настолько значительной, что вызывает большие затруднения при использовании их в нагревательных приборах, а при температуре выше 1800° почти все материалы, идущие на изготовление печей, реагируют друг с другом. Возникают и побочные осложнения. Так, при температуре выше 1500° даже самый плотный фарфор делается проницаемым для газов, а все изоляторы становятся способными в значительной степени проводить ток (табл. 15).
В качестве нагревателей в высокотемпературных печах применяют платину, уголь, силит, молибден и вольфрам. Огнеупорными материалами при температуре до 1600°С служат фарфор, шамот и кремнезем, до 1800°—глинозем и магнезия, а для более высоких температур применяют окись циркония, чистую окись магния, карборунд, древесный уголь. Печи конструируют так, чтобы нагреватель не соприкасался с изоляторами в местах максимальной температуры, для чего между ними оставляют свободное пространство. Например, нагревателю придают форму трубы, свободно вставляемой в более широкую трубу, служащую первым слоем тепловой изоляции. Эта наружная труба часто изготовляется из того же материала, что и нагреватель.
Печи с внутренним нагревателем из платиновой проволоки изготовляют наматыванием платиновой проволоки на деревянную болванку (стр. 54); обмазкой служит тесто из магнезии или окиси циркония с добавкой 1—2% декстрина. Для температур до 1500° можно пользоваться каолином.
В качестве примера опишем такую трубчатую печь, диаметр рабочего пространства которой 60 мм, а длина 250 мм. Платиновую проволоку диаметром 1,1 мм и длиной 8,5 м (вес 190 г) наматывают равномерно с расстояниями между витками 2 мм. Обмазку делают из магнезии толщиной 20 мм. Высушенную жаровую трубу ставят в шамотный цилиндрический тигель диаметром 230 мм и высотой 300 мм. Свободное пространство заполняют порошком магнезии и накрывают тигель шамотной крышкой с отверстием посредине. Сопротивление такой печи в холодном состоянии около 1 ома, а при 1600° около 6 ом. Следует отмстить, что платина при таких высоких температурах сильно распыляется.
Каскадные печи. Так называют печи с двумя нагревателями, из которых один помещен внутрь другого; внутренний служит для нагревания рабочего пространства, а внешний — для уменьшения тепловых потерь. В платиновых печах этой конструкции можно длительно вести нагрев до 1500°, а если расположить внутренний нагреватель внутри рабочего пространства, то кратковременно и до 1700° (длительная работа при такой температуре сопровождается распылением платины).
В каскадной печи с нихромовым нагревателем внутри рабочего пространства можно получить температуру около 1200°С
Каскадные печи дают более высокую температуру при той же мощности, что и печи с одинарной нагревательной обмоткой (при соответствующих размерах).
Жаровые трубы каскадных печей с нихромовым нагревателем делают из фарфора или шамота, а при платиновом нагревателе из магнезии или окиси циркония. В качестве тепловой изоляции применяют сыпучий материал—шамот или магнезию.
Нагреватели рекомендуют включать параллельно, что позволяет регулировать силу тока независимо для каждого нагревателя и дает большую свободу конструктору. Последовательное включение упрощает обращение с печью, но ограничивает применимость ее, так как обусловливает определенный температурный режим и загрузку.
На рис. 28 показана одна из таких печей. Для нагревателя 1 применяли проволоку из сплава платины с 20% родия, который менее подвержен распылению, чем чистая платина; диаметр этой проволоки 0,5 мм. Внешний нагреватель 2 был изготовлен из платиновой проволоки диаметром 0,8 мм.
Общая мощность печи при максимальной температуре 3700°С. Жаровая труба с внутренним нагревателем изготовляется, как описано выше (стр. 54).
Молибденовые печи бывают трубчатые и тигельные. Вследствие высокой температуры плавления (2500°) и хороших механических свойств молибден служит ценным материалом для нагревателей, но его нельзя нагревать на воздухе и поэтому молибденовые печи снабжают приспособлениями для работы в атмосфере защитного газа или в вакууме.
Печи с молибденовым нагревателем в виде трубы могут давать до 2000° при токе напряжением 8—12 е. Термоизоляцией служит труба из окиси магния или циркония, диаметр которой на 20 мм больше, чем диаметр вставленной внутрь ее молибденовой трубы. Таким образом, тепловая изоляция не соприкасается с накаленным молибденом. Печь помещают в герметический кожух, вследствие чего из нее можно выкачать воздух или наполнить се защитным газом. Кожух имеет водяное охлаждение. Из-за сложности конструкции и трудности обслуживания такие печи не нашли широкого распространения.
Значительно более удобны печи с нагревателем из молибденовой проволоки, предохраняемой от окисления парами метилового или этилового спирта.
На рис. 29 показана трубчатая печь типа ВТ-40/400. В ней нагреватель помещен в кольцевом пространстве между двумя вставленными друг в друга трубами. В это пространство пропускают пары спирта, получаемые в особом приспособлении 2, которым снабжена печь.
Пуск печи начинают с разогрева ее до 350—400°. Затем налитый в резервуар 2 спирт подают в печь через U-образную трубку, на которой имеется небольшой нагреватель. Поступление спирта (по каплям) регулируется винтом. Спирт испаряется, и пары его поступают в кольцевое пространство J печи, где омывают молибденовый нагреватель, и выходят с другого конца печи через трубку, где их зажигают. По пламени судят о токе паров спирта. Только после того как пламя зажжено, можно включать ночь па полную се мощность и нагревать до нужной температуры. Расход спирта 100— 150 мл/час.
Молибденовые печи применяют только для температур 1100—1500°, так как при более высоких температурах керамические огнеупорные материалы становятся легко проницаемыми для газов и поэтому молибден быстро перегорает.
За молибденовыми печами необходим очень внимательный уход, так как они очень хрупки вследствие обуглероживания молибдена. К работе с ними следует допускать только опытных работников.
Температура плавления вольфрама 3350°. Печи с вольфрамовым нагревателем изготовляют по тому же принципу, что и молибденовые.
Печи, в которых нагревателем служит вольфрамовая труба, дают нагрев до 2500°, но работа с ними сложна и они встречаются очень редко.
По литературным данным печь с нагревателем из вольфрамовой проволоки, намотанной снаружи на трубу из окиси циркония, может давать температуру до 2000 е . Эту трубу вставляют в другую трубу из того же материала и в кольцевое пространство между ними пропускают защитный газ (обычно водород). Диаметр вольфрамовой проволоки 0,5 мм . Диаметр жаровой трубы 20 мм , длина 170 мм* Мощность 1650 вт при 2000°.
При одинаковых мощностях более высокие температуры можно получать в вольфрамовых печах с нагревателем, расположенным внутри рабочего пространства. О способе из готовлен и я таких печей было уже сказано. Огнеупорным материалом служит масса из окиси циркония, а термоизоляцией—окись магния. Защитный газ пропускают через рабочее пространство под небольшим давлением (10—20 мм. вод. ст.), предотвращающим попадание воздуха. Такая печь с рабочим пространством диаметром 15 мм и длиной 150 мм имела мощность 1000 вт при 2000°.
На рис. 31 изображена высокотемпературная печь типа ТВВ-2 с вольфрамовым нагревателем для работы в вакууме порядка 3*10 —3 —5-10 3 мм рт. ст.
Печь состоит из корпуса цилиндрической формы двух токоподводов 2, нагревателя 3 и закрыта сверху и снизу крышками 4. Для подключения вакуумного насоса в корпус печи вделан специальный охлаждаемый патрубок 5 со штуцером для присоединения к вакуумметру.
Наблюдение за плавкой и измерение температуры рабочего пространства печи производится через патрубок в верхней крышке печи, снабженный смотровым стеклом 6. Температуру измеряют оптическим пирометром визированием через смотровое стекло на исследуемый материал или его зеркальное отражение.
На нижней крышке печи имеется подвижное регулировочное устройство 7, при помощи которого происходит компенсация давления и удлинение нагревателя при работе печи.
Нагреватель 8 изготовляется из вольфрамовой проволоки и состоит из расположенных концентрически по окружности элементов (проволок) с переплетением, для придания жесткости. Для уменьшения тепловых потерь от излучении нагреватель защищен системой подвесных металлических экранов 8.
Питание нагревателя печи производится через трансформатор напряжением от 3 до 10 в. Потребляемая мощность 40 кет. Печь двумя хомутами укреплена на специальной подставке 9.
Для охлаждения корпуса печи и крышек предусмотрены патрубки 10, через которые подводится и отводится вода.
В процессе работы необходимо следить за циркуляцией охлаждающей воды и не допускать повышения ее температуры выше 50°.
После выключения печи вакуум следует поддерживать до полного ее остывания. Снятие вакуума производится путем отвертывания пробки 11 на патрубке верхней крышки после полного остывания печи.
В СССР такие печи известны, главным образом, под названием силитовых печей. Нагревательным сопротивлением в них служат стержни и трубки из карборунда, выпускаемые под разными фабричными названиями—силит, глобар, кристалой, кварцилин, силун и т. п.
Печи с карборундовыми нагревателями несомненно представляют интерес как замена более дорогих платиновых печей, а также менее удобных криптоловых.
В карборундовых печах можно получать нагрев до 1400°. Лучшие карборундовые стержни служат при этой температуре 1000—2000 час, при более низкой температуре (1200° С) они могут работать неопределенно долго. При 1500°С они разрушаются за 10 час. Удельное сопротивление карборундовых стержней достигает 0,1—0,2 ом-см, что дает возможность включать печь, не пользуясь пониженным напряжением.
При нагревании до 900° сопротивление стержней уменьшается, а при более высоких температурах остается почти постоянным.
Основания, щелочи, окислы тяжелых металлов, силикаты и бораты реагируют с накаленным карборундом и разрушают нагревательные стержни.
В восстановительной и окислительной газовой среде карборундовые стержни вполне устойчивы. Па них не действуют также пары кислот. Пары воды и водород действуют разрушающе.
Карборундовые нагреватели имеют форму сплошных цилиндрических стержней с закругленными концами. Чтобы уменьшить нагревание контактов, концы стержней сделаны из материала обладающего меньшим сопротивлением (с добавкой до 20% кремния), чем их средняя часть. Устройство контактов при этом более сложно. Для нагревания ниже 700~ применяют пружинный контакт из жаростойкой стали (рис. 32, Б). При нагревании до более высоких температур печной контакт делают с водяным охлаждением, как показано на рис. 32,/ i, или с воздушным охлаждением. В последнем случае пустотелый патрон заменяют сплошным металлическим цилиндром. Для малых печей это вполне допустимо.
Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Виды нагревательных приборов и лабораторных бань. Электронагревательные приборы. Презентация на заданную тему содержит 28 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!
Горелка Бунзена Названа по имени изобретателя. Состоит из подставки, имеющей боковую трубку, на которую надевается резиновая трубка для подводки газа от газовой сети. Сверху на подставку навинчена смесительная трубка с двумя боковыми отверстиями, расположенными друг против друга. На смесительной трубке находится подвижная муфта, с помощью которой меняется сечение этих отверстий. Газ, поступающий через боковую трубку, выходит через тонкое отверстие вкладыша в смесительную трубку. Воздух засасывается через боковые отверстия смесительной трубки. Газовая смесь поджигается у верхней части смесительной трубки и сгорает с характерным шумом. У горелок последних выпусков между подставкой и смесительной трубкой имеется кран, дающий возможность регулировать подачу газа в горелку. Можно достигнуть температуры в прокаливаемом тигле 550-600 °С.
Общие правила пользования газовыми горелками Все газовые горелки всегда следует содержать в чистоте и исправности. Необходимо следить, чтобы внутрь смесительных трубок ничего не попадало, чтобы их никогда не заливало растворами или расплавленными реактивами. Рекомендуется время от времени разбирать и прочищать горелки. Новую газовую горелку следует проверить - не пропускает ли она где-нибудь газ. С помощью резиновой трубки горелку присоединяют к газовому крану и зажигают ее. Проверяют работу винтов, регулирующих подачу газа, легко ли они вращаются, не шатаются ли они в своих гнездах и как увеличивают и уменьшают пламя горелки. Далее проверяют регулировку подачи воздуха - легко и полностью ли закрываются отверстия подвижной муфтой на смесительной трубке горелки Бунзена и как вращается диск горелки Теклю. Проверяют также, не происходит ли утечка газа в каком-либо сочленении подводки газа и у винтов горелки. Для проверки на утечку к проверяемому месту подносят горящую спичку, если есть утечка, то появляется маленькая вспышка или небольшое пламя. Неисправную горелку ремонтируют и только после этого используют в работе. Если во время работы горелки почувствуется запах газа, необходимо выяснить, где происходит утечка газа и устранить ее. Для этого проверяют горелку - все винты и сочленения - горящей спичкой. Проверяют исправность резиновой трубки, соединяющей горелку с краном, для этого ее погружают в воду и по пузырькам узнают наличие трещин, разрывов и т.д. Газовый кран проверяют горящей спичкой или мыльной пеной - в месте утечки газа образуются пузыри.
Для нагревания до 300 °С реакционных сосудов и для упаривания растворов используются бани. Водяная баня представляет металлический сосуд, который закрывают рядом колец разного диаметра (рис. 7). Такие бани удобны для упаривания растворов. Чашка с упариваемым раствором не должна касаться поверхности воды. При этом она обогревается водя- ным паром. Колбу, наоборот, частично погружают в воду.
Рис. 7. Баня водяная с электрообогревом
При использовании бани ее заполняют водой на 2/3 объема, поме- щают на нагревательный элемент. Чашку для упаривания ставят сверху, сняв такое количество колец, чтобы чашка была утоплена примерно на 2/3. Воду в бане доводят до кипения и поддерживают в состоянии слабо-
го кипения в течение всего опыта, добавляя новые порции по мере выки- пания. Уровень воды в бане не должен изменяться. Используются бани с газовым или электрическим обогревом. Для подогрева реакционных сосу- дов и пробирок в качестве водяной бани иногда берут обычный химиче- ский стакан. В этом случае нагреваемый объект частично погружают в во- ду.
Рис. 8. Баня водяная с регулированием температуры
Песчаную баню применяют для нагрева веществ до 200 – 300°С и упаривания растворов (рис. 9). Она представляет металлический сосуд (противень), заполненный чистым прокаленным песком. Песок нагревают пламенем газовой горелки или электрическим нагревателем.
Рис. 9. Баня песчаная
Электрические плитки и колбонагреватели
В лабораториях, в которых нет газа, или в тех случаях, когда требу- ется нагревание, а пользоваться горелками нельзя (например, при перегон- ке воспламеняющихся летучих жидкостей) применяют электрические плитки. Электрические плитки бывают различного размера и разных фирм производителей, с регулированием температуры. Плитки с закрытой спи- ралью удобны и безопасны при работе с легковоспламеняющимися и лету- чими веществами. Плитки с открытой спиралью уже не применяют. Кол- бонагреватели (рис. 10) применяются чаще всего для нагрева горючих и легковоспламеняющихся жидкостей в колбах. Колбонагреватели удобны в обслуживании тем, что при нагревании можно легко регулировать темпе- ратуру нагрева и можно подобрать колбонагреватель в соответствии с диаметром колбы.
Электрические печи
Для нагревания или прокаливания веществ при высокой температуре используют электрические печи с терморегуляторами: трубчатые, тигель- ные и муфельные. Трубчатые печи применяют для проведения реакций в токе газов (рис. 11, а). Вещества в фарфоровой, кварцевой или металличе- ской лодочке вносят в кварцевую или фарфоровую трубку, помещенную в трубчатую электрическую печь. Для прокаливания небольшого количества вещества в тиглях наиболее удобны тигельные печи (рис. 11, б). Большие количества веществ прокаливают в муфельной печи (рис. 11, в).
Читайте также: