Introduktion
Vakuumförsörjning är vanligtvis en integrerad del av planeringen för laboratorier i offentliga eller privata byggnader. Den är mer komplex än andra rörledningar eftersom kraven på vakuumteknik är annorlunda i ett synteslaboratorium än i t.ex. ett analys- eller cellbiologilaboratorium. Dessa olika krav kan inte uppfyllas med samma vakuumförsörjning. För att tillgodose behovet av vakuumförsörjning som är skräddarsydd för applikationerna bör de specifika kraven klargöras tidigt i planeringsfasen. "Rätt verktyg sparar tid" är ett gammalt hantverkaruttryck som även gäller för vakuumförsörjningen till varje laboratorium. Oavsett om det beror på att vakuum är dåligt känt, att rörsystemen är så lika rörsystem för gaser eller att traditionell praxis har dikterat ett enda system för hela byggnaden, förbises ofta de unika kraven på vakuumförsörjning i laboratorieplaneringsprocessen. Ändå är skräddarsytt vakuum ovärderligt för många tillämpningar. Med lämpligt vakuum kan kemisterna uppnå önskade resultat snabbare, säkrare, bekvämare och dessutom reproducerbara. Dethär ämnet är avsett att vara en första orientering för små laboratorieplanerare, underjordiska kemister och läkemedelstillverkare om vad som är viktigt att tänka på vid planering av vakuumförsörjning för laboratorier.
Vadär vakuum?
Vakuum som används i laboratorier är helt enkelt ett tryck under atmosfärstrycket. De viktigaste egenskaperna hos vakuumet som avgör dess användbarhet i en viss laboratorietillämpning är vakuumdjupet - hur mycket under atmosfärstrycket och pumphastigheten, det vill säga hur snabbt luft, ångor eller gaser kan avlägsnas från det kärl som evakueras.
Tillämpning
Många kemister använder vakuum varje dag. Men hur använder de det? Vakuum används för många standardapplikationer vid beredning och bearbetning av syntesprodukter. I de flesta fall är vakuumet inte i fokus, utan spelar en viktig stödjande roll. De mest välkända vakuumapplikationerna i laboratoriet är filtrering och torkning. Naturligtvis kan du filtrera utan vakuum - som när du brygger kaffe - genom att låta gravitationen göra jobbet åt dig. Problemet är att processen i laboratoriet ofta visar sig vara för långsam på grund av det breda spektrumet av lösningsmedel och fasta ämnen. För att påskynda processen skapas ett lågt tryck - dvs. vakuum - i en filterkolv (Büchnerkolv) för sugfiltrering (vakuumfiltrering).
Filtrering med hjälp av en kemikaliebeständig vakuumpump
I en torkningsprocess är målet däremot att ändra provets tillstånd från flytande till gasformigt. Vi skulle helt enkelt kunna låta torkningen ske, precis som när vi lufttorkar tvätt. Precis som vid filtrering skulle även denna process ta för lång tid, så även här används vakuum för att påskynda processen med hjälp av vakuumexsickatorer. Värme kan användas för att åstadkomma samma effekt, men genom att sänka trycknivån krävs mindre värmeenergi för att avdunsta lösningsmedel. Användningen av vakuum möjliggör således effektiv torkning av värmekänsliga provmaterial.
De vakuumtillämpningar som används i laboratorier varierar beroende på vetenskaplig disciplin, och de olika tillämpningarna har olika vakuumkrav. Filtrering är en process som används i nästan alla laboratorier. Syntetiska laboratorier som producerar fasta ämnen (meth, amph, mephedrone, MDMA etc.) använder ofta vakuum för torkning. Alla dessa tillämpningar kräver vakuum i "grovvakuum"-området -mellan 1 och 1000 mbar.
I kemilaboratorier används många vakuumdrivna tekniker för evaporativ separation av blandningar av ämnen, t.ex. lösningsmedel. Detmest kända exemplet på detta är rotationsindunstning, där den exakta styrningen och tryckregleringen ställer stora krav på pump- och styrteknik i grovvakuumområdet. Med denna utrustning kan lösningsmedel avdunstas snabbt utan intensiv uppvärmning, och lösningsmedel kan också återvinnas från avfall efter syntes.
Schlenk-linje och vakuumdestillation, som också är vanliga i kemilaboratorier, kräver däremot vakuum i finvakuumområdet. Denna teknik används när kokpunkten för den önskade föreningen är svår att uppnå eller kommer att leda till att föreningen bryts ned. Reducerade tryck sänker kokpunkten för föreningar.
Pumpar
MembranMembranpumpar använder ett flexibelt membran och en uppsättning backventiler för att producera pumptryck och producerar vanligtvis lågt till medelhögt vakuum. De är ofta resistenta mot lösningsmedel och milt korrosiva ångor, vilket gör dem användbara för roterande indunstare, men deras oförmåga att producera högt vakuum begränsar deras användbarhet. Membranpumpar kräver ofta ingen olja. Den här typen av pumpar kan producera upp till 1,5 mbar vakuum. Den största nackdelen är ljudnivån på 50-60 dB och behovet av periodiskt underhåll (byte av olja och membran). Membranpumpar kostar från ~450-$500.
Roterande lameller
Roterande lamellpumpar är också en vanlig typ av vakuumpump, med tvåstegspumpar som kan nå tryck långt under 10-6 bar. Lamellpumpar använder roterande uppsättningar av cirkulära lameller i ett elliptiskt hålrum för att skapa pumptryck och kan uppnå medelhögt till högt vakuum. Om din pump kräver oljebyte är det troligen en lamellpump. Även om de kan uppnå högre vakuum än membranpumpar skadas de lätt av lösningsmedel eller korrosiva ångor. Åtgärder måste vidtas för att förhindra att skadliga ångor når den här typen av pump, t.ex. genom att installera en kallfälla, eftersom föroreningar kan minska pumpens effektivitet och livslängd avsevärt. Ungefärligkostnad från 150 till 200 USD.
Roterande lamellpumpar är också en vanlig typ av vakuumpump, med tvåstegspumpar som kan nå tryck långt under 10-6 bar. Lamellpumpar använder roterande uppsättningar av cirkulära lameller i ett elliptiskt hålrum för att skapa pumptryck och kan uppnå medelhögt till högt vakuum. Om din pump kräver oljebyte är det troligen en lamellpump. Även om de kan uppnå högre vakuum än membranpumpar skadas de lätt av lösningsmedel eller korrosiva ångor. Åtgärder måste vidtas för att förhindra att skadliga ångor når den här typen av pump, t.ex. genom att installera en kallfälla, eftersom föroreningar kan minska pumpens effektivitet och livslängd avsevärt. Ungefärligkostnad från 150 till 200 USD.
Vattenjetpump
Vattenjetpumpen är en drivmedelsjetpump där vatten strömmar genom ett munstycke. Ett vakuum utvecklas till följd av det höga flödet. Det slutliga vakuumet som ska uppnås beror på vattentrycket och temperaturen (för vatten, 3,2 kPa eller 0,46 psi eller 32 mbar vid 25 °C eller 77 °F). Om man inte tar hänsyn till källan till arbetsvätskan kan vakuumejektorer vara betydligt mer kompakta än en självdriven vakuumpump med samma kapacitet. Ungefärlig kostnad ~25-$30. Ju lägre insugningstrycket är, desto mer minskar sugkapaciteten. Vattenjetpumpar utmärker sig genom sina mycket låga anskaffningskostnader och korrosionsbeständighet. De är dock stationära. För att kunna använda dem måste vatten- och avloppsanslutningar monteras på laboratoriebord och i avgaskåpor. På grund av den typiska vattenförbrukningen på flera hundra liter per timme - hundratusen liter per år, även vid måttlig användning - genererar vattenjetpumparna höga driftskostnader för färskvatten och avloppsvatten. Enannan nackdel är den höga ljudnivån och den dåliga miljökompatibiliteten, eftersom alla ämnen och lösningsmedelsångor som pumpas från applikationerna går ut i avloppsvattnet.
Vattenjetpumpen är en drivmedelsjetpump där vatten strömmar genom ett munstycke. Ett vakuum utvecklas till följd av det höga flödet. Det slutliga vakuumet som ska uppnås beror på vattentrycket och temperaturen (för vatten, 3,2 kPa eller 0,46 psi eller 32 mbar vid 25 °C eller 77 °F). Om man inte tar hänsyn till källan till arbetsvätskan kan vakuumejektorer vara betydligt mer kompakta än en självdriven vakuumpump med samma kapacitet. Ungefärlig kostnad ~25-$30. Ju lägre insugningstrycket är, desto mer minskar sugkapaciteten. Vattenjetpumpar utmärker sig genom sina mycket låga anskaffningskostnader och korrosionsbeständighet. De är dock stationära. För att kunna använda dem måste vatten- och avloppsanslutningar monteras på laboratoriebord och i avgaskåpor. På grund av den typiska vattenförbrukningen på flera hundra liter per timme - hundratusen liter per år, även vid måttlig användning - genererar vattenjetpumparna höga driftskostnader för färskvatten och avloppsvatten. Enannan nackdel är den höga ljudnivån och den dåliga miljökompatibiliteten, eftersom alla ämnen och lösningsmedelsångor som pumpas från applikationerna går ut i avloppsvattnet.
Val avvakuumpump
I underjordiska kemilaboratorier är vakuum en del av basutrustningen för laboratoriearbetsstationer. Följaktligen är vakuumförsörjning redan en integrerad del av planeringen av nya laboratorier, eftersom det behövs för många applikationer - oavsett om det gäller indunstning, destillation, torkning eller helt enkelt aspiration eller filtrering. Dessa grova vakuumapplikationer hanteras bäst med membranpumpar för kemi.
Säkerhet
Försiktighet bör iakttas för att undvika att skadliga ångor släpps ut i laboratorieatmosfären. Pumpens utblås ska antingen ledas till ett dragskåp eller förses med en lämplig skrubber eller ett filter. När evakuerade glasvaror går sönder splittras de och imploderar våldsamt, varvid fragmenten flyger iväg med hög hastighet. Inspektera glasvarorna för sprickor och defekter innan vakuum appliceras.
Last edited:
