Inleiding
Vacuümvoorziening is meestal een integraal onderdeel van de planning voor laboratoria in openbare of privégebouwen. Het is complexer dan andere nutsleidingen omdat de vereisten voor vacuümtechnologie anders zijn in een syntheselaboratorium dan bijvoorbeeld in een analytisch of celbiologisch laboratorium. Aan deze verschillende eisen kan niet worden voldaan met dezelfde vacuümvoorziening. Om tegemoet te komen aan de behoefte aan een vacuümvoorziening die is afgestemd op de toepassingen, moeten de specifieke vereisten vroeg in de planningsfase worden opgehelderd. "Het juiste gereedschap bespaart tijd" is een oud gezegde van ambachtslieden dat van toepassing is op het vacuüm dat aan elk laboratorium wordt geleverd. Of het nu is omdat vacuüm slecht begrepen wordt omdat de leidingsystemen zo lijken op leidingsystemen voor gassen, of omdat de traditionele praktijk één enkel systeem voor het hele gebouw voorschrijft, de unieke vereisten van vacuümtoevoer worden vaak over het hoofd gezien in het planningsproces van het laboratorium. Toch is vacuüm op maat voor veel toepassingen van onschatbare waarde. Met het juiste vacuüm kunnen chemici de gewenste resultaten sneller, veiliger, gemakkelijker en ook reproduceerbaar bereiken. Dit onderwerp is bedoeld als een eerste oriëntatie voor kleine laboratoriumplanners, ondergrondse chemici en medicijnfabrikanten op de belangrijke overwegingen bij het plannen van vacuümvoorziening voor laboratoria.
Wat is vacuüm?
Vacuüm zoals gebruikt in het laboratorium is eenvoudigweg druk onder de atmosferische druk. De essentiële eigenschappen van het vacuüm die het nut ervan bepalen in een bepaalde laboratoriumtoepassing zijn de vacuümdiepte - hoeveel onder atmosferische druk en de pompsnelheid, dat wil zeggen hoe snel lucht, dampen of gassen kunnen worden verwijderd uit het vat dat wordt geëvacueerd.
Toepassing
Veel chemici gebruiken vacuüm elke dag. Maar hoe gebruiken ze het? Vacuüm wordt gebruikt voor veel standaardtoepassingen bij de bereiding en verwerking van syntheseproducten. In de meeste gevallen staat het vacuüm niet centraal, maar speelt het een essentiële ondersteunende rol. De meest bekende laboratoriumvacuümtoepassingen zijn filtratie en drogen. Natuurlijk zou je kunnen filteren zonder vacuüm - zoals koffie zetten - door de zwaartekracht het werk voor je te laten doen. Het probleem is dat dit proces in het laboratorium vaak te langzaam verloopt vanwege het brede spectrum aan oplosmiddelen en vaste stoffen. Om het proces te versnellen wordt lage druk - d.w.z. vacuüm - gecreëerd in een filterkolf (Büchner kolf) voor Zuigende (vacuüm) filtratie.
Filtratie met behulp van een chemicaliënbestendige vacuümpomp
In een droogproces daarentegen is het doel om de toestand van een monster te veranderen van vloeibaar naar gasvormig. We zouden het drogen gewoon kunnen laten gebeuren, net zoals we wasgoed aan de lucht drogen. Net als bij filtratie zou ook dit proces te veel tijd kosten, dus wordt ook hier een vacuüm gebruikt om het proces te versnellen met behulp van vacuümexsiccatoren. Warmte kan worden gebruikt om hetzelfde effect te bereiken, maar door het drukniveau te verlagen is er minder warmte-energie nodig om oplosmiddelen te verdampen. Het gebruik van vacuüm maakt het dus mogelijk om warmtegevoelige monstermaterialen efficiënt te drogen.
De vacuümtoepassingen die in laboratoria worden gebruikt variëren per wetenschappelijke discipline en de verschillende toepassingen hebben verschillende vacuümvereisten. Filtratie is een proces dat in bijna alle laboratoria wordt gebruikt. Synthetische laboratoria die een vaste stof produceren (meth, amf, mephedrone, MDMA, enz.) gebruiken vaak vacuüm voor het drogen. Deze toepassingen vereisen allemaal vacuüm in het "grof vacuüm" bereik - tussen 1 en 1000 mbar.
In chemische laboratoria worden tal van vacuümgedreven technologieën gebruikt voor de verdampingsscheiding van mengsels van stoffen zoals oplosmiddelen. Het bekendste voorbeeld hiervan is rotatieverdamping, waarvoor de nauwkeurige regeling en drukregeling aanzienlijke eisen stellen aan de pomp- en regeltechnologie in het ruwe vacuümbereik. Met deze apparatuur kunnen oplosmiddelen snel worden verdampt zonder intensieve verwarming, en kunnen oplosmiddelen na synthese worden gerecupereerd uit afval.
De Schlenk-lijn en vacuümdestillatie, ook gebruikelijk in scheikundelaboratoria, vereisen daarentegen een vacuüm in het fijne vacuümbereik. Deze techniek wordt gebruikt wanneer het kookpunt van de gewenste verbinding moeilijk te bereiken is of de verbinding zal ontleden. Lagere drukken verlagen het kookpunt van verbindingen.
Pompen
MembraanMembraanpompen gebruiken een flexibel membraan en een set terugslagkleppen om pompdruk te produceren en produceren meestal lage tot gemiddelde druk. Ze zijn vaak bestand tegen oplosmiddelen en licht corrosieve dampen, waardoor ze nuttig zijn voor roterende verdampers, maar hun onvermogen om hoog vacuüm te produceren beperkt hun bruikbaarheid. Membraanpompen hebben vaak geen olie nodig. Dit type pomp kan tot 1,5 mbar vacuüm produceren. Het grootste nadeel is het geluidsniveau tot 50-60 dB en de noodzaak van periodiek onderhoud (vervanging van olie en membranen). Membraanpompen kosten ~450-$500.
Schottenpompen
Schottenpompen zijn ook een veelgebruikt type vacuümpomp, met tweetraps pompen die drukken ver onder 10-6 bar kunnen bereiken. Schottenpompen maken gebruik van roterende sets ronde schoepen in een elliptische holte om pompdruk te creëren en kunnen een gemiddeld tot hoog vacuüm bereiken. Als je pomp olie moet verversen, is het waarschijnlijk een schottenpomp. Hoewel ze een hoger vacuüm kunnen bereiken dan membraanpompen, raken ze gemakkelijk beschadigd door dampen van oplosmiddelen of corrosie. Er moeten maatregelen worden genomen om te voorkomen dat schadelijke dampen dit type pomp bereiken, zoals het installeren van een koudeval, omdat verontreiniging de efficiëntie en levensduur van een pomp aanzienlijk kan verminderen. Kosten ongeveer 150 - $200.
Schottenpompen zijn ook een veelgebruikt type vacuümpomp, met tweetraps pompen die drukken ver onder 10-6 bar kunnen bereiken. Schottenpompen maken gebruik van roterende sets ronde schoepen in een elliptische holte om pompdruk te creëren en kunnen een gemiddeld tot hoog vacuüm bereiken. Als je pomp olie moet verversen, is het waarschijnlijk een schottenpomp. Hoewel ze een hoger vacuüm kunnen bereiken dan membraanpompen, raken ze gemakkelijk beschadigd door dampen van oplosmiddelen of corrosie. Er moeten maatregelen worden genomen om te voorkomen dat schadelijke dampen dit type pomp bereiken, zoals het installeren van een koudeval, omdat verontreiniging de efficiëntie en levensduur van een pomp aanzienlijk kan verminderen. Kosten ongeveer 150 - $200.
Waterstraalpomp
De waterstraalpomp is een drijfgasstraalpomp waarbij water door een spuitstuk stroomt. Door het hoge debiet ontstaat een vacuüm. Het uiteindelijk te bereiken vacuüm hangt af van de waterdruk en de temperatuur (voor water 3,2 kPa of 0,46 psi of 32 mbar bij 25 °C of 77 °F). Als er geen rekening wordt gehouden met de bron van de werkvloeistof, kunnen vacuümejectoren aanzienlijk compacter zijn dan een zelfaangedreven vacuümpomp met dezelfde capaciteit. Kosten ongeveer ~25-$30. Hoe lager de aanzuigdruk, hoe meer de aanzuigcapaciteit afneemt. Waterstraalpompen onderscheiden zich door hun zeer lage aanschafkosten en corrosiebestendigheid. Ze zijn echter stationair. Om ze te gebruiken moeten water- en afvalwateraansluitingen op laboratoriumtafels en in afzuigkappen worden gemonteerd. Vanwege het typische waterverbruik van enkele honderden liters per uur - honderdduizenden liters per jaar, zelfs bij matig gebruik - genereren de waterstraalpompen hoge bedrijfskosten voor vers water en afvalwater. Een ander nadeel is het hoge geluidsniveau en de slechte milieucompatibiliteit, omdat alle stoffen en oplosmiddeldampen die uit de toepassingen worden gepompt in het afvalwater terechtkomen.
De waterstraalpomp is een drijfgasstraalpomp waarbij water door een spuitstuk stroomt. Door het hoge debiet ontstaat een vacuüm. Het uiteindelijk te bereiken vacuüm hangt af van de waterdruk en de temperatuur (voor water 3,2 kPa of 0,46 psi of 32 mbar bij 25 °C of 77 °F). Als er geen rekening wordt gehouden met de bron van de werkvloeistof, kunnen vacuümejectoren aanzienlijk compacter zijn dan een zelfaangedreven vacuümpomp met dezelfde capaciteit. Kosten ongeveer ~25-$30. Hoe lager de aanzuigdruk, hoe meer de aanzuigcapaciteit afneemt. Waterstraalpompen onderscheiden zich door hun zeer lage aanschafkosten en corrosiebestendigheid. Ze zijn echter stationair. Om ze te gebruiken moeten water- en afvalwateraansluitingen op laboratoriumtafels en in afzuigkappen worden gemonteerd. Vanwege het typische waterverbruik van enkele honderden liters per uur - honderdduizenden liters per jaar, zelfs bij matig gebruik - genereren de waterstraalpompen hoge bedrijfskosten voor vers water en afvalwater. Een ander nadeel is het hoge geluidsniveau en de slechte milieucompatibiliteit, omdat alle stoffen en oplosmiddeldampen die uit de toepassingen worden gepompt in het afvalwater terechtkomen.
Selectie van vacuümpompen
In ondergrondse scheikundelaboratoria behoort vacuüm tot de basisapparatuur voor laboratoriumwerkplekken. Daarom is vacuümvoorziening al een integraal onderdeel van de planning van nieuwe laboratoria, omdat het nodig is voor veel toepassingen - of het nu gaat om verdampen, destilleren, drogen of gewoon afzuigen of filteren. Deze ruwe vacuümtoepassingen worden het best gediend door chemie-membraanpompen.
Veiligheid
Zorg ervoor dat er geen schadelijke dampen in de laboratoriumatmosfeer terechtkomen. De pompuitlaat moet worden afgevoerd naar een zuurkast of worden voorzien van een geschikte gaswasser of filter. Bij breuk versplintert geëvacueerd glaswerk en implodeert het heftig, waardoor fragmenten met hoge snelheid rondvliegen. Inspecteer uw glaswerk op barsten en gebreken voordat u vacuüm toepast.
Last edited:
