Обеспечение и применение вакуума в лаборатории
MacondoRCМы в телеграмм:
💡 Получите все необходимое вместе с Macondo. Стать членом сообщества можно через Macondo Synthesis или Macondo Shop (ссылка в шапке профиля).
У нас вы найдете:
🟢 Рецепты синтеза:🔹Мефедрон🔹A-PVP🔹МДМА🔹Амфетамин🔹Метамфетамин🔸Рецепты других веществ
🟠 Товары:🔹Реактивы и прекурсоры🔹Лабораторная посуда и оборудование🔹Конструкторы почтой🔹Конструкторы кладом
🟡 Услуги:🔹Консультации для новичков🔹Консультации для магазинов🔸 Справочник WIKI
🟣 Прочее:🔹 Правила🔹 Контакты
Введение
Подача вакуума обычно является неотъемлемой частью планирования лабораторий в общественных или частных зданиях. Это сложнее, чем другие трубопроводные системы, потому что требования к вакуумной технологии в лаборатории синтеза иные, чем, например, в аналитической лаборатории или лаборатории клеточной биологии. Эти различные требования не могут быть удовлетворены с помощью одного и того же источника вакуума. Чтобы удовлетворить потребность в подаче вакуума в соответствии с приложениями, конкретные требования должны быть уточнены на ранней стадии планирования. «Правильный инструмент экономит время» — старая поговорка мастеров, применимая к вакууму, поставляемому в каждую лабораторию. То ли из-за того, что вакуум плохо изучен, потому что системы трубопроводов кажутся очень похожими на трубопроводы для газов, то ли из-за того, что традиционная практика диктовала единую систему для всего здания, уникальные требования к вакуумному обеспечению часто упускаются из виду в процессе планирования лаборатории. Тем не менее, для многих применений индивидуальный вакуум имеет неоценимое значение. Соответствующий вакуум позволяет химикам достигать желаемых результатов быстрее, безопаснее, удобнее и воспроизводимее. Эта тема предназначена для первоначального ознакомления планировщиков небольших лабораторий, подпольных химиков и производителей лекарств с важными соображениями при планировании вакуумного снабжения лабораторий.
Что такое вакуум ?
Вакуум, используемый в лаборатории, — это просто давление ниже атмосферного. Важнейшими качествами вакуума, которые определяют его полезность в любом конкретном лабораторном применении, являются глубина вакуума - насколько ниже атмосферного давления и скорость откачки, то есть как быстро воздух, пары или газы могут быть удалены из вакуумируемого сосуда.
Приложение
Многие химики используют вакуум каждый день. Но как они его используют? Вакуум используется для многих стандартных применений при подготовке и обработке продуктов синтеза. В большинстве случаев вакуум не является основным, но играет важную вспомогательную роль. Наиболее распространенными лабораторными вакуумными приложениями являются фильтрация и сушка. Конечно, вы можете фильтровать без вакуума — как заваривать кофе — позволяя гравитации делать всю работу за вас. Проблема в том, что в лаборатории процесс часто оказывается слишком медленным из-за широкого спектра растворителей и твердых веществ. Для ускорения процесса в колбе-фильтре (колбе Бюхнера) для аспирационной (вакуумной) фильтрации создается низкое давление, т. е. вакуум.
С другой стороны, в процессе сушки цель состоит в том, чтобы изменить состояние образца с жидкого на газообразное. Мы могли бы просто позволить сушке произойти, как мы сушим белье на воздухе. Как и в случае с фильтрацией, этот процесс также займет слишком много времени, поэтому здесь также используется вакуум для ускорения процесса с помощью вакуумных эксикаторов. Для достижения того же эффекта можно использовать тепло, но при снижении уровня давления для испарения растворителей требуется меньше тепловой энергии. Таким образом, использование вакуума делает возможным эффективную сушку термочувствительных материалов образцов.
Вакуумные приложения, используемые в лабораториях, различаются в зависимости от научной дисциплины, и разные приложения имеют разные требования к вакууму. Фильтрация – это процесс, используемый почти во всех лабораториях. Синтетические лаборатории, в которых производятся некоторые твердые вещества (мет, амфетамин, мефедрон, МДМА и т. д.), обычно используют вакуум для сушки. Все эти приложения требуют вакуума в диапазоне «грубого вакуума» — от 1 до 1000 мбар.
В химических лабораториях для испарительного разделения смесей веществ, таких как растворители, используются многочисленные вакуумные технологии. Наиболее известным примером этого является роторное испарение , для которого точный контроль и регулирование давления предъявляют значительные требования к насосу и технологии управления в диапазоне грубого вакуума. Это оборудование позволяет быстро выпаривать растворители без интенсивного нагрева, а также регенерировать растворители после синтеза из отходов.
Напротив, линия Шленка и вакуумная дистилляция, также распространенные в химических лабораториях, требуют вакуума в диапазоне тонкого вакуума. Этот метод используется, когда трудно достичь точки кипения желаемого соединения или это приведет к разложению соединения. Пониженное давление снижает температуру кипения соединений.
Насосы
Диафрагменные
Мембранные насосы используют гибкую диафрагму и набор обратных клапанов для создания давления нагнетания и обычно создают вакуум от низкого до среднего. Они часто устойчивы к парам растворителей и умеренно агрессивным веществам, что делает их полезными для роторных испарителей, но их неспособность создавать высокий вакуум ограничивает их применение. Мембранные насосы часто не требуют масла. Этот тип насоса может создавать вакуум до 1,5 мбар. Основным недостатком является производимый шум до 50-60 дБ и необходимость периодического обслуживания (замена масла и мембран). Мембранные насосы стоят от 450 до 500 долларов США.
Ротационно-лопастные насосы Роторно-лопастные насосы также являются распространенным типом вакуумных насосов, при этом двухступенчатые насосы могут достигать давления значительно ниже 10-6 бар. Роторно-лопастные насосы используют вращающиеся наборы круглых лопастей в эллиптической полости для создания давления откачки и могут достигать среднего и высокого вакуума. Если ваш насос требует замены масла, скорее всего, это пластинчато-роторный насос. Хотя они могут создавать более высокий вакуум, чем диафрагменные насосы, они легко повреждаются парами растворителей или агрессивных паров. Необходимо принять меры для предотвращения попадания вредных паров в насос этого типа, например, установить холодную ловушку, поскольку загрязнение может значительно снизить эффективность и срок службы насоса. Ориентировочная стоимость от 150-200$.
Водоструйный насос
Водоструйный насос представляет собой струйный насос, в котором вода течет через сопло. Вакуум возникает из-за высокой скорости потока. Достигаемый конечный вакуум зависит от давления и температуры воды (для воды 3,2 кПа или 0,46 фунта на кв. дюйм или 32 мбар при 25 °C или 77 °F). Без учета источника рабочей жидкости вакуумные эжекторы могут быть значительно компактнее автономных вакуумных насосов той же производительности. Ориентировочная стоимость ~25-30$. Чем ниже давление на входе, тем больше снижается мощность всасывания. Водоструйные насосы отличаются очень низкими затратами на приобретение и коррозионной стойкостью. Однако они стационарны. Для их использования на лабораторных столах и в вытяжных шкафах должны быть установлены патрубки водопровода и канализации. Из-за типичного расхода воды в несколько сотен литров в час - сотни тысяч литров в год, даже при умеренном использовании - водоструйные насосы генерируют высокие эксплуатационные расходы на пресную воду и сточные воды. Еще одним недостатком является высокий уровень шума и плохая экологичность, так как все вещества и пары растворителей, откачиваемые из установок, попадают в сточные воды.
Выбор вакуумного насоса
В подземной химической лаборатории вакуум является одним из основных устройств лабораторных рабочих мест. Следовательно, подача вакуума уже является неотъемлемой частью планирования новых лабораторий, поскольку она необходима для многих применений — будь то выпаривание, дистилляция, сушка или просто аспирация или фильтрация. Для таких применений с грубым вакуумом лучше всего подходят химические диафрагменные насосы.
Безопасность
Следует соблюдать осторожность, чтобы не допустить попадания вредных паров в атмосферу лаборатории. Выхлопные газы насоса должны быть либо выведены в вытяжной шкаф, либо снабжены соответствующим скруббером или фильтром. При разбивании эвакуированная стеклянная посуда разбивается и сильно взрывается, разбрасывая осколки с большой скоростью. Осмотрите стеклянную посуду на наличие трещин и дефектов перед применением вакуума.