6.13: Правильная эксплуатация вакуумного оборудования

1. Использование средств индивидуальной защиты

1. Защитные очки, лабораторные халаты и лицевые щитки должны использоваться при работе с вакуумным аппаратом или рядом с ним.
2. Противовзрывной экран должен использоваться для предотвращения разлетающегося стекла или мусора в результате резкого изменения давления.

2. Использование подходящих трубок и оборудования

1. Всегда используйте трубки, стеклянную посуду и другое оборудование, предназначенное для использования с вакуумом. Неправильное использование может привести к повреждению материала и вызвать взрыв/взрыв.
2. Регулярно проверяйте стекло и трубки на наличие дефектов/порезов, так как они могут легко треснуть/разбиться под вакуумом.
3. Выхлопная труба вакуумного насоса должна быть подключена к вытяжному шкафу или вытяжному кожуху здания. Это особенно важно, если вакуум используется в системе, использующей коррозионные или токсичные химические вещества.
4. В зависимости от эксперимента и степени вакуума следует использовать ограждение или защитный барьер между оператором и сосудом под вакуумом. Это могут быть те же барьеры, которые используются для изоляции операторов от оборудования высокого давления.

3. Ловушки

1. Всегда используйте ловушку между источником вакуума (насосом) и устройством, использующим вакуум. Конденсатоотводчик защищает дорогостоящий источник вакуума от повреждений в случае случайных утечек или обратного потока материала в вакуумную линию.
2. Конденсатоотводчики также помогают предотвратить выброс паров/запахов в выхлопную трубу насоса.
3. Ловушки обычно криостатируются с использованием сухого льда или ванн с жидким азотом. Необходимо проявлять крайнюю осторожность при использовании таких криогенных температур, а также использовать надлежащие СИЗ для подачи охлаждающей жидкости внутрь и из конденсатоотводчиков.
4. Поскольку использование криогенных жидкостей (т.е. жидкого азота) в целях охлаждения может привести к сжижению кислорода, вакуумные системы должны находиться под вакуумом до и во время работы. После достижения желаемого уровня вакуума дьюар, содержащий масляную ловушку, может быть впоследствии заполнен жидким азотом. После завершения эксперимента, требующего вакуума, все еще находясь под вакуумом, извлеките колбу Дьюара из ловушки, заполненной жидким азотом, дайте ловушке нагреться до комнатной температуры и медленно откройте систему для атмосферного давления.
5. Сами колбы Дьюара находятся под вакуумом, и с ними нужно обращаться с максимальной осторожностью, так как они могут мгновенно взорваться. Всегда используйте надлежащие СИЗ при транспортировке или работе с флягами Дьюара.

4. Выпуск за границу

1. Вакуумные линии должны быть медленно прокачаны перед отсоединением от конденсатоотводчиков и источника вакуума. Резкое изменение давления создает нагрузку на материалы и может привести к преждевременному разрушению и взрыву.

5. Покрытие стеклянной посуды

1. Стеклянная посуда объемом более 250 мл, используемая в вакуумном оборудовании, должна быть покрыта лентой, сеткой или пластиковым покрытием, чтобы снизить вероятность разлетающихся обломков в случае взрыва. Это включает в себя ловушки, сосуды Дьюара, ротационные испарители и любую другую стеклянную посуду, содержащуюся под вакуумом.

Вакуумные насосы используются в широком спектре лабораторных процедур. К распространенным примерам относятся фильтрация, сушка, дегазация, испарительное покрытие и масс-спектрометрия.

Насосное оборудование должно обслуживаться и эксплуатироваться безопасно, чтобы предотвратить отказы оборудования, взрывы и выброс химических веществ. В этом видеоролике мы расскажем о нескольких распространенных конструкциях насосов, обсудим общие меры предосторожности, которые необходимо соблюдать при настройке вакуумного оборудования, и продемонстрирует безопасность эксплуатации.

Давайте начнем с изучения различных конструкций насосов.

В пластинчато-роторных насосах воздух и другие газы всасываются через входное отверстие ротором. Газы нагнетаются через масляный герметизированный выхлоп, который предотвращает обратный поток, на выход, выходящий из системы. Пластинчато-роторные насосы могут создавать вакуум от десяти до отрицательных трех торр. Эти насосы являются самосмазывающимися, но требуют замены масла и уязвимы к коррозии под действием водяного пара.

В спиральных насосах воздух проходит через входное отверстие между двумя эксцентриковыми спиральными спиральными спиралью, одна из которых неподвижна, а другая вращается по орбите. Это движение сжимает воздух и толкает его к выходному отверстию. Вакуум от десяти до отрицательных двух торр может быть достигнут. Спиральные насосы являются «сухими» механизмами – они не требуют масла или воды, но спирали необходимо периодически заменять по мере их износа. Спиральные насосы и пластинчато-роторные насосы подходят для дистилляции, фильтрации и дегазации.

Водяной аспиратор — это еще один тип насоса, который часто встречается в лабораториях. В этом типе насоса вода поступает через входное отверстие в высокоскоростное сопло, а выходит в виде струи жидкости низкого давления. Газы всасываются через боковое отверстие и нагнетаются к выпускному отверстию. Водяные аспираторы создают вакуум всего 10 мм рт. ст. Хотя они легко подключаются к обычным смесителям для раковины, они требуют большого количества воды. Водяные аспираторы часто используются для сушки и экстракции.

Наконец, турбомолекулярные насосы создают сверхвысокий вакуум. Воздух нагнетается через чередующиеся лопасти статора и турбины, которые прогоняют молекулы газа через выпускное отверстие, соединенное с насосом для черновой очистки. Турбомолекулярные насосы могут производить вакуум от десяти до минус десяти торр, но для этого требуется еще один насос, чтобы сначала понизить давление до 1 торр. Турбомолекулярные насосы используются для электронной микроскопии, выращивания кристаллов и испарительного покрытия.

Теперь, когда вы знакомы с конструкциями, давайте рассмотрим меры индивидуальной защиты и безопасности, которые следует соблюдать перед эксплуатацией этих вакуумных насосов.

По возможности работайте со всем вакуумным оборудованием внутри вытяжного шкафа с опущенной створкой. Наденьте защитные очки и защитный щиток для лица. Они обеспечивают защиту от химикатов и мусора в случае, если стеклянная посуда взорвется под действием вакуума.

Используйте стеклянную посуду и оборудование, рассчитанное на использование с ожидаемым уровнем вакуума. Проверьте стеклянную посуду и трубки на наличие трещин или других дефектов. Неисправное или неподходящее оборудование может легко взорваться под воздействием вакуума. Оберните стеклянную посуду объемом более 250 мл лентой, сеткой или пластиком в качестве дополнительной меры предосторожности против летящего мусора.

Если известно, что процедура приводит к образованию коррозионных паров, выберите насос, который может выдержать эти пары. Убедитесь, что насос чистый и не подвержен коррозии. Для масляных насосов проверяйте уровень масла и периодически меняйте масло.

Убедитесь, что насос выровнен и сбалансирован. Подсоедините выходное отверстие насоса к выпускному патрубку вытяжного шкафа. Надежно разместите трубку внутри вытяжки, чтобы предотвратить выброс химических веществ. Убедитесь, что все трубки не ограничены и что нет утечек, особенно рядом с фланцами.

Теперь, когда вакуумный насос настроен, давайте рассмотрим соображения безопасности во время и после работы насоса.

Подсоедините вход насоса к стеклянной посуде с помощью холодной ловушки. Холодная ловушка представляет собой стеклянную емкость, которая защищает насос путем замораживания летучих органических веществ, эвакуированных из аппарата.

Во время процедуры холодная ловушка погружается в сухой лед или сосуд Дьюара с жидким азотом. Используйте криогенное защитное оборудование при работе с этими охлаждающими жидкостями.

Потенциальную опасность представляет конденсация кислорода в холодной ловушке с образованием взрывоопасного жидкого азота. Чтобы предотвратить его образование, запустите вакуумный насос и вакуумируйте аппарат перед погружением холодной ловушки в жидкий азот. Никогда не позволяйте холодной ловушке контактировать с жидким азотом, если она не находится под вакуумом, и никогда не открывайте вакуумную линию для подачи воздуха с установленной холодной ловушкой.

Регулярно проверяйте холодную ловушку на наличие конденсированных растворителей и жидкого кислорода. При необходимости опорожните холодную ловушку, чтобы предотвратить попадание растворителей в трубку и вакуумный насос. Если виден жидкий кислород, светло-голубая жидкость, прекратите процедуру и обратитесь за помощью, но не останавливайте вакуум и не удаляйте жидкий азот.

После завершения процедуры извлеките холодную ловушку из охлаждающей жидкости, а затем выключите насос. Перед отсоединением холодной ловушки и насоса медленно прокачайте вакуумные линии, чтобы предотвратить резкое повышение давления.

Вы только что посмотрели презентацию JoVE по безопасности в лабораториях для вакуумного оборудования. Теперь вы должны быть знакомы с различными типами вакуумных насосов, их потенциальными опасностями и мерами предосторожности, которые необходимо соблюдать для обеспечения безопасной работы. Как всегда, спасибо за просмотр!