Úvod
Zásobování vakuem je obvykle nedílnou součástí plánování laboratoří ve veřejných nebo soukromých budovách. Je složitější než jiné potrubní inženýrské sítě, protože požadavky na vakuovou technologii jsou v laboratoři pro syntézu jiné než například v analytické laboratoři nebo laboratoři buněčné biologie. Tyto odlišné požadavky nelze splnit stejným přívodem vakua. Aby bylo možné řešit potřebu dodávky vakua přizpůsobené daným aplikacím, měly by být specifické požadavky vyjasněny již v rané fázi plánování. "Správné nářadí šetří čas" je staré řemeslnické přísloví, které platí i pro vakuum dodávané do každé laboratoře. Ať už proto, že vakuum je špatně pochopeno, protože potrubní systémy se zdají být velmi podobné potrubním plynům, nebo proto, že tradiční praxe diktuje jediný systém pro celou budovu, jedinečné požadavky na dodávku vakua jsou v procesu plánování laboratoří často přehlíženy. Nicméně pro mnoho aplikací je vakuum na míru neocenitelné. Vhodné vakuum umožňuje chemikům dosáhnout požadovaných výsledků rychleji, bezpečněji, pohodlněji a také reprodukovatelněji. Toto téma má být úvodní orientací pro projektanty malých laboratoří, podzemní chemiky a výrobce léčiv v důležitých úvahách při plánování zásobování laboratoří vakuem.
Co je to vakuum?
Vakuum, jak se používá v laboratoři, je jednoduše tlak nižší než atmosférický. Základními vlastnostmi vakua, které určují jeho užitečnost v každé konkrétní laboratorní aplikaci, jsou hloubka vakua - jak moc pod atmosférickým tlakem a rychlost čerpání, tj. jak rychle lze z evakuované nádoby odstranit vzduch, páry nebo plyny.
Aplikace
Mnoho chemiků používá vakuum každý den. Ale jak ho používají? Vakuum se používá pro mnoho standardních aplikací při přípravě a zpracování produktů syntézy. Ve většině případů není vakuum v centru pozornosti, ale hraje zásadní podpůrnou roli. Nejznámějšími laboratorními aplikacemi vakua jsou filtrace a sušení. Samozřejmě můžete filtrovat i bez vakua - jako při vaření kávy - tím, že necháte gravitaci, aby udělala práci za vás. Problém je, že v laboratoři se tento proces často ukazuje jako příliš pomalý kvůli širokému spektru rozpouštědel a pevných látek. Pro urychlení procesu se ve filtrační baňce (Büchnerově baňce) pro sací (vakuovou) filtraci vytváří nízký tlak - tj. vakuum.
Filtrace pomocí chemicky odolné vakuové pumpy
Při sušení je naopak cílem změnit stav vzorku z kapalného na plynný. Mohli bychom jednoduše nechat sušení proběhnout, stejně jako sušíme prádlo na vzduchu. Stejně jako u filtrace by i tento proces trval příliš dlouho, proto se i zde používá vakuum, které proces urychlí pomocí vakuových vysoušečů. Ke stejnému efektu by se mohlo použít teplo, ale díky snížení úrovně tlaku je k odpaření rozpouštědel zapotřebí méně tepelné energie. Použití vakua tedy umožňuje účinné sušení materiálů vzorků citlivých na teplo.
Vakuové aplikace používané v laboratořích se liší v závislosti na vědeckém oboru a různé aplikace mají odlišné požadavky na vakuum. Filtrace je proces používaný téměř ve všech laboratořích. Syntetické laboratoře, v nichž se vyrábí nějaká pevná látka (pervitin, amfetamin, mefedron, MDMA atd.), běžně používají vakuum k sušení. Všechny tyto aplikace vyžadují vakuum v rozsahu "hrubého vakua" -mezi 1 a 1000 mbar.
V chemických laboratořích se pro odpařování směsí látek, například rozpouštědel, používá řada technologií poháněných vakuem. Nejznámějším příkladem je rotační odpařování, u něhož přesné řízení a regulace tlaku kladou značné požadavky na vývěvy a řídicí techniku v rozsahu hrubého vakua. Toto zařízení umožňuje rychlé odpařování rozpouštědel bez intenzivního zahřívání, rovněž lze rozpouštědla po syntéze rekuperovat z odpadu.
Naproti tomu Schlenkova linka a vakuová destilace, rovněž běžné v chemických laboratořích, vyžadují vakuum v rozsahu jemného vakua. Tato technika se používá v případech, kdy je obtížné dosáhnout bodu varu požadované sloučeniny nebo by došlo k jejímu rozkladu. Snížené tlaky snižují bod varu sloučenin.
Vývěvy
MembránovéMembránová čerpadla používají k vytvoření čerpacího tlaku pružnou membránu a sadu zpětných ventilů a obvykle vytvářejí nízký až střední podtlak. Často jsou odolné vůči rozpouštědlům a mírně korozivním parám, což je činí užitečnými pro rotační odparky, ale jejich neschopnost vytvářet vysoký podtlak omezuje jejich užitečnost. Membránové vývěvy často nevyžadují olej. Tento typ vývěvy může vytvářet vakuum až 1,5 mbar. Hlavní nevýhodou je produkovaný hluk až 50-60 dB a nutnost pravidelné údržby (výměna oleje a membrán). Cena membránových vývěv se pohybuje od ~450 do 500 USD.
Rotační lamelové vývěvy
Rotační lamelové vývěvy jsou rovněž běžným typem vývěvy, přičemž dvoustupňové vývěvy jsou schopny dosáhnout tlaku hluboko pod 10-6 bar. Rotační lamelové vývěvy využívají k vytvoření čerpacího tlaku rotující sady kruhových lopatek v eliptické dutině a mohou dosáhnout středního až vysokého vakua. Pokud vaše vývěva vyžaduje výměnu oleje, jedná se pravděpodobně o rotační lamelovou vývěvu. Ačkoli mohou dosáhnout vyššího vakua než membránové vývěvy, snadno se poškodí rozpouštědly nebo korozivními výpary. Je třeba přijmout opatření, aby se k tomuto typu vývěvy nedostaly škodlivé výpary, například zavést studený lapač, protože kontaminace může výrazně snížit účinnost a životnost vývěvy. Přibližné náklady se pohybují od 150 do 200 USD.
Rotační lamelové vývěvy jsou rovněž běžným typem vývěvy, přičemž dvoustupňové vývěvy jsou schopny dosáhnout tlaku hluboko pod 10-6 bar. Rotační lamelové vývěvy využívají k vytvoření čerpacího tlaku rotující sady kruhových lopatek v eliptické dutině a mohou dosáhnout středního až vysokého vakua. Pokud vaše vývěva vyžaduje výměnu oleje, jedná se pravděpodobně o rotační lamelovou vývěvu. Ačkoli mohou dosáhnout vyššího vakua než membránové vývěvy, snadno se poškodí rozpouštědly nebo korozivními výpary. Je třeba přijmout opatření, aby se k tomuto typu vývěvy nedostaly škodlivé výpary, například zavést studený lapač, protože kontaminace může výrazně snížit účinnost a životnost vývěvy. Přibližné náklady se pohybují od 150 do 200 USD.
Vodní tryskové čerpadlo
Vodní tryskové čerpadlo je hnací tryskové čerpadlo, ve kterém voda protéká tryskou. V důsledku vysokého průtoku vzniká podtlak. Konečný dosažený podtlak závisí na tlaku a teplotě vody (pro vodu 3,2 kPa nebo 0,46 psi nebo 32 mbar při 25 °C nebo 77 °F). Pokud se neuvažuje o zdroji pracovní kapaliny, mohou být vakuové ejektory výrazně kompaktnější než vývěva s vlastním pohonem o stejném výkonu. Přibližná cena ~25-30 USD. Čím nižší je vstupní tlak, tím více klesá sací výkon. Vodní vývěvy se vyznačují velmi nízkými pořizovacími náklady a odolností proti korozi. Jsou však stacionární. Pro jejich použití musí být vodní a odpadní přípojky namontovány na laboratorních stolech a v odsávacích digestořích. Vzhledem k typické spotřebě několika set litrů vody za hodinu, což je i při mírném používání sto tisíc litrů za rok, vytvářejí vodní trysková čerpadla vysoké provozní náklady na sladkou vodu a odpadní vodu. Další nevýhodou je vysoká hlučnost a špatná ekologičnost, protože všechny látky a páry rozpouštědel čerpané z aplikací přecházejí do odpadních vod.
Vodní tryskové čerpadlo je hnací tryskové čerpadlo, ve kterém voda protéká tryskou. V důsledku vysokého průtoku vzniká podtlak. Konečný dosažený podtlak závisí na tlaku a teplotě vody (pro vodu 3,2 kPa nebo 0,46 psi nebo 32 mbar při 25 °C nebo 77 °F). Pokud se neuvažuje o zdroji pracovní kapaliny, mohou být vakuové ejektory výrazně kompaktnější než vývěva s vlastním pohonem o stejném výkonu. Přibližná cena ~25-30 USD. Čím nižší je vstupní tlak, tím více klesá sací výkon. Vodní vývěvy se vyznačují velmi nízkými pořizovacími náklady a odolností proti korozi. Jsou však stacionární. Pro jejich použití musí být vodní a odpadní přípojky namontovány na laboratorních stolech a v odsávacích digestořích. Vzhledem k typické spotřebě několika set litrů vody za hodinu, což je i při mírném používání sto tisíc litrů za rok, vytvářejí vodní trysková čerpadla vysoké provozní náklady na sladkou vodu a odpadní vodu. Další nevýhodou je vysoká hlučnost a špatná ekologičnost, protože všechny látky a páry rozpouštědel čerpané z aplikací přecházejí do odpadních vod.
Výběr vývěvy
V podzemní chemické laboratoři patří vakuum k základnímu vybavení laboratorních pracovišť. Z toho vyplývá, že dodávka vakua je již nedílnou součástí plánování nových laboratoří, protože je zapotřebí pro mnoho aplikací - ať už jde o odpařování, destilaci, sušení nebo jen o odsávání či filtraci. Ktěmto hrubým vakuovým aplikacím nejlépe slouží chemické membránové vývěvy.
Bezpečnost
Je třeba dbát na to, aby nedocházelo k vypouštění škodlivých výparů do ovzduší laboratoře. Výfuk vývěvy by měl být buď vyveden do digestoře, nebo vybaven vhodným skruberem či filtrem. Při rozbití se evakuované skleněné nádobí roztříští a prudce imploduje, přičemž úlomky létají vysokou rychlostí. Před použitím vakua zkontrolujte skleněné nádobí, zda nemá praskliny a vady.
Last edited:
