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Lexikon der Chemie: Kühler

Kühler, eine Einrichtung zur Kühlung, ein Wärmeübertrager. Im K. werden durch Wärmeentzug die Temperatur von Gasen oder Flüssigkeiten erniedrigt, Dämpfe verflüssigt sowie Stoffe in den festen Zustand übergeführt. Als wärmeaufnehmendes Kühlmedium dienen normalerweise Wasser oder Luft vom Umgebungszustand. In der chem. Technik ist es aber wie auch für andere Zwecke vielfach erforderlich, Kühlaufgaben bei tiefen Temperaturen unterhalb des Umgebungsniveaus mit Hilfe von Kältemaschinen zu erfüllen. Im K. strömen das kühlende und das abzukühlende (gekühlte) Medium voneinander getrennt. Die Trennfläche ist gleich der Wärmeübertragungsfläche, die der Kühlwirkung (Wärmeabfuhr) proportional ist. K. werden im Laboratorium und in der chem. Industrie als Bestandteile innerhalb der verschiedenen Verfahren bzw. Anlagen eingesetzt.

Kühler im Laboratorium. Man verwendet meist K. aus Glas. Bei der Verflüssigung von Dämpfen wird das entstehende Kondensat in besonderen Vorlagen aufgefangen. Je nach Siede- bzw. Taupunkt der zu kondensierenden Stoffe verfährt man im allgemeinen wie folgt: Siedetemperatur > 150 °C – Kühlung durch Luft; 120 bis 150 °C – ruhendes Wasser; < 120 °C – fließendes Wasser. Das fließende Wasser (üblicherweise Leitungswasser) soll den K. von unten nach oben durchströmen, also dem Dampf entgegen (Gegenstromprinzip). Die gebräuchlichsten Kühlerformen sind Liebig-Kühler (Abb. 1a), Kugelkühler (Abb. 1b), Schlangenkühler (Abb. 1c) und Dimroth-Kühler (Abb. 1d). Spezielle K. mit guter Kühlwirkung sind unter anderem der Spiralkühler nach Friedrichs (Abb. 1e), der Doppelspiralkühler (Abb. 1f) und der Wellrohrkühler (Abb. 1g). Zum Destillieren in der üblichen, leicht nach unten geneigten Anordnung der Destillationsapparatur können nur der Liebig-Kühler und der Wellrohrkühler benutzt werden. Die anders geformten K. muß man senkrecht einbauen, dem Kolben nachgeschaltet oberhalb der Vorlage.



Kühler. Abb. 1: Im Labor verwendete Kühler: (a) Liebig-Kühler, (b) Kugelkühler, (c) Schlangenkühler, (d) Dimroth-Kühler, (e) Spiralkühler, (f) Doppelspiralkühler, (g) Wellrohrkühler.

Häufig werden sie jedoch als Rückflußkühler (Dephlegmator) verwendet und dabei senkrecht auf die jeweilige Apparatur aufgesetzt, so daß die aufsteigenden Dämpfe kondensiert werden und das Kondensat in den Siedekolben oder in die Rektifikationseinrichtung zurückfließt.

Kühler in der chem. Industrie. Hier wird eine Vielzahl von Kühlerbauformen angewendet. Generell handelt es sich um spezielle Apparate aus Metall. Diese K. können geschlossene Apparate bzw. Behälter sein, z. B.. Rohrbündelkühler (Abb. 2a), Tauchkühler, Mantelkühler (Abb. 2b) oder Rieselkühler. Besondere Bauarten für bestimmte chemisch-technologische Verfahren sind der Kratz-Kühler und der Spaltgaskühler.



Kühler. Abb. 2: Beispiele für Kühlerformen in der chem. Industrie .

Bei K. mit Luftkühlung wird die Wärmeübertragungsfläche wegen des relativ schlechten Wärmeübergangs auf der Luftseite vergrößert (Berippung, Lamellen), außerdem kann die Wärmeabfuhr durch eine erzwungene erhöhte Konvektion der Luft mittels Ventilatoren intensiviert werden. Für die Rückkühlung des in entsprechenden wasserbeaufschlagten K. erwärmten Kühlwassers werden Kühltürme (Rückkühlwerke) aus Holz, Stahl oder Stahlbeton verwendet. In ihnen befinden sich Einbauten aus Holz oder Kunststoff, über die das Wasser verteilt wird und herabrieselt. Infolge der Schornsteinwirkung der Kühltürme strömt Luft in direkter Berührung dem warmen Wasser von unten entgegen. Die Rückkühlung beruht auf dem Temperaturunterschied zwischen Wasser und Luft sowie auf dem Verdunstungseffekt. Anstelle solcher Naturzugkühltürme werden auch zwangsbelüftete Ventilatorkühltürme verwendet, die wesentlich niedriger ausgeführt werden können (Abb. 3).



Kühler. Abb. 3: Ventilatorkühlturm.

K. für tiefe Temperaturen werden direkt mit einem verdampfenden Kältemittel, unmittelbar eingebunden in den Kreislauf der Kältemaschine, oder mit einem Kälteträger beaufschlagt. Die Bezeichnung K. wird deshalb mitunter für Verdampfer von Kälteanlagen gebraucht.

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