Ievads
Vakuuma padeve parasti ir neatņemama laboratoriju plānošanas sastāvdaļa sabiedriskās vai privātās ēkās. Tā ir sarežģītāka nekā citas cauruļvadu inženierkomunikācijas, jo sintēzes laboratorijā prasības vakuuma tehnoloģijai ir atšķirīgas nekā, piemēram, analītiskajā vai šūnu bioloģijas laboratorijā. Šīs atšķirīgās prasības nevar izpildīt ar vienu un to pašu vakuuma padevi. Lai apmierinātu vajadzību pēc lietojumiem pielāgotas vakuuma padeves, īpašās prasības jānoskaidro jau plānošanas posmā. "Pareizs darbarīks ietaupa laiku" ir vecs amatnieku teiciens, kas attiecas uz vakuuma piegādi katrai laboratorijai. Vai nu tāpēc, ka vakuums ir slikti izprasts, jo cauruļvadu sistēmas šķiet tik līdzīgas cauruļvadu gāzēm, vai arī tāpēc, ka tradicionālā prakse ir noteikusi vienotu sistēmu visai ēkai, laboratoriju plānošanas procesā bieži vien netiek ņemtas vērā unikālās vakuuma piegādes prasības. Tomēr daudzām vajadzībām pielāgots vakuums ir nenovērtējams. Piemērots vakuums ļauj ķīmiķiem ātrāk, drošāk, ērtāk un arī reproducējami sasniegt vēlamos rezultātus. Šī tēma ir domāta kā sākotnēja orientācija mazo laboratoriju plānotājiem, pagrīdes ķīmiķiem un zāļu ražotājiem par svarīgiem apsvērumiem vakuuma piegādes plānošanā laboratorijām.
Kas ir vakuums?
Vakuums, kā to lieto laboratorijā, ir vienkārši spiediens zem atmosfēras spiediena. Būtiskās vakuuma īpašības, kas nosaka tā lietderību jebkurā konkrētā laboratorijas lietojumā, ir vakuuma dziļums - cik daudz zemāks par atmosfēras spiedienu, un sūknēšanas ātrums, t. i., cik ātri var izvadīt gaisu, tvaikus vai gāzes no evakuējamās tvertnes.
Pielietojums
Daudzi ķīmiķi vakuumu izmanto katru dienu. Bet kā viņi to izmanto? Vakuumu izmanto daudzos standarta lietojumos sintēzes produktu sagatavošanā un apstrādē. Vairumā gadījumu vakuums nav galvenais, bet tam ir būtiska palīgfunkcija. Vispazīstamākie laboratorijas vakuuma lietojumi ir filtrēšana un žāvēšana. Protams, jūs varat filtrēt arī bez vakuuma, piemēram, pagatavojot kafiju, ļaujot gravitācijai darīt darbu jūsu vietā. Problēma ir tā, ka laboratorijā šis process bieži vien izrādās pārāk lēns plašā šķīdinātāju un cieto vielu spektra dēļ. Lai paātrinātu procesu, sūkšanas (vakuuma) filtrēšanai filtrkolbā (Büchner kolbā) tiek radīts zems spiediens, t. i., vakuums.
Filtrēšana ar ķīmiski izturīga vakuumsūkņa palīdzību
Savukārt žāvēšanas procesā mērķis ir mainīt parauga stāvokli no šķidra uz gāzveida. Mēs varētu vienkārši ļaut žāvēšanai notikt, tāpat kā mēs žāvējam veļu gaisā. Tāpat kā filtrēšanas gadījumā, arī šis process aizņemtu pārāk daudz laika, tāpēc arī šeit izmanto vakuumu, lai paātrinātu procesu ar vakuuma eksikatoru palīdzību. Lai panāktu to pašu efektu, varētu izmantot siltumu, taču, samazinot spiediena līmeni, šķīdinātāju iztvaicēšanai ir nepieciešams mazāk siltumenerģijas. Tādējādi vakuuma izmantošana ļauj efektīvi žāvēt karstumjutīgus paraugu materiālus.
Laboratorijās izmantotie vakuuma lietojumi atšķiras atkarībā no zinātnes nozares, un dažādiem lietojumiem ir atšķirīgas prasības attiecībā uz vakuumu. Filtrēšana ir process, ko izmanto gandrīz visās laboratorijās. Sintētiskajās laboratorijās, kurās ražo kādu cietu vielu (metamfetamīnu, amfetamīnu, mefedronu, MDMA u. c.), žāvēšanai parasti izmanto vakuumu. Visiem šiem lietojumiem nepieciešams vakuums "aptuvenā vakuuma"diapazonā - no 1 līdz 1000 mbar.
Ķīmijas laboratorijās vielu maisījumu, piemēram, šķīdinātāju, iztvaicēšanai izmanto daudzas ar vakuumu darbināmas tehnoloģijas. Vislabāk zināmais piemērs ir rotācijas iztvaicēšana, kuras precīzai kontrolei un spiediena regulēšanai tiek izvirzītas ievērojamas prasības attiecībā uz sūkņu un vadības tehnoloģijām neapstrādātā vakuuma diapazonā. Šī iekārta ļauj ātri iztvaicēt šķīdinātājus bez intensīvas sildīšanas, kā arī pēc sintēzes var atgūt šķīdinātājus no atkritumiem.
Turpretī Šlenka līnijai un vakuumdestilācijai, kas arī ir izplatītas ķīmijas laboratorijās, ir nepieciešams vakuums smalkā vakuuma diapazonā. Šo metodi izmanto, ja vēlamā savienojuma viršanas temperatūra ir grūti sasniedzama vai savienojums sadalīsies. Samazināts spiediens samazina savienojumu viršanas temperatūru.
Sūkņi
MembrānaDiafragmas sūkņi izmanto elastīgu diafragmu un pretvārstu komplektu, lai radītu sūknēšanas spiedienu, un parasti rada zemu vai vidēju vakuumu. Tie bieži vien ir izturīgi pret šķīdinātāju un viegli korozīviem tvaikiem, tāpēc ir noderīgi rotācijas iztvaicētājiem, bet to nespēja radīt augstu vakuumu ierobežo to lietderību. Diafragmas sūkņiem bieži vien nav nepieciešama eļļa. Šāda tipa sūkņi var radīt vakuumu līdz 1,5 mbar. Galvenais trūkums ir radītais troksnis līdz 50-60 dB un nepieciešamība periodiski veikt apkopi (eļļas un membrānu nomaiņa). Diafragmas sūkņu cena ir no ~ 450 līdz 500 USD.
Rotācijas lāpstiņu sūkņi
Rotācijas lāpstiņu sūkņi arī ir izplatīts vakuumsūkņu veids, un divpakāpju sūkņi spēj sasniegt spiedienu krietni zem 10-6 bar. Rotējošo lāpstiņu sūkņi izmanto rotējošus apļveida lāpstiņu komplektus eliptiskā dobumā, lai radītu sūknēšanas spiedienu, un ar tiem var sasniegt vidēju līdz augstu vakuumu. Ja jūsu sūknim nepieciešama eļļas maiņa, tas, visticamāk, ir rotācijas lāpstiņu sūknis. Lai gan ar tiem var sasniegt augstāku vakuumu nekā ar diafragmas sūkņiem, tos viegli bojā šķīdinātāju vai kodīgu tvaiku iedarbība. Jāveic pasākumi, lai nepieļautu kaitīgu tvaiku nokļūšanu šāda tipa sūkņos, piemēram, jāizmanto aukstuma uztvērējs, jo piesārņojums var ievērojami samazināt sūkņa efektivitāti un kalpošanas laiku. Aptuvenās izmaksas ir no 150 līdz 200 USD.
Rotācijas lāpstiņu sūkņi arī ir izplatīts vakuumsūkņu veids, un divpakāpju sūkņi spēj sasniegt spiedienu krietni zem 10-6 bar. Rotējošo lāpstiņu sūkņi izmanto rotējošus apļveida lāpstiņu komplektus eliptiskā dobumā, lai radītu sūknēšanas spiedienu, un ar tiem var sasniegt vidēju līdz augstu vakuumu. Ja jūsu sūknim nepieciešama eļļas maiņa, tas, visticamāk, ir rotācijas lāpstiņu sūknis. Lai gan ar tiem var sasniegt augstāku vakuumu nekā ar diafragmas sūkņiem, tos viegli bojā šķīdinātāju vai kodīgu tvaiku iedarbība. Jāveic pasākumi, lai nepieļautu kaitīgu tvaiku nokļūšanu šāda tipa sūkņos, piemēram, jāizmanto aukstuma uztvērējs, jo piesārņojums var ievērojami samazināt sūkņa efektivitāti un kalpošanas laiku. Aptuvenās izmaksas ir no 150 līdz 200 USD.
Ūdens strūklas sūknis
Ūdens strūklas sūknis ir dzinēja strūklas sūknis, kurā ūdens plūst caur sprauslu. Lielā plūsmas ātruma rezultātā rodas vakuums. Galīgais sasniedzamais vakuums ir atkarīgs no ūdens spiediena un temperatūras (ūdenim - 3,2 kPa jeb 0,46 psi jeb 32 mbar pie 25 °C jeb 77 °F). Ja neņem vērā darba šķidruma avotu, vakuuma ežektori var būt ievērojami kompaktāki nekā tādas pašas jaudas vakuumsūknis ar pašu spēkstaciju. Aptuvenās izmaksas ir ~25-$30. Jo zemāks ieplūdes spiediens, jo vairāk samazinās iesūkšanas jauda. Ūdens strūklas sūkņi izceļas ar ļoti zemām iegādes izmaksām un izturību pret koroziju. Tomēr tie ir stacionāri. Lai tos izmantotu, ūdens un notekūdeņu pieslēgumi jāuzstāda uz laboratorijas galdiem un izplūdes pārsegos. Tā kā tipiskais ūdens patēriņš ir vairāki simti litru stundā - simts tūkstoši litru gadā pat pie mērenas lietošanas - ūdens strūklas sūkņi rada augstas saldūdens un notekūdeņu ekspluatācijas izmaksas. Vēl viens trūkums ir augstais trokšņa līmenis un sliktā saderība ar vidi, jo visas vielas un šķīdinātāju tvaiki, kas tiek sūknēti no iekārtām, nonāk notekūdeņos.
Ūdens strūklas sūknis ir dzinēja strūklas sūknis, kurā ūdens plūst caur sprauslu. Lielā plūsmas ātruma rezultātā rodas vakuums. Galīgais sasniedzamais vakuums ir atkarīgs no ūdens spiediena un temperatūras (ūdenim - 3,2 kPa jeb 0,46 psi jeb 32 mbar pie 25 °C jeb 77 °F). Ja neņem vērā darba šķidruma avotu, vakuuma ežektori var būt ievērojami kompaktāki nekā tādas pašas jaudas vakuumsūknis ar pašu spēkstaciju. Aptuvenās izmaksas ir ~25-$30. Jo zemāks ieplūdes spiediens, jo vairāk samazinās iesūkšanas jauda. Ūdens strūklas sūkņi izceļas ar ļoti zemām iegādes izmaksām un izturību pret koroziju. Tomēr tie ir stacionāri. Lai tos izmantotu, ūdens un notekūdeņu pieslēgumi jāuzstāda uz laboratorijas galdiem un izplūdes pārsegos. Tā kā tipiskais ūdens patēriņš ir vairāki simti litru stundā - simts tūkstoši litru gadā pat pie mērenas lietošanas - ūdens strūklas sūkņi rada augstas saldūdens un notekūdeņu ekspluatācijas izmaksas. Vēl viens trūkums ir augstais trokšņa līmenis un sliktā saderība ar vidi, jo visas vielas un šķīdinātāju tvaiki, kas tiek sūknēti no iekārtām, nonāk notekūdeņos.
Vakuumsūkņu izvēle
Pazemes ķīmijas laboratorijā vakuums ir viens no laboratorijas darba vietu pamataprīkojuma elementiem. Līdz ar to vakuuma padeve jau ir neatņemama jauno laboratoriju plānošanas sastāvdaļa, jo tā ir nepieciešama daudzos lietojumos - gan iztvaicēšanā, destilācijā, žāvēšanā, gan vienkārši aspirācijā vai filtrēšanā. Šādus neapstrādātus vakuuma lietojumus vislabāk nodrošina ķīmijas diafragmas sūkņi.
Drošība
Jābūt uzmanīgiem, lai izvairītos no kaitīgu tvaiku noplūdes laboratorijas atmosfērā. Sūkņa izplūdes gāzu izvadam jābūt novadītam uz tvaika nosūcēju vai aprīkotam ar atbilstošu skruberi vai filtru. Kad evakuētie stikla trauki tiek salauzti, tie sadrūp un spēcīgi implozējas, izmētājot fragmentus lielā ātrumā. Pirms vakuuma piemērošanas pārbaudiet, vai stikla izstrādājumos nav plaisu un defektu.
Last edited:
