Įvadas
Vakuuminis aprūpinimas paprastai yra neatsiejama laboratorijų, esančių viešuosiuose ar privačiuose pastatuose, planavimo dalis. Jis yra sudėtingesnis nei kiti vamzdynų komunaliniai tinklai, nes sintezės laboratorijoje vakuumo technologijai keliami kitokie reikalavimai nei, pavyzdžiui, analizės ar ląstelių biologijos laboratorijoje. Šių skirtingų reikalavimų negalima patenkinti tuo pačiu vakuumo tiekimu. Kad būtų patenkintas vakuumo tiekimo poreikis, pritaikytas konkrečioms reikmėms, konkretūs reikalavimai turėtų būti išsiaiškinti ankstyvajame planavimo etape. "Tinkamas įrankis taupo laiką" - senas amatininkų posakis, kuris tinka ir kiekvienai laboratorijai tiekiamam vakuumui. Nesvarbu, ar dėl to, kad vakuumas menkai suprantamas, nes vamzdynų sistemos atrodo labai panašios į dujų vamzdynus, ar dėl to, kad tradicinė praktika diktuoja vieną viso pastato sistemą, unikalūs vakuumo tiekimo reikalavimai dažnai pamirštami laboratorijų planavimo procese. Nepaisant to, daugelyje sričių pritaikytas vakuumas yra neįkainojamas. Tinkamas vakuumas leidžia chemikams greičiau, saugiau, patogiau ir atkuriamiau pasiekti norimų rezultatų. Ši tema skirta kaip pirminė orientacija mažų laboratorijų planuotojams, pogrindžio chemikams ir vaistų gamintojams į svarbius aspektus planuojant laboratorijų aprūpinimą vakuumu.
Kas yra vakuumas?
Laboratorijoje naudojamas vakuumas - tai tiesiog slėgis, mažesnis už atmosferos slėgį. Esminės vakuumo savybės, lemiančios jo naudingumą bet kokioje konkrečioje laboratorijoje, yra vakuumo gylis - kiek žemiau atmosferos slėgio, ir siurbimo greitis, t. y. kaip greitai galima pašalinti orą, garus ar dujas iš evakuuojamo indo.
Taikymas
Daugelis chemikų vakuumą naudoja kasdien. Tačiau kaip jie jį naudoja? Vakuumas naudojamas daugeliu standartinių atvejų ruošiant ir apdorojant sintezės produktus. Daugeliu atvejų vakuumas nėra pagrindinis, bet atlieka esminį pagalbinį vaidmenį. Labiausiai žinomos laboratorinio vakuumo taikymo sritys yra filtravimas ir džiovinimas. Žinoma, galite filtruoti ir be vakuumo - pavyzdžiui, virti kavą, leisdami gravitacijai atlikti darbą už jus. Problema ta, kad laboratorijoje dėl plataus spektro tirpiklių ir kietųjų medžiagų šis procesas dažnai būna per lėtas. Siekiant pagreitinti procesą, filtravimo kolboje (Büchnerio kolboje) sukuriamas žemas slėgis, t. y. vakuumas, skirtas siurbiamajam (vakuuminiam) filtravimui.
Filtravimas naudojant cheminėms medžiagoms atsparų vakuuminį siurblį
Kita vertus, džiovinant siekiama pakeisti mėginio būseną iš skystos į dujinę. Galėtume tiesiog leisti džiovinimui vykti, kaip kad džioviname skalbinius oru. Kaip ir filtravimo atveju, šis procesas taip pat užtruktų per daug laiko, todėl čia taip pat naudojamas vakuumas, kad pagreitintų procesą, padedant vakuuminiams eksikatoriams. Tam pačiam efektui pasiekti galima naudoti šilumą, tačiau sumažinus slėgio lygį, tirpikliams išgarinti reikia mažiau šilumos energijos. Taigi, naudojant vakuumą galima veiksmingai džiovinti šilumai jautrias bandinių medžiagas.
Laboratorijose naudojamos vakuumo taikymo sritys skiriasi priklausomai nuo mokslinės disciplinos, o skirtingoms taikymo sritims keliami skirtingi vakuumo reikalavimai. Beveik visose laboratorijose naudojamas filtravimas. Sintetinių medžiagų laboratorijose, kuriose gaminamos tam tikros kietosios medžiagos (metamfetaminas, amfetaminas, mefedronas, MDMA ir kt.), džiovinimui paprastai naudojamas vakuumas. Visiems šiems taikymams reikalingas vakuumas "grubaus vakuumo"diapazone - nuo 1 iki 1000 mbar.
Chemijos laboratorijose daugybė vakuumu valdomų technologijų naudojama medžiagų mišiniams, pavyzdžiui, tirpikliams, atskirti garinant. Geriausiai žinomas pavyzdys - rotacinis garinimas, kurio tiksli kontrolė ir slėgio reguliavimas kelia didelius reikalavimus siurblių ir valdymo technologijoms grubaus vakuumo srityje. Ši įranga leidžia greitai išgarinti tirpiklius be intensyvaus kaitinimo, taip pat galima rekuperuoti tirpiklius po sintezės iš atliekų.
Priešingai, Schlenk linijai ir vakuuminiam distiliavimui, taip pat paplitusiam chemijos laboratorijose, reikalingas vakuumas smulkaus vakuumo diapazone. Šis metodas naudojamas, kai sunku pasiekti norimo junginio virimo temperatūrą arba dėl jo junginys suirtų. Sumažintas slėgis sumažina junginių virimo temperatūrą.
Siurbliai
MembraniniaiMembraniniai siurbliai naudoja lanksčią diafragmą ir atbulinių vožtuvų rinkinį, kad sukurtų siurbimo slėgį, ir paprastai sukuria mažą arba vidutinį vakuumą. Dažnai jie būna atsparūs tirpiklių ir silpnai korozinių medžiagų garams, todėl yra naudingi rotaciniuose garintuvuose, tačiau jų nesugebėjimas sukurti didelio vakuumo riboja jų naudingumą. Membraniniams siurbliams dažnai nereikia alyvos. Šio tipo siurbliai gali sukurti iki 1,5 mbar vakuumą. Pagrindinis trūkumas - iki 50-60 dB triukšmas ir būtinybė periodiškai atlikti techninę priežiūrą (keisti alyvą ir membranas). Membraniniai siurbliai kainuoja ~450-500 USD.
Rotaciniai mentiniai siurbliai
Rotaciniai mentiniai siurbliai taip pat yra paplitęs vakuuminių siurblių tipas, o dviejų pakopų siurbliai gali pasiekti gerokai mažesnį nei 10-6 bar slėgį. Rotacinių menčių siurbliuose siurbimo slėgiui sukurti naudojami elipsės formos ertmėje besisukantys apskritų menčių rinkiniai, kuriais galima pasiekti vidutinį ir aukštą vakuumą. Jei jūsų siurbliui reikia keisti alyvą, greičiausiai tai yra rotacinis mentinis siurblys. Nors jais galima pasiekti didesnį vakuumą nei diafragminiais siurbliais, jie lengvai pažeidžiami tirpiklių ar korozinių garų. Reikia imtis priemonių, kad kenksmingi garai nepatektų į šio tipo siurblį, pavyzdžiui, įrengti šalčio gaudyklę, nes užterštumas gali gerokai sumažinti siurblio efektyvumą ir tarnavimo laiką. Apytikslė kaina 150-200 USD.
Rotaciniai mentiniai siurbliai taip pat yra paplitęs vakuuminių siurblių tipas, o dviejų pakopų siurbliai gali pasiekti gerokai mažesnį nei 10-6 bar slėgį. Rotacinių menčių siurbliuose siurbimo slėgiui sukurti naudojami elipsės formos ertmėje besisukantys apskritų menčių rinkiniai, kuriais galima pasiekti vidutinį ir aukštą vakuumą. Jei jūsų siurbliui reikia keisti alyvą, greičiausiai tai yra rotacinis mentinis siurblys. Nors jais galima pasiekti didesnį vakuumą nei diafragminiais siurbliais, jie lengvai pažeidžiami tirpiklių ar korozinių garų. Reikia imtis priemonių, kad kenksmingi garai nepatektų į šio tipo siurblį, pavyzdžiui, įrengti šalčio gaudyklę, nes užterštumas gali gerokai sumažinti siurblio efektyvumą ir tarnavimo laiką. Apytikslė kaina 150-200 USD.
Vandens srovės siurblys
Vandens srovės siurblys yra sraigtinis siurblys, kuriame vanduo teka pro antgalį. Dėl didelio srauto greičio susidaro vakuumas. Galutinis pasiekiamas vakuumas priklauso nuo vandens slėgio ir temperatūros (vandeniui - 3,2 kPa arba 0,46 psi, arba 32 mbar, esant 25 °C arba 77 °F). Jei neatsižvelgiama į darbinio skysčio šaltinį, vakuuminiai ežektoriai gali būti gerokai kompaktiškesni už tokio pat našumo savaeigius vakuuminius siurblius. Apytikslė kaina ~25-30 USD. Kuo mažesnis įsiurbimo slėgis, tuo labiau mažėja siurbimo pajėgumas. Vandens čiurkšliniai siurbliai išsiskiria labai mažomis įsigijimo išlaidomis ir atsparumu korozijai. Tačiau jie yra stacionarūs. Norint juos naudoti, vandens ir nuotekų jungtys turi būti sumontuotos ant laboratorinių stalų ir ištraukiamųjų gaubtų. Dėl tipinio kelių šimtų litrų vandens suvartojimo per valandą - šimto tūkstančių litrų per metus, net ir naudojant saikingai, - vandens srovės siurbliai sukuria dideles gėlo vandens ir nuotekų eksploatavimo sąnaudas. Kitas trūkumas - didelis triukšmo lygis ir prastas suderinamumas su aplinka, nes visos medžiagos ir tirpiklių garai, perpumpuojami iš programų, patenka į nuotekas.
Vandens srovės siurblys yra sraigtinis siurblys, kuriame vanduo teka pro antgalį. Dėl didelio srauto greičio susidaro vakuumas. Galutinis pasiekiamas vakuumas priklauso nuo vandens slėgio ir temperatūros (vandeniui - 3,2 kPa arba 0,46 psi, arba 32 mbar, esant 25 °C arba 77 °F). Jei neatsižvelgiama į darbinio skysčio šaltinį, vakuuminiai ežektoriai gali būti gerokai kompaktiškesni už tokio pat našumo savaeigius vakuuminius siurblius. Apytikslė kaina ~25-30 USD. Kuo mažesnis įsiurbimo slėgis, tuo labiau mažėja siurbimo pajėgumas. Vandens čiurkšliniai siurbliai išsiskiria labai mažomis įsigijimo išlaidomis ir atsparumu korozijai. Tačiau jie yra stacionarūs. Norint juos naudoti, vandens ir nuotekų jungtys turi būti sumontuotos ant laboratorinių stalų ir ištraukiamųjų gaubtų. Dėl tipinio kelių šimtų litrų vandens suvartojimo per valandą - šimto tūkstančių litrų per metus, net ir naudojant saikingai, - vandens srovės siurbliai sukuria dideles gėlo vandens ir nuotekų eksploatavimo sąnaudas. Kitas trūkumas - didelis triukšmo lygis ir prastas suderinamumas su aplinka, nes visos medžiagos ir tirpiklių garai, perpumpuojami iš programų, patenka į nuotekas.
Vakuuminių siurblių pasirinkimas
Požeminėje chemijos laboratorijoje vakuumas yra viena pagrindinių laboratorinių darbo vietų įrangos dalių. Todėl vakuumo tiekimas jau yra neatsiejama naujų laboratorijų planavimo dalis, nes jis reikalingas daugeliui programų - garinimui, distiliavimui, džiovinimui ar tiesiog aspiracijai ar filtravimui. Tokiems šiurkštaus vakuumo taikymams geriausiai tinka cheminiai diafragminiai siurbliai.
Sauga
Reikia stengtis, kad į laboratorijos atmosferą nepatektų kenksmingų garų. Siurblio išmetimo vamzdžiai turėtų būti išleidžiami į garų gaubtą arba juose turėtų būti įrengtas atitinkamas skruberis ar filtras. Sudaužyti evakuoti stiklo indai sudūžta ir smarkiai susprogsta, o jų fragmentai skrieja dideliu greičiu. Prieš pradėdami vakuumavimą, patikrinkite, ar stikliniai indai nėra įtrūkę ir su trūkumais.
Last edited:
