Úvod
Zásobovanie vákuom je zvyčajne neoddeliteľnou súčasťou plánovania laboratórií vo verejných alebo súkromných budovách. Je zložitejšie ako iné potrubné inžinierske siete, pretože požiadavky na vákuovú technológiu sú v laboratóriu syntézy iné ako napríklad v analytickom laboratóriu alebo v laboratóriu bunkovej biológie. Tieto rozdielne požiadavky nemožno splniť rovnakým prívodom vákua. Aby sa vyriešila potreba dodávky vákua prispôsobeného aplikáciám, špecifické požiadavky by sa mali objasniť už vo fáze plánovania. "Správny nástroj šetrí čas" je staré remeselnícke príslovie, ktoré sa vzťahuje na vákuum dodávané do každého laboratória. Či už preto, že vákuum je málo pochopené, pretože potrubné systémy sa zdajú byť veľmi podobné potrubným plynom, alebo preto, že tradičná prax diktovala jeden systém pre celú budovu, jedinečné požiadavky na dodávku vákua sa v procese plánovania laboratória často prehliadajú. Napriek tomu je pre mnohé aplikácie vákuum na mieru neoceniteľné. Vhodné vákuum umožňuje chemikom dosiahnuť požadované výsledky rýchlejšie, bezpečnejšie, pohodlnejšie a tiež reprodukovateľnejšie. Táto téma má byť úvodnou orientáciou pre plánovačov malých laboratórií, podzemných chemikov a výrobcov liekov na dôležité úvahy pri plánovaní zásobovania laboratórií vákuom.
Čo je to vákuum?
Vákuum, ako sa používa v laboratóriu, je jednoducho tlak nižší ako atmosférický tlak. Základnými vlastnosťami vákua, ktoré určujú jeho užitočnosť v každej konkrétnej laboratórnej aplikácii, sú hĺbka vákua - koľko je pod atmosférickým tlakom a rýchlosť čerpania, t. j. ako rýchlo možno z evakuovanej nádoby odstrániť vzduch, pary alebo plyny.
Aplikácie
Mnohí chemici používajú vákuum každý deň. Ale ako ho používajú? Vákuum sa používa na mnohé štandardné aplikácie pri príprave a spracovaní produktov syntézy. Vo väčšine prípadov nie je vákuum v centre pozornosti, ale hrá dôležitú podpornú úlohu. Najznámejšie laboratórne vákuové aplikácie sú filtrácia a sušenie. Samozrejme, môžete filtrovať aj bez vákua - napríklad variť kávu - tak, že necháte gravitáciu, aby robila prácu za vás. Problémom je, že v laboratóriu sa tento proces často ukazuje ako príliš pomalý kvôli širokému spektru rozpúšťadiel a pevných látok. Na urýchlenie procesu sa vo filtračnej banke (Büchnerovej banke) na sacie (vákuové) filtrovanie vytvára nízky tlak - t. j. vákuum.
Filtrácia pomocou chemicky odolnej vákuovej vývevy
Na druhej strane, pri procese sušenia je cieľom zmeniť stav vzorky z kvapalného na plynný. Mohli by sme jednoducho nechať sušenie prebehnúť, rovnako ako sušíme bielizeň na vzduchu. Podobne ako pri filtrácii, aj tento proces by trval príliš dlho, preto sa aj tu používa vákuum na urýchlenie procesu pomocou vákuových vysúšačov. Na dosiahnutie rovnakého účinku by sa mohlo použiť teplo, ale znížením úrovne tlaku je na odparenie rozpúšťadiel potrebné menej tepelnej energie. Použitie vákua teda umožňuje efektívne sušenie materiálov vzoriek citlivých na teplo.
Vákuové aplikácie používané v laboratóriách sa líšia v závislosti od vedného odboru a rôzne aplikácie majú odlišné požiadavky na vákuum. Filtrácia je proces používaný takmer vo všetkých laboratóriách. Syntetické laboratóriá, v ktorých sa vyrába nejaká pevná látka (pervitín, amfetamín, mefedron, MDMA atď.), bežne používajú vákuum na sušenie. Všetky tieto aplikácie vyžadujú vákuum v rozsahu "hrubého vákua" - od1 do 1000 mbar.
V chemických laboratóriách sa na odparovanie zmesí látok, napríklad rozpúšťadiel, používajú mnohé technológie poháňané vákuom. Najznámejším príkladom je rotačné odparovanie, pri ktorom presné riadenie a regulácia tlaku kladú významné požiadavky na vývevy a riadiacu techniku v rozsahu hrubého vákua. Toto zariadenie umožňuje rýchle odparovanie rozpúšťadiel bez intenzívneho zahrievania, tiež môžete rekuperovať rozpúšťadlá po syntéze z odpadu.
Naproti tomu Schlenkova linka a vákuová destilácia, ktoré sú tiež bežné v chemických laboratóriách, vyžadujú vákuum v rozsahu jemného vákua. Táto technika sa používa vtedy, keď je ťažké dosiahnuť bod varu požadovanej zlúčeniny alebo by došlo k jej rozkladu. Znížené tlaky znižujú bod varu zlúčenín.
Vývevy
MembránovéMembránové čerpadlá používajú na vytvorenie čerpacieho tlaku pružnú membránu a sadu spätných ventilov a zvyčajne vytvárajú nízky až stredný podtlak. Často sú odolné voči rozpúšťadlám a mierne korozívnym parám, vďaka čomu sú užitočné pre rotačné odparky, ale ich neschopnosť vytvárať vysoké vákuum obmedzuje ich užitočnosť. Membránové vývevy často nevyžadujú olej. Tento typ vývevy môže produkovať až 1,5 mbar vákua. Hlavnou nevýhodou je produkovaný hluk do 50 - 60 dB a nutnosť pravidelnej údržby (výmena oleja a membrán). Membránové vývevy stoja od ~450 do 500 USD.
Rotačné lamelové vývevy
Rotačné lamelové vývevy sú tiež bežným typom vývevy, pričom dvojstupňové vývevy sú schopné dosiahnuť tlaky hlboko pod 10-6 barov. Rotačné lopatkové vývevy používajú na vytvorenie čerpacieho tlaku rotujúce sady kruhových lopatiek v eliptickej dutine a môžu dosiahnuť stredné až vysoké vákuum. Ak si vaše čerpadlo vyžaduje výmenu oleja, pravdepodobne ide o rotačné lamelové čerpadlo. Hoci môžu dosiahnuť vyššie vákuum ako membránové vývevy, ľahko sa poškodia rozpúšťadlom alebo korozívnymi výparmi. Je potrebné prijať opatrenia na zabránenie prístupu škodlivých výparov k tomuto typu vývevy, napríklad zavedenie studeného lapača, pretože kontaminácia môže výrazne znížiť účinnosť a životnosť vývevy. Približné náklady sa pohybujú od 150 do 200 USD.
Rotačné lamelové vývevy sú tiež bežným typom vývevy, pričom dvojstupňové vývevy sú schopné dosiahnuť tlaky hlboko pod 10-6 barov. Rotačné lopatkové vývevy používajú na vytvorenie čerpacieho tlaku rotujúce sady kruhových lopatiek v eliptickej dutine a môžu dosiahnuť stredné až vysoké vákuum. Ak si vaše čerpadlo vyžaduje výmenu oleja, pravdepodobne ide o rotačné lamelové čerpadlo. Hoci môžu dosiahnuť vyššie vákuum ako membránové vývevy, ľahko sa poškodia rozpúšťadlom alebo korozívnymi výparmi. Je potrebné prijať opatrenia na zabránenie prístupu škodlivých výparov k tomuto typu vývevy, napríklad zavedenie studeného lapača, pretože kontaminácia môže výrazne znížiť účinnosť a životnosť vývevy. Približné náklady sa pohybujú od 150 do 200 USD.
Vodné čerpadlo
Vodné čerpadlo je hnacie čerpadlo, v ktorom voda prúdi cez dýzu. V dôsledku vysokého prietoku vzniká podtlak. Konečné vákuum, ktoré sa má dosiahnuť, závisí od tlaku a teploty vody (pre vodu 3,2 kPa alebo 0,46 psi alebo 32 mbar pri 25 °C alebo 77 °F). Ak sa neberie do úvahy zdroj pracovnej kvapaliny, vákuové ejektory môžu byť podstatne kompaktnejšie ako vákuové čerpadlo s vlastným pohonom s rovnakým výkonom. Približná cena ~25 - 30 USD. Čím nižší je vstupný tlak, tým viac klesá sací výkon. Vodné vývevy sa vyznačujú veľmi nízkymi obstarávacími nákladmi a odolnosťou proti korózii. Sú však stacionárne. Na ich použitie musia byť vodné a odpadové prípojky namontované na laboratórnych stoloch a v odsávačoch. Vzhľadom na typickú spotrebu vody niekoľko stoviek litrov za hodinu - stotisíc litrov za rok aj pri miernom používaní - vytvárajú vodné prúdové čerpadlá vysoké prevádzkové náklady na čerstvú vodu a odpadovú vodu. Ďalšou nevýhodou je vysoká hladina hluku a zlá environmentálna kompatibilita, keďže všetky látky a výpary rozpúšťadiel čerpané z aplikácií prechádzajú do odpadových vôd.
Vodné čerpadlo je hnacie čerpadlo, v ktorom voda prúdi cez dýzu. V dôsledku vysokého prietoku vzniká podtlak. Konečné vákuum, ktoré sa má dosiahnuť, závisí od tlaku a teploty vody (pre vodu 3,2 kPa alebo 0,46 psi alebo 32 mbar pri 25 °C alebo 77 °F). Ak sa neberie do úvahy zdroj pracovnej kvapaliny, vákuové ejektory môžu byť podstatne kompaktnejšie ako vákuové čerpadlo s vlastným pohonom s rovnakým výkonom. Približná cena ~25 - 30 USD. Čím nižší je vstupný tlak, tým viac klesá sací výkon. Vodné vývevy sa vyznačujú veľmi nízkymi obstarávacími nákladmi a odolnosťou proti korózii. Sú však stacionárne. Na ich použitie musia byť vodné a odpadové prípojky namontované na laboratórnych stoloch a v odsávačoch. Vzhľadom na typickú spotrebu vody niekoľko stoviek litrov za hodinu - stotisíc litrov za rok aj pri miernom používaní - vytvárajú vodné prúdové čerpadlá vysoké prevádzkové náklady na čerstvú vodu a odpadovú vodu. Ďalšou nevýhodou je vysoká hladina hluku a zlá environmentálna kompatibilita, keďže všetky látky a výpary rozpúšťadiel čerpané z aplikácií prechádzajú do odpadových vôd.
Výber vákuových čerpadiel
V podzemnom chemickom laboratóriu patrí vákuum medzi základné vybavenie laboratórnych pracovísk. Z toho vyplýva, že dodávka vákua je už neoddeliteľnou súčasťou plánovania nových laboratórií, pretože je potrebná pri mnohých aplikáciách - či už pri odparovaní, destilácii, sušení alebo len pri odsávaní či filtrácii. Na tieto aplikácie s hrubým vákuom sa najlepšie hodia chemické membránové vývevy.
Bezpečnosť
Treba dbať na to, aby sa zabránilo vypúšťaniu škodlivých výparov do laboratórnej atmosféry. Výfuk čerpadla by mal byť odvádzaný do digestora alebo vybavený vhodným skruberom alebo filtrom. Pri rozbití sa evakuovaný sklenený riad rozbije a prudko imploduje, pričom úlomky lietajú vysokou rýchlosťou. Pred použitím vákua skontrolujte sklenený riad, či nemá praskliny a chyby.
Last edited:
