Estabelecimento de laboratório doméstico

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Jul 25, 2021
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É sempre necessário escolher a casa para o laboratório com cuidado especial, pois é preciso entender que o sucesso de todo o empreendimento depende do local. Portanto, neste artigo, discutiremos algumas nuances que o ajudarão a montar um laboratório confiável.

Ao selecionar o espaço do laboratório, considere a área ao redor. No processo de produção, é possível emitir gases na atmosfera, portanto, é necessário considerar que haverá vários odores químicos perto da casa. É claro que tentaremos evitar esse problema, mas ele deve ser levado em conta.

O caminho para a casa deve ser bem visível. Encontre uma oportunidade de instalar câmeras de vídeo na estrada em direção à casa, para que isso não deixe os vizinhos desconfiados. É aconselhável ter uma grande área da propriedade onde o laboratório está localizado para que pessoas de fora não possam passar de carro. Caso contrário, você terá de fazer uma cerca alta para evitar olhares curiosos. Nesse caso, é uma boa opção organizar um laboratório na fazenda. Mas, em cada caso, a escolha do espaço é uma decisão individual, dependendo da combinação de fatores e das capacidades do organizador.

Para que o laboratório funcione bem, ele deve receber energia e água ininterruptamente. Portanto, inclua um suprimento de reserva desses dois recursos em sua lista com antecedência. É uma boa ideia ter vários geradores elétricos, com um suprimento de combustível para eles. Tenha uma estação de água para extração de água, um sistema de filtragem e um tanque para armazenar alguns cubos de água.

Outra coisa importante é ter um sistema de esgoto, de preferência com um sistema de limpeza. Se sua casa não tiver sistema de esgoto, os resíduos terão de ser removidos. Recomendo que você considere essa questão como uma das principais, pois o acúmulo de resíduos criará um perigo desnecessário para todo o empreendimento. Abordaremos esse tópico separadamente.

Vamos passar para o cômodo em si, ou melhor, é desejável que haja vários deles:
1) Laboratório. A sala principal, onde estão localizados um ou mais reatores e toda a infraestrutura para sínteses.
2) Uma sala para secagem, engarrafamento e congelamento do produto final.
3) Depósito para armazenamento de precursores e outros produtos químicos.


Cada sala deve ser mantida a uma temperatura de cerca de 20 ºC, e devem ser instalados condicionadores de ar ou caldeiras de aquecimento para manter essa temperatura, dependendo da sua região.

Um laboratório é uma sala grande, com cerca de 20 metros quadrados de espaço adequado para um laboratório com um reator. A altura do teto deve ser de cerca de 2,5 metros ou mais para acomodar o reator e os acessórios. As paredes, o piso e o teto devem ser revestidos com azulejos de grande formato para facilitar a limpeza. Como último recurso, use painéis de plástico ou folhas grossas de plástico.

O laboratório deve ser o mais equipado possível: água corrente quente e fria, esgoto, aquecimento/ar condicionado, boa energia elétrica (capacidade total calculada de todos os dispositivos com reserva). Um gerador de reserva, de preferência com partida automática em caso de queda de tensão da rede elétrica, ou um inversor de fonte de alimentação ininterrupta (de preferência os dois dispositivos) deve garantir o fornecimento ininterrupto de energia ao laboratório. Em algumas fases da síntese, uma pequena queda de energia pode significar perda de produtividade e criar uma situação de risco de explosão ou incêndio.

No laboratório, é necessário instalar um bom sistema de ventilação de suprimento e exaustão, e recomendo colocar um motor para ventilação de exaustão duas vezes mais potente do que o necessário para sua sala.
Desenhe com antecedência um diagrama da disposição dos dispositivos em seu laboratório para conduzir corretamente a energia, a água e a ventilação.

A drenagem do esgoto é melhor feita no chão.
Coloque também alguns extintores de incêndio nos locais mais acessíveis, pois incêndios em laboratórios infelizmente acontecem.
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O laboratório padrão geralmente é equipado com dispositivos e acessórios técnicos:
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Para a produção interna, é aconselhável usar reatores com um volume de 50 a 200 litros. Esse volume permite que você organize a produção de lotes substanciais. Se necessário, vários reatores podem ser usados para aumentar a produção.
A parte principal de um reator de laboratório é um frasco de reação feito de material química e termicamente estável. Um desses materiais é o vidro de borosilicato. Ele tem altas propriedades físicas e mecânicas:

- É termicamente resistente. Devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica, ele pode suportar calor de até 500 °C e grandes flutuações de temperatura e pressão;
- É liso, com baixa aderência, de modo que os produtos feitos com ele são fáceis de limpar;
- Não absorve reagentes, umidade e odores;
- Durável, é relativamente difícil de quebrar;
- tem alta transparência, o que torna conveniente observar o curso dos processos no recipiente.
Todas essas propriedades também são importantes para outros elementos usados em aparelhos. Esse vidro é usado para produzir refrigeradores, frascos, funis, tampas, pipetas e outros componentes de aparelhos de reação.
O equipamento básico de um reator de vidro borossilicato de laboratório geralmente inclui:
- Vaso do reator com camisa termostática e válvula de fundo;
- Tampa intercambiável, que é escolhida de acordo com o número de elementos a serem conectados;
- Agitador de hélice ou âncora com um motor de projeto comum ou à prova de explosão;
- Um condensador para destilar o solvente;
- Um recipiente para coletar o condensado;
- Funil de gotejamento;
- Estrutura móvel sobre rodas com mecanismo de freio.
Os recipientes de vidro e outros dispositivos para instalações de laboratório geralmente são fabricados com conexões de aterramento. Os elementos retificados garantem a estanqueidade, por isso são amplamente usados em reatores de laboratório. Há também conexões de parafuso e flange, conexão com tubos de borracha ou plugues especiais.

Além dos reatores de vidro de borosilicato, também são usados reatores de aço e fluoroplástico.
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O filtro nutsche a vácuo é um dispositivo especializado para filtragem a vácuo de meios líquidos e extração de plantas. Ele é baseado em um reator de camada única. É uma construção que consiste em
- um funil grande de aço inoxidável;
- Um recipiente esférico de vidro estreito para coletar o filtrado;
- Uma estrutura de montagem de aço com fixadores;
- um suporte para o frasco.

A parte superior do funil é feita na forma de um cilindro, com uma grade de aço inoxidável embutida em seu fundo - o material filtrante é colocado sobre ela. O gargalo do tanque é conectado ao funil por meio de fixadores com parafusos. A vedação entre o frasco e o funil é resistente a produtos químicos.

O frasco de vidro tem uma válvula para evacuar o ar (na parte superior) e uma válvula para drenar o filtrado (montada na saída inferior). Feito de vidro de alta qualidade. A torneira pode ser de vidro ou teflon.
A estrutura é montada sobre rodas para facilitar a movimentação pela sala.

Este artigo descreve um filtro nutsche com um frasco de vidro e um funil de metal, mas também são usados filtros nutsche de fluoroplástico, metal e cerâmica.

No laboratório, geralmente são usados filtros nutsche com um volume de 20 litros ou mais.
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A bomba de vácuo quimicamente resistente foi projetada para geração de vácuo de diferentes níveis, para filtração e aspiração a vácuo, eletroforese em gel; para conexão a filtros Nutche, evaporadores, reatores químicos, porta-luvas, caixas de sucção médica, armários de secagem e vácuo e outros dispositivos de vácuo.

Para uso em laboratório, é necessária uma bomba de vácuo feita de materiais especiais resistentes a produtos químicos com a respectiva rotulagem. Dependendo do projeto, as bombas de vácuo são dos seguintes tipos:
-Bomba de óleo de palhetas rotativas;
-bomba de pistão com diafragma;
-bomba de circulação de água
e outros...
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Para reatores de laboratório, os termostatos de circulação de aquecimento são usados para manter a temperatura definida na camisa do reator químico graças a uma bomba integrada. Quanto menor o volume do banho, mais rápido será o aquecimento do refrigerante em seu interior, ou seja, o reator externo receberá mais rapidamente um novo lote de refrigerante com a temperatura definida. Quanto maior a capacidade de aquecimento, mais rápido será o controle da temperatura.
Os termostatos de aquecimento têm um banho de aço com isolamento térmico que permite que o fluido seja aquecido com segurança a até 300 °C.
Um termostato de circulação de aquecimento é necessário quando a mistura de reação precisa ser aquecida durante o processo de síntese.
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Para resfriar os trocadores de calor em reatores químicos, um resfriador é um resfriador circulante usado para extrair calor do processo. Em contraste com o uso de água corrente, a temperatura desejada pode ser de -20 °C.

Os chillers têm resfriamento a água (símbolo "w") e a ar do sistema de refrigeração. Os modelos de chillers (termostatos de resfriamento) com sistema de refrigeração resfriado a água são silenciosos e requerem uma pequena quantidade de água de resfriamento, mesmo com capacidade total de resfriamento. Os chillers podem ser equipados adicionalmente com um aquecedor e uma proteção independente contra superaquecimento. A temperatura máxima de trabalho é aumentada para 100 °C e a estabilidade da temperatura é de ±0,2 °C.

Um resfriador é necessário se a massa de reação tiver que ser resfriada durante a síntese.
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Um freezer será necessário para resfriar os reagentes que precisam dele, para fazer gelo, para sedimentar as substâncias obtidas da massa de reação após a acidificação e outros processos semelhantes.

Os freezers são divididos em freezers domésticos e de laboratório e têm preços muito diferentes.
Os principais requisitos para freezers de laboratório são:
- Alta precisão do ajuste de temperatura.
- Homogeneidade da distribuição de temperatura em todo o volume do freezer.
- Capacidade de instalar dispositivos que registrem as mudanças de temperatura na câmara de resfriamento e gravem os resultados em papel ou mídia eletrônica (medidores, registradores eletrônicos ou de papel).
- Disponibilidade de portas para validação do refrigerador.
- Resistência à corrosão das superfícies internas e externas do refrigerador de laboratório à ação de detergentes e desinfetantes agressivos.

Mas, para a maioria dos laboratórios domésticos, freezers normais com uma faixa de temperatura de até -20 ºC são suficientes, portanto, cabe a você decidir se faz sentido pagar a mais por um freezer de laboratório.
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O evaporador rotativo é um dispositivo para remoção rápida de líquidos por destilação a pressão reduzida. Amplamente utilizado em laboratórios químicos para a evaporação de solventes de misturas de substâncias, bem como para a separação de líquidos.
Nem todo laboratório pode usar um evaporador rotativo. Antes de encomendar um evaporador rotativo, estude detalhadamente o processo de síntese e determine se você precisa de um.
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No processo de trabalho no laboratório, há muito vidro de laboratório sujo e outros recipientes; para manter a limpeza, é necessário lavar os objetos sujos. Para isso, peça uma pia de metal funda, como as que são colocadas em cafeterias para lavar pratos. Elas são profundas o suficiente para lavar recipientes grandes. Além da torneira, recomenda-se a instalação de uma mangueira longa para facilitar a lavagem.
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É melhor usar uma mesa de laboratório feita de metal. O tamanho da mesa é determinado com base na área da sala e na localização do equipamento. Ela é fácil de cuidar e é mais estável e durável, o que permite que você a use com uma carga pesada.
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Para o armazenamento de utensílios de laboratório e todos os tipos de itens, recomenda-se o uso de uma estante metálica, que é fácil de usar e durável, podendo suportar cargas pesadas. A estante ajudará a eliminar a desordem que pode levar a consequências perigosas no laboratório.
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Se a sua casa estiver sob vigilância por vídeo, recomendamos colocar vários monitores de vigilância em sua casa para que você possa monitorar a área de qualquer lugar. Um deles deve ser instalado no laboratório para que você possa monitorar seus movimentos no território e durante a síntese.

Para controlar seu território e o acesso a ele, recomendamos a instalação de um conjunto de câmeras de vídeo: para controlar por vídeo a estrada que leva à casa; câmeras de perímetro; câmeras nas entradas das instalações.
Se você instalar câmeras IP, poderá monitorá-las remotamente.

Recomenda-se também a instalação de um sistema de alarme com um módulo GSM para que, ao abrir portas e janelas em suas instalações, você receba um sinal em seu telefone celular e saiba se alguém entrou nelas.
O painel de controle elétrico que alimenta todo o laboratório deve ficar do lado de fora da porta. Em caso de circunstâncias imprevistas que sejam impossíveis ou perigosas de serem influenciadas, você deve sair correndo do laboratório e desenergizá-lo com a segurança da porta.
Se houver janelas no laboratório, é melhor cobri-las com um pano grosso de várias camadas ou cobri-las com painéis de plástico.
A sala de secagem é preparada para trabalhar com produtos acabados. Normalmente, uma sala de 3 por 3 metros é suficiente, mas, dependendo do volume de produção, a área dessa sala pode ser diferente. Nessa sala, é instalado um sistema de prateleiras para secagem e cristalização de produtos acabados.
Para a sala de secagem, é importante criar um microclima: uma temperatura constante e ar seco. Portanto, além do equipamento padrão para manter uma temperatura constante, é necessário instalar um desumidificador. Ele tem um recipiente para coletar água da atmosfera, que deve ser esvaziado quando cheio.
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É melhor usar estantes largas com prateleiras profundas para a sala de secagem. Para secar o produto acabado, recomenda-se instalar um aquecedor de filme infravermelho nas prateleiras e cobri-las com filme plástico espesso. A radiação infravermelha moderada é excelente para secar o produto acabado.
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No passado, a sala de secagem era equipada com uma boa ventilação de exaustão e secava por fluxo de ar. Mas esse tipo de secagem tem várias desvantagens: se você tiver uma grande massa de produto acabado, a secagem será muito demorada e o exaustor terá de funcionar sem parar por muito tempo, o que gera muito ruído e um grande desperdício de eletricidade.
Com base nisso, recomendamos equipá-lo conforme descrito acima.
de produtos químicos
O depósito de precursores e reagentes químicos não precisa estar localizado na casa, pode ser qualquer anexo, como uma garagem ou um galpão.
Diferentes reagentes químicos têm diferentes condições de armazenamento, portanto, esteja ciente disso antes de montar um depósito. Em climas quentes, alguns reagentes podem precisar ser armazenados em um refrigerador ou freezer.
O armazém deve ser ventilado: por exemplo, os solventes tendem a evaporar dos recipientes e, se houver acúmulo suficiente de vapores, uma faísca ou alta temperatura é suficiente para provocar combustão espontânea. Também é recomendável equipar o depósito com extintores de incêndio ou um sistema de supressão de incêndio.
Para o armazenamento, você precisará de um sistema de prateleiras. Como nas salas anteriores, recomendamos o uso de estruturas metálicas, pois elas são particularmente duráveis e não exigem cuidados especiais.

É necessário ter equipamento de enchimento/dispensação, balança e recipientes vazios no depósito para poder medir o número necessário de reagentes para sínteses, para posterior transferência para o laboratório.
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Um excelente sistema de ventilação de suprimento e exaustão deve ser instalado no laboratório.
O sistema de ventilação de suprimento e exaustão é um complexo de equipamentos que fornece a entrada de ar da rua, limpando-o de poeira, pólen e fornecendo-o para a sala. Ao mesmo tempo, a segunda parte do sistema coleta o ar de exaustão e os odores desagradáveis e os remove para fora.
Para que a ventilação funcione de forma eficaz, é preciso calcular corretamente a capacidade dos ventiladores em relação ao volume do cômodo. Para isso, é necessário que a potência do ventilador de exaustão seja o dobro da potência do ventilador de suprimento. Nesse caso, os odores serão removidos rapidamente.
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Os depuradores são usados para limpar meios gasosos de impurezas em vários processos químicos e tecnológicos, são dispositivos de purificação de gás baseados na lavagem de gás com líquido.
Os depuradores são projetados para capturar os gases descarregados do reator. A limpeza de gases de impurezas por meio de depuradores pertence ao método de depuração úmida. Esse método se baseia na lavagem do gás com líquido (água, solução alcalina e outros) na superfície mais desenvolvida do contato do líquido com as partículas de aerossol e na mistura mais intensa do gás limpo com o líquido. Esse método permite a remoção de poeira, fumaça, névoa e partículas de aerossol (geralmente indesejadas ou prejudiciais) de praticamente qualquer tamanho do gás.
Os seguintes tipos de depuradores são diferenciados:
- torres do tipo bocal (depuradores do tipo bocal);
- ciclones pulverizados (depuradores centrífugos);
- aparelhos de espuma;
- depuradores Venturi.
A operação dos depuradores de gás úmido baseia-se na captura de partículas de poeira pelo líquido, que as leva para fora dos aparelhos na forma de lodo. O processo de coleta nos coletores de poeira úmida é aprimorado devido ao efeito de condensação - aumento das partículas de poeira devido à condensação do vapor de água sobre elas.

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Descarte
Todo laboratório enfrenta o problema do descarte de resíduos. Há três tipos de resíduos:
1. Gasoso.
2. Sólidos.
3. Líquidos.

Os resíduos gasosos, conforme descrito acima, podem ser descarregados na atmosfera com uma ventilação de exaustão ou lavados com um fluxo de líquido de lavagem em um depurador.

Os resíduos sólidos são, em sua maioria, recipientes e embalagens de reagentes e equipamentos: plástico, papel (madeira), metal, vidro e outros.
Se, no processo de trabalho, você conseguir reutilizar esses itens, aproveite-os, em vez de comprar novos. Por exemplo, os potes de vidro podem ser lavados e usados para pesagem ou armazenamento, assim como alguns recipientes de metal e plástico.
Mas alguns resíduos sólidos ainda terão de ser descartados, geralmente retirados e jogados fora. Para evitar ser pego pela polícia, você deve se livrar dos adesivos e rótulos que identificam o lote e o nome do produto, que podem se tornar provas contra você. Para minimizar os riscos, você deve apagar ou pintar sobre as letras, remover os adesivos e cortar as etiquetas.
Você pode compactar os resíduos sólidos; eles ficarão mais compactos e mais fáceis de remover. Escolha com antecedência um local onde você levará os resíduos para serem descartados. O local de descarte deve estar a uma distância razoável do laboratório; se o seu resíduo for encontrado e levantar suspeitas, as residências e empresas próximas serão verificadas.

Os resíduos líquidos são frequentemente descartados; deixá-los em contêineres é arriscado; se detectados, o exame mostrará sua relação com a síntese de substâncias proibidas. Esses resíduos são divididos em dois tipos: água contaminada e solventes orgânicos residuais insolúveis em água.
Recomenda-se que apenas a água contaminada seja descartada no sistema de esgoto, pois as substâncias insolúveis em água podem corroer os canos ou entupir a descarga, causando riscos adicionais ao laboratório. Portanto, eles devem ser levados para longe do laboratório e descartados. Eles também podem ser queimados em um aquecedor a diesel.
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Em plantas industriais, alguns resíduos são destruídos em incineradores, fornos a gás especiais. Os incineradores são fornecidos em tamanhos pequenos e podem ser usados no laboratório, mas exigirão uma sala separada ou um espaço externo.
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A incineração é o processo de combustão dos elementos orgânicos dos fluxos de resíduos. Industrialmente, esse processo também é conhecido como "tratamento térmico".
Há dois subprodutos principais da incineração. O primeiro é a cinza inerte de fundo, que é formada principalmente pelos elementos inorgânicos do fluxo de resíduos, e o segundo é o gás de combustão que, desde que os sistemas de limpeza de gás apropriados tenham sido especificados, é seguro para ser liberado na atmosfera.

Partes de um incinerador.
As peças da maioria dos incineradores são bastante padronizadas. O principal fator ao selecionar essas peças é sua capacidade de durar e operar bem nos ambientes de alto estresse testemunhados na incineração.

-Câmara primária (câmara de combustão) - é onde os resíduos são carregados e inflamados. Na maioria dos incineradores, a ignição ocorre devido às altas temperaturas ambientes que são retidas no revestimento das câmaras.
Câmara secundária - às vezes também chamada de câmara de "pós-combustão", é exigida por lei na Europa, nos EUA, na Austrália e no Canadá para evitar a formação de partículas nocivas. Em muitos países, a lei estipula que todo o gás de combustão deve permanecer nessa câmara secundária por pelo menos 2 segundos a 850 ºC.
-Pilha de combustão - também conhecida como chaminé. A maioria dos incineradores exige uma altura de chaminé de, no mínimo, 3 m. Essa altura será consideravelmente maior em áreas mais urbanizadas ou onde as condições atmosféricas assim o exigirem.
-Painel de controle e termopares - controlam a operação da máquina e garantem que as câmaras estejam na temperatura certa ANTES de qualquer resíduo ser carregado para incineração.
-Queimadores - a maioria dos incineradores modernos é equipada com queimadores de baixo NOx ou de fluxo de gás modulado para aumentar a eficiência.
-Tanques de combustível - Os tanques de combustível devem ser isolados para garantir o armazenamento seguro do combustível.
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Os incineradores são projetados para a descontaminação segura e eficaz de muitos tipos de resíduos. Ao usar um incinerador com uma câmara de pós-combustão de alta qualidade e um sistema de limpeza de poeira e gás, as emissões de dioxina e furano podem ser evitadas nos gases residuais.
Incinerador é um forno no qual a incineração (descontaminação térmica) de resíduos é realizada a altas temperaturas de 400 a 1.200 ºC.
 

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Osmosis Vanderwaal

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Tenho certeza de que nunca poderei usar algo com 1/20 do tamanho desse livro. Sua seção de vigilância por vídeo menciona apenas a caixa de disjuntores e a cobertura das janelas, portanto, há espaço para desenvolvimento nesse ponto.
Ao considerar a necessidade de um evaporador rotativo, quanto mais rápido ele é do que a destilação a vácuo?
Não parece que nenhuma das bombas de vácuo exibidas esteja dentro de 1/10 da quantidade necessária para operar o equipamento naquela sala. Vi várias bombas de palhetas cilíndricas e bombas de operação mista com 20 ho ou mais. Quantos CFM seriam realmente necessários para operar 10 reatores de 50L? Quanto vácuo um químico pode usar no mundo real antes que a capacidade do equipamento seja prejudicada?
 
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