Pumpe für Kühlkreislauf

[Killom]

Hey Folks,

Ich musste meine letzte EtOH Destillation mangels Hardware mit Luftkühlung durchführen. (mit Wasser gefüllter Liebigkühler)

Ich würde nun gerne die Ausbeute der Destillation durch den Einsatz eines aktiven Kühlkreislaufs steigern. Eine Kühlung durch den laufenden Hauswasseranschluss kommt wegen Wasserverschwendung (und der entstehenden Kosten) natürlich nicht in Betracht. Da ich ja aus dem IT Bereich komme, habe ich natürlich erstmal bei einem Vertrieb für PC-Wasserkühlungen geschaut. Neben einem Deluxe Pumpenmodell mit Durchfluss, Drehzahl und Wassertemperaturanzeige (Kanonen auf Spatzen und so ...) bin ich auch auf den Hersteller Eheim gestoßen. Genauer auf das Modell "universal 600". Hat von euch zufällig jemand Erfahrung mit den Pumpen dieses Herstellers ? Sind die für solche Zwecke geeignet ?

Ich frage, weil die Durchlassöffnungen der Kühler in der Regel ja nur einige Millimeter betragen was die Durchflusswiderstände signifikant erhöht. Vor allem wenn ich mehrere Kühler seriell hintereinander schalte.

Reicht da eine herkömmliche Kreiselpumpe oder muss ich auf Pumpen zurückgreifen, die mehr Druck liefern, wie zb. Impeller oder Drehkolbenpumpen ?

[Lithiumoxalat]

Meistens funktionieren grössere Aquarien oder Zimmerspringbrunnenpumpen gut genug. Der Wasserverbrauch ist aber nicht sooo hoch, ich mache mir da bei meiner Wasserstrahlpumpe grössere Sorgen, bei einer einfachen Destillation kann man mit einer ziemlich geringen Durchflussrate arbeiten.

mfG
Lithiumoxalat

[CD-ROM-LAUFWERK]

wenn ich mehrere Kühler seriell hintereinander schalte.

Von wie vielen Kühlern reden wir hier?
Wasserkühlungspumpen sind für den Zweck zu teuer.
Welche Mengen sollen destilliert werden und in welcher Zeit?
Sprich: Was sind deine Anforderungen?
Denn pauschal kann man so nicht antworten.

Aber wenn bislang Luftkühlung (fast) gereicht hat, dann sollte schon ein tröpfelnder Wasserstrom ausreichen, sofern die Dimensionen Laborüblich sind (bis 40cm Kühlstrecke). Wenn es sich hingegen um eine 10L/h Anlage handelt, dann sind die Anforderungen dezent anders.

[Killom]

Ich konnte kürzlich in einer Laborauflösung einige Allihn-Kühler Hamstern je 300mm. Wenn ich also 2 oder 3 davon hintereinander schalte, sollte die Pumpe das schon mitmachen.

Anm. dazu: Bei der Luftkühlung hatte ich erhebliche Verluste, die einfach durch den Vakuumanschluss am Vorstoß verdampft sind. Und das schon bei einem 500ml Kolben. Daher dachte ich mir jetzt, Kühlweg verlängern um die Ausbeute zu Erhöhen. Klingt für mich erst mal schlüssig. Ergibt das Sinn ?

Was die Mengen anbelangt, kenne ich mich nicht aus. Das Größte was ich da habe, ist ein 5L Kolben incl. passendem Heizpilz. Keine Ahnung was sich damit so stündlich umsetzen lässt.

Beim Temperaturbereich dachte ich erstmal an alles zwischen DCM und Schwefelsäure. Der Kreislauf ist auch recht simpel: Vom Sammelbottich in die Pumpe über die Kühler wieder zurück in den Sammelbottich. Durch die Verlängerung des Kühlweges hatte ich zudem auch gehofft, auf eventuelle Eiswürfel im Sammelbottich verzichten zu können. (Bis das Wasser im Bottich zu warm wird)

Spezielle Kühlpumpen müssen es jetzt nicht sein. Sollte schon beim Hobby bleiben

Nachtrag:

Ich habe mir jetzt die o.G. Pumpe (universal 600) bestellt und werde einfach mal ausprobieren, wie weit ich damit komme. (Das Wochenende naht !)

[CD-ROM-LAUFWERK]

Wenn du die Kühler hinereinander schaltest wird das Problem eine evtl. auftretende Höhe sein. Die Pumpe schafft nämlich nur 1,2m und das bei keinem Volumenstrom. Es darf also maximal 1m zwischen dem Wasserspiegel des Sammelbottich mit Pumpe darin und dem höchsten Punkt der Kühler/Schläuche liegen.

Allerdings klingt dein Vorhaben spätestens beim 3. Kühler unsinnig.
Wenn ein 30cm Kühler nicht reicht um Alkoholdampf zu kondensieren, dann gehst du da mit einer ziemlich großen Heizleistung rein und die Rückkühlung des Kühlerwassers wird das große Problem. Wenn das zu warm wird nimmt natürlich der Wärmestrom im Kühler auch zu sehr ab.
Wenn du deinen großen Heizpilz mit angenommenen 800W voll ausreizt benötigt man auch annähernd 800W Kühlleistung.
Andernfalls steigt die Kühlwassertemperatur stark an. Wenn dein Kühlwasserbehälter (Sammelbottich) 10 Liter Wasser enthält und 1h destilliert wird:
Q = 800W*1h = 800Wh = 2,88 MJ
delta-T = Q / m*cp = 2,88MJ / 10kg * 4,2kJ/kg*K = 68°C => Von 20°C erwärmt es sich auf 88°C --> heißes Kühlwasser.
Dein Kühlwasser wird natürlich nicht perfekt isoliert sein, so dass die Temperatur nicht so weit steigt. Aber es zeigt, dass das Kühlwasser ordentlich aufgeheizt wird. Eine dauerhafte Destillation von Ethanol mit einem Siedepunkt von nur 78°C ist so nicht möglich. Wenn du das Wasser mit Eiswürfeln konstant bei 0°C halten willst, dann würde sich das ganze wie folgt errechnen:
Schmelzwärme von Eis = 334kJ/kg
Masse nötiger Eiswürfel = 2,88MJ / 0,334MJ/kg = 8,6kg

Oder wenn du es bei 20°C halten willst:
Schmelzwärme von Eis = 334kJ/kg
Erwärmung des Schmelzwassers von 0°C auf 20°C = m * 4,2kJ/kg*K * 20K = m * 84kJ/kg
Masse nötiger Eiswürfel = 2,88MJ / (0,334MJ/kg + 0,084MJ/kg) = 6,9kg

Beim Temperaturbereich dachte ich erstmal an alles zwischen DCM und Schwefelsäure.

Bei DCM kannst du einfach nicht derartig schnell destillieren, sofern das Kühlwasser nicht richtig kalt ist. Wie viel Eis man dafür braucht habe ich gerade gezeigt.
Bei Schwefelsäure hingegen reicht ein Luftkühler. Bei einem AUfbau mit 500W Heizpilz mit 2 Liter Kolben gehen die 500W Heizleistung schon ab bevor die Schwefelsäure die Krümmung erreicht und überdestillieren kann. Mit Isolation würde sie dann zwar auch überdestillieren, jedoch wäre eine Wasserkühlung in Anbetracht des Temperaturgradienten eher ein Risiko durch den Temperaturschock. Wenn das Glas an der Stelle dann springt wird das sehr unangenehm.

[eule]

hmm, die Förderleistung der Pumpe braucht nicht besonders hoch zu sein, wenn du das Kühlwasser erst einfüllst und danndie Pumpe dazuschaltest. Führst du das Wasser aus dem Kreislauf in etwa aufs Niveau der Pumpe zurück, dann hast du ja ein System kommunizierender Röhren, bei dem lediglich der Fließwiderstand im Rohrsystem überwunden werden muß. oftmals wichtiger als das ist zum einen, ob du die Kühler wirklich in der richtigen Reihenfolge und Flußrichtung angeschlossen und, wie CD-ROM bereits ausführte, welche Temperatur das Kühlmittel hat.
Zu hoher Druck im Kühlmittel ist im Übrigen alles andere als gut. mir ist einmal eine Verstopfung nicht rechtzeitig aufgefallen und der sich aufbauende Druck sprengte das Mantelrohr eines meiner Lieblingskühler, alsobesser Vorsicht mit Aufbauten mit hohem Druckgefälle im Kühlkreislauf. Da wäre vllt. besser, für jeden kühler eine eigene kleine Pumpe oder besser einen kompletten eigenen Kühlkreis einzusetzen.

[Timmopheus]

Wie bereits CD-R-LW geschrieben hat, ein tröpfelnder Strom aus dem Wasserhahn reicht aus.
Ein 40cm Dimrothkühler (Rückfluss), betrieben an einem zügig tröpfelnden Wasserstrom, reichte bei mir aus, um in einem 0,5L Kolben Aceton (Sdp 56 °C) auf den ersten 3-4 Kühlwendeln zu kondensieren. Das Kühlwasser erwärmte sich nicht fühlbar. (Eintritt-/Austrittolive)
Wenn du das Getröpfel dann noch auffängst und die Blumen gießt werden sich Anschaffungskosten und Strom der Pumpe niemals amortisieren

[Phil]

Wasser ist definitif billiger als brenbare Dämpfe im Raum, gerade Alkohol ist nicht zu unterschätzen. Ein Schaltkreis der einschaltet und die Feuerwehr muss kommen.

[Killom]

Danke an alle für die Aufklärungsarbeit

Selbst wenn die Kühlung aus dem Wasserhahn nicht so viel Wasser benötigt wie ich dachte, fehlt mir immer noch der Wasseranschluss im Hobbyraum. Und eine Destillationsapparatur in der Küche oder dem Bad gibt gemecker von Frau. Daher werde ich wohl trotzdem bei der Pumpe bleiben müssen.

Also Wärme die ich ins Wasser überleite, muss ich auch irgendwie wieder los werden. Ich hab zwar keine Ahnung von den nötigen Wärmeberechnungen dafür (Danke für die veranschaulichenden Beispiele!), aber vielleicht lässt sich vor dem Sammelbehälter noch ein Radiator incl. Lüfter einspannen. Da der Sammelbehälter alleine (auf Dauer) wohl nicht ausreichen wird. Ich habe in der Kühltruhe für stetigen Eiswürfelnachschub auch keinen Platz, aber ich denke mal, mit einem Radiator und Raumtemperatur ganz passable Resultate erzielen zu können.

Von Destillation niedrig siedender Substanzen werde ich erst mal Abstand nehmen. Auch, da der Umgang mit z.b. DCM ja nicht ganz unproblematisch sein soll. (Verdacht auf kanzerogene Wirkung) Und da ich weder Absaugung noch Fremdluftzufuhr habe ist eine Exposition sehr wahrscheinlich. Da muss das Capsaicin vorerst in den Chillis verbleiben

Und für die Schwefelsäure werde ich mir wohl nochmal so eine einwandige Destillationsbrücke holen.

Bin mangels Adapter noch nicht zum Testen der Pumpe gekommen. Wird wohl erst nächstes Wochenende was werden.

[Lithiumoxalat]

Das Kühlwasser könntest du auch in den Sammelbehälter zurückregnenlassen, und so die Verdunstungskälte ausnutzen und eventuell zusätzlich noch ein Ventilator anbringen?

mfG
Lithiumoxalat

[CD-ROM-LAUFWERK]

Also Wärme die ich ins Wasser überleite, muss ich auch irgendwie wieder los werden.

Exakt.

Ahnung von den nötigen Wärmeberechnungen

Das wird tatsächlich schnell recht komplex. Bei der Schwefelsäuredestillation mit der reinen Luftkühlung wird es wohl noch am leichtesten sein.
Stichworte wären hier:
Grashof-Zahl: "wie schnell wird die Luft durch das Aufheizen wegströmen".
α (Alpha), die Intensität des Wärmeübergangs an einer Grenzfläche (Übergang Luft -> Glas).
Die Nußelt-Zahl. Sie sagt, um das Wievielfache die Wärmeübertragung aufgrund der Konvektion stärker ist als wenn reine Wärmeleitung wirken würde. Nimmt also durch Luftbewegung, egal ob erzwungen mit Lüfter oder durch die die eigene Wärme, deutlich zu. Luft ist wäre sonst ein guter Isolator weil die Wärmeleitfähigkeit gering ist.
Prandtl-Zahlen, ein Maß für das Verhältnis der Dicken von Strömungsgrenzschicht zu Temperaturgrenzschicht.
Die Reynolds-Zahlen, die mit Abstand bekannteste dieser Kennziffern, gibt an, wie sich die Strömung verhält. Hier rechts sieht man schön den Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung einer Kerzenflamme. Laminar würde hier einen schlechteren Wärmetransport bedeuten, da die Wärme einfach nicht so schnell weg kommt.

[Killom]

Das Kühlwasser könntest du auch in den Sammelbehälter zurückregnenlassen

Wie soll man das praktikabel umsetzen? Alten Duschkopf an den Auslass dran oder wie ?
Bin eh noch am überlegen, was ich als Sammelbehälter verwende.

Grashof-Zahl, α, Nußelt-Zahl, Prandtl-Zahlen, Reynolds-Zahlen ...

Nie von gehört. Nicht mal im Zusammenhang mit CPU Kühlern. Allerdings bin ich auch noch nie in die Zwangslage gekommen, die selber Dimensionieren zu müssen. Klingt erstmal wie ein eigenes Studienfach für sich. Ziemlich viel overhead für eine simple Destillation.

Ohne deine Ausführungen jetzt entwürdigen zu wollen - aber ich glaube ich werde es bei einer π * Auge Dimensionierung belassen.

[Killom]

So - zum Abschluss des Themas noch ein kleines Feedback. So sieht jetzt meine Kühlkreislauf Lösung aus:





Da die Kühlung nicht 24/7 in Betrieb ist, reicht die Kühlleistung des "passiven Eimers" vollkommen aus.

Bisher wurde das Wasser bestenfalls Handwarm. Und das bei einer ~3 stündigen Destillation.

Die Pumpe schafft weitaus mehr als nur 3 Kühlkörper (auch wenn das absolut unnötig für eine einfache Destillation ist! Aber vielleicht ließt das hier ja jemand, der ein etwas aufwändigeres Setup fährt und eine Pumpe sucht ...)

Die Erfahrung die ich Sammeln konnte, hat mir gezeigt, das ein einfacher Liebig-Kühler für so ziemlich alles ausreicht. Lediglich bei Aceton ist es mal knapp geworden (25 von 30 cm) Und Eis brauchte ich bisher auch noch nicht.

Kostenpunkt: ~80€ wenn die Schläuche schon vorhanden sind. Dafür kann ich beruhigt schlafen, wenn ich mal wieder das Wasser über Nacht hab laufen lassen. Es kommt ja nicht besonders weit ...

[Glaskocher]

Zur Verbesserung der Kühlleistung kannst Du den Rücklauf durch ein Rohr mit groben Füllkörpern in den Eimer laufen lassen. Das Rohr darf ruhig seitliche Luftlöcher oder -Schlitze haben. Dabei hat das Wasser die Möglichkeit zu verdunsten und sich dadurch zusätzlich abzukühlen. Verdunstung ist noch die billigste Kälte, die man nutzen kann.

Ansonsten läßt sich die maximal benötigte Kühlleistung leicht durch die eingebrachte Heizleistung abschätzen. Ansonsten stimme ich der "Erfahrungsmethode" zu, daß man überwacht, wie warm der Kreislauf wirklich wird und wie nahe die Kondensatfront am "Durchbruch" ist. Je niedriger der Siedepunkt des Kondensates ist, desto wichtiger ist eine niedrige Vorlauftemperatur.