Introduktion
Vakuumforsyning er normalt en integreret del af planlægningen af laboratorier i offentlige eller private bygninger. Det er mere komplekst end andre rørledninger, fordi kravene til vakuumteknologi er anderledes i et synteselaboratorium end f.eks. i et analytisk eller cellebiologisk laboratorium. Disse forskellige krav kan ikke opfyldes med den samme vakuumforsyning. For at imødekomme behovet for vakuumforsyning, der er skræddersyet til anvendelserne, skal de specifikke krav afklares tidligt i planlægningsfasen. "Det rigtige værktøj sparer tid" er et gammelt håndværkerordsprog, som også gælder for vakuumforsyningen til hvert enkelt laboratorium. Enten fordi vakuum er dårligt forstået, fordi rørsystemerne ligner gasrør, eller fordi traditionel praksis har dikteret et enkelt system, der dækker hele bygningen, overses de unikke krav til vakuumforsyning ofte i laboratorieplanlægningsprocessen. Ikke desto mindre er skræddersyet vakuum uvurderligt for mange anvendelser. Passende vakuum giver kemikerne mulighed for at opnå de ønskede resultater hurtigere, mere sikkert, mere bekvemt og også reproducerbart. Dette emne er tænkt som en første orientering for planlæggere af små laboratorier, undergrundskemikere og lægemiddelproducenter om de vigtige overvejelser i forbindelse med planlægning af vakuumforsyning til laboratorier.
Hvad er vakuum?
Vakuum, som det bruges i laboratoriet, er simpelthen et tryk under atmosfærisk tryk. De vigtigste egenskaber ved vakuum, som afgør dets anvendelighed i en bestemt laboratorieanvendelse, er vakuumdybden - hvor meget under det atmosfæriske tryk og pumpehastigheden, dvs. hvor hurtigt luft, dampe eller gasser kan fjernes fra den beholder, der evakueres.
Anvendelse
Mange kemikere bruger vakuum hver dag. Men hvordan bruger de det? Vakuum bruges til mange standardopgaver i forbindelse med fremstilling og behandling af synteseprodukter. I de fleste tilfælde er vakuummet ikke i fokus, men spiller en vigtig støttende rolle. De mest velkendte anvendelser af vakuum i laboratoriet er filtrering og tørring. Du kan selvfølgelig filtrere uden vakuum - som at brygge kaffe - ved at lade tyngdekraften gøre arbejdet for dig. Problemet er, at processen i laboratoriet ofte viser sig at være for langsom på grund af det brede spektrum af opløsningsmidler og faste stoffer. For at fremskynde processen skabes der lavtryk - dvs. vakuum - i en filterkolbe (Büchner-kolbe) til suge- (vakuum-) filtrering.
Filtrering ved hjælp af en kemikalieresistent vakuumpumpe
I en tørringsproces er målet derimod at ændre prøvens tilstand fra flydende til gasformig. Vi kunne bare lade tørringen ske, ligesom vi lufttørrer vasketøj. Ligesom med filtrering ville denne proces også tage for lang tid, så også her bruges vakuum til at fremskynde processen ved hjælp af vakuum-ekssikkatorer. Varme kan bruges til at opnå samme effekt, men ved at sænke trykniveauet er der brug for mindre varmeenergi til at fordampe opløsningsmidler. Brugen af vakuum muliggør således en effektiv tørring af varmefølsomme prøvematerialer.
Vakuumanvendelser i laboratorier varierer med den videnskabelige disciplin, og de forskellige anvendelser har forskellige vakuumkrav. Filtrering er en proces, der bruges i næsten alle laboratorier. Syntetiske laboratorier, der producerer faste stoffer (meth, amph, mephedron, MDMA osv.), bruger ofte vakuum til tørring. Disse anvendelser kræver alle vakuum i "grovvakuum"-området - mellem 1 og 1000 mbar.
I kemilaboratorier bruges mange vakuumdrevne teknologier til fordampningsseparation af blandinger af stoffer som f.eks. opløsningsmidler. Detbedst kendte eksempel på dette er rotationsinddampning, hvor den præcise styring og trykregulering stiller store krav til pumpe- og styringsteknologi i grovvakuumområdet. Dette udstyr gør det muligt at fordampe opløsningsmidler hurtigt uden intensiv opvarmning, og man kan også genvinde opløsningsmidler fra affald efter syntese.
I modsætning hertil kræver Schlenk line og vakuumdestillation, som også er almindelige i kemilaboratorier, vakuum i det fine vakuumområde. Denne teknik bruges, når kogepunktet for den ønskede forbindelse er vanskeligt at opnå eller vil få forbindelsen til at nedbrydes. Reducerede tryk sænker forbindelsernes kogepunkt.
Pumper
MembranMembranpumper bruger en fleksibel membran og et sæt kontraventiler til at producere pumpetryk og producerer typisk lavt til middelhøjt vakuum. De er ofte modstandsdygtige over for opløsningsmidler og let ætsende dampe, hvilket gør dem nyttige til rotationsfordampere, men deres manglende evne til at producere højt vakuum begrænser deres anvendelighed. Membranpumper kræver ofte ikke olie. Denne type pumpe kan producere op til 1,5 mbar vakuum. Den største ulempe er en støj på 50-60 dB og nødvendigheden af periodisk vedligeholdelse (udskiftning af olie og membraner). Membranpumper koster fra ~450-$500.
Vingepumper
Vingepumper er også en almindelig type vakuumpumpe, med totrinspumper, der kan nå tryk langt under 10-6 bar. Lamelpumper bruger roterende sæt af cirkulære lameller i et elliptisk hulrum til at skabe pumpetryk og kan opnå mellem- til højvakuum. Hvis din pumpe kræver olieskift, er det sandsynligvis en lamelpumpe. Selv om de kan opnå højere vakuum end membranpumper, bliver de let beskadiget af opløsningsmidler eller ætsende dampe. Der skal tages skridt til at forhindre skadelige dampe i at nå denne type pumpe, f.eks. ved at implementere en kold fælde, da forurening kan reducere en pumpes effektivitet og levetid betydeligt. Omtrentlige omkostninger fra 150 til 200 dollars.
Vingepumper er også en almindelig type vakuumpumpe, med totrinspumper, der kan nå tryk langt under 10-6 bar. Lamelpumper bruger roterende sæt af cirkulære lameller i et elliptisk hulrum til at skabe pumpetryk og kan opnå mellem- til højvakuum. Hvis din pumpe kræver olieskift, er det sandsynligvis en lamelpumpe. Selv om de kan opnå højere vakuum end membranpumper, bliver de let beskadiget af opløsningsmidler eller ætsende dampe. Der skal tages skridt til at forhindre skadelige dampe i at nå denne type pumpe, f.eks. ved at implementere en kold fælde, da forurening kan reducere en pumpes effektivitet og levetid betydeligt. Omtrentlige omkostninger fra 150 til 200 dollars.
Vandstrålepumpe
Vandstrålepumpen er en drivmiddelstrålepumpe, hvor vand strømmer gennem en dyse. Der udvikles et vakuum som følge af den høje strømningshastighed. Det endelige vakuum, der skal opnås, afhænger af vandtrykket og temperaturen (for vand 3,2 kPa eller 0,46 psi eller 32 mbar ved 25 °C eller 77 °F). Hvis man ikke tager hensyn til kilden til arbejdsvæsken, kan vakuumejektorer være betydeligt mere kompakte end en selvdrevet vakuumpumpe med samme kapacitet. Omtrentlige omkostninger ~25-$30. Jo lavere indsugningstryk, jo mere falder sugekapaciteten. Vandstrålepumper er kendetegnet ved deres meget lave anskaffelsesomkostninger og korrosionsbestandighed. De er dog stationære. For at bruge dem skal der monteres vand- og spildevandstilslutninger på laboratorieborde og i udsugningshætter. På grund af det typiske vandforbrug på flere hundrede liter i timen - hundrede tusinde liter om året, selv ved moderat brug - genererer vandstrålepumperne høje driftsomkostninger til ferskvand og spildevand. Enanden ulempe er det høje støjniveau og den dårlige miljøkompatibilitet, da alle stoffer og opløsningsmiddeldampe, der pumpes fra applikationer, ender i spildevandet.
Vandstrålepumpen er en drivmiddelstrålepumpe, hvor vand strømmer gennem en dyse. Der udvikles et vakuum som følge af den høje strømningshastighed. Det endelige vakuum, der skal opnås, afhænger af vandtrykket og temperaturen (for vand 3,2 kPa eller 0,46 psi eller 32 mbar ved 25 °C eller 77 °F). Hvis man ikke tager hensyn til kilden til arbejdsvæsken, kan vakuumejektorer være betydeligt mere kompakte end en selvdrevet vakuumpumpe med samme kapacitet. Omtrentlige omkostninger ~25-$30. Jo lavere indsugningstryk, jo mere falder sugekapaciteten. Vandstrålepumper er kendetegnet ved deres meget lave anskaffelsesomkostninger og korrosionsbestandighed. De er dog stationære. For at bruge dem skal der monteres vand- og spildevandstilslutninger på laboratorieborde og i udsugningshætter. På grund af det typiske vandforbrug på flere hundrede liter i timen - hundrede tusinde liter om året, selv ved moderat brug - genererer vandstrålepumperne høje driftsomkostninger til ferskvand og spildevand. Enanden ulempe er det høje støjniveau og den dårlige miljøkompatibilitet, da alle stoffer og opløsningsmiddeldampe, der pumpes fra applikationer, ender i spildevandet.
Valg af vakuumpumpe
I underjordiske kemilaboratorier er vakuum blandt det grundlæggende udstyr til laboratoriearbejdsstationer. Derfor er vakuumforsyning allerede en integreret del af planlægningen af nye laboratorier, da det er nødvendigt til mange anvendelser - uanset om det er fordampning, destillation, tørring eller blot aspiration eller filtrering. Disse grove vakuumapplikationer betjenes bedst af kemiske membranpumper.
Sikkerhed
Man skal være omhyggelig med at undgå at udlede skadelige dampe i laboratoriets atmosfære. Pumpens udstødning skal enten ledes ind i en stinkskab eller udstyres med en passende skrubber eller et filter. Når evakuerede glasvarer går i stykker, splintres de og imploderer voldsomt, så fragmenterne flyver med høj hastighed. Undersøgdine glasvarer for revner og fejl, før du anvender vakuum.
Last edited:
