真空设备的正确运行

Lab Safety

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Overview

源: 罗伯特· m Rioux, 阿杰萨特和 #38; 刘志峰, 宾夕法尼亚州立大学, 宾夕法尼亚大学公园, PA

许多实验室程序需要真空。这是最常规的实现在实验室的使用真空泵。除了在低压下工作外, 真空泵还可用于通过疏散和回填使反应堆或烧瓶中的大气迅速变化.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 实验室安全. 真空设备的正确运行. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

真空对于实验室的各种用途是有用的。例如, 真空降低液体的沸点, 并促进蒸发过程, 这是用于真空烤箱, 脱气设备, 冷冻干燥。此外, 真空产生的压力差比大气, 这是用于过滤和管。超高真空消除空气达到化学惰性, 这是用于电子束焊接, 保持清洁的表面和化学或物理气相沉积。真空泵是一种能帮助疏散密封腔的装置, 以达到比大气压低的压力。实验室中最常用的泵是分子泵、油泵、干式涡旋泵或水器.

分子泵通常用于实验室仪器, 如在质谱仪内, 并能达到真空水平 10 -10 乇。这些工作通过快速旋转与空气或蒸气分子碰撞, 以撞击向排气方向的动量。高真空水平有一个泵适用于许多超高速真空应用。然而, 空气是过于密集的分子泵工作, 因此, 这些泵需要一个二次泵下降的大气压下降到1乇, 使分子泵工作.

油泵通常在实验室中使用, 通常可实现 10 -3 乇的真空。这符合一般实验室的大部分应用, 而且很容易操作。油是用来润滑和密封泵, 这有助于实现深真空。然而, 石油的使用也带来了石油变化和废油处置的问题.

干式涡旋泵能够实现 10 -3 乇的最终真空度, 是实验室环境中使用最常见的干泵技术之一。干涡旋泵工作时, 两个交错螺旋卷轴移动偏心和压缩空气和蒸气向排气。这种泵不 #39, 也不需要油, 而且泵的速度更快, 这对某些应用如手套箱有吸引力。然而, 尖端密封需要保持蒸汽在正确的渠道, 但这些尖端密封是磨损部件和需要定期维护.

水器, 也被称为水射流泵, 通常连接到实验室水槽水龙头和可能达到真空水平10-15 乇。这些工作是利用快速流动的水来制造侧臂的真空。由于其低廉的成本, 这些都是历史上流行的实现深真空。然而, 水是浪费和真空水平不高.

选择泵的类型取决于最终应用程序和最终需要的真空质量。无论使用哪种泵, 真空的产生都可能导致爆震或爆炸的危险。为了尽量减少与使用真空设备有关的风险并确保安全的工作条件, 概述了下列协议.

Procedure

1. 使用个人防护设备

  1. 安全眼镜、实验室大衣和面罩在与真空设备一起工作或靠近时必须利用。
  2. 必须使用防爆罩来防止飞溅的玻璃或因压力突然变化而产生的碎片.

2。使用适当的油管和设备

  1. 始终使用管材、玻璃器皿和其他额定使用真空的设备。使用不当会导致材料失效, 导致爆炸/爆.
  2. 定期检查玻璃和油管是否有缺陷/切口, 因为这些都很容易在真空下破裂.
  3. 真空泵的排气必须连接到通风罩或擦洗过的建筑物排气口。如果在使用腐蚀性或有毒化学品的系统上使用真空, 这一点尤为重要.
  4. 根据所涉及的实验和真空的程度, 应使用在真空中的操作者和容器之间的防护或保护屏障。这可能是相同类型的屏障, 用于隔离操作者和高压设备.

3。陷阱

  1. 总是在真空源 (泵) 和利用真空的设备之间使用陷阱。该陷阱保护昂贵的真空源的损害, 以防意外泄漏或材料回流到真空管线.
  2. 这些陷阱还有助于防止蒸汽或气味被排放到泵的排气中.
  3. 通常使用干冰或液氮浴来 cryostatted 陷阱。在使用这种低温温度时必须格外小心, 必须使用适当的 PPE 来将冷却液进出陷阱.
  4. 由于低温流体 (即 、液氮) 用于冷却目的的使用可能导致氧气的液化, 真空系统 必须在操作前和运行期间处于真空状态。在达到所需的真空水平后, 含有该油阱的杜瓦瓶可以随后充满液氮。实验完成后需要真空, 同时仍在真空下, 取出杜瓦瓶中的液氮填充陷阱, 让疏水阀加热到室温, 并慢慢打开系统的大气压.
  5. 杜瓦瓶本身处于真空状态, 必须以最大的预防措施处理, 因为它们可以瞬间内爆。在运输或使用杜瓦瓶时, 应始终采用适当的 PPE.

4。出血线

  1. 在断开与陷阱和真空源的连接之前, 必须将真空线缓慢地流血。压力的突然变化会使材料产生应力, 并导致过早的骨折和爆炸.

5。玻璃器皿涂层

  1. 大于250毫升的玻璃器皿, 使用真空设备必须用胶带、网布或塑料涂层来遮盖, 以防发生爆炸, 从而减少飞行碎片的几率。这包括陷阱, 杜瓦, 旋转蒸发器, 和任何其他在真空下维护的玻璃器皿.

真空泵在大量的实验室程序中使用。常见的例子包括过滤, 干燥, 脱气, 蒸发涂层和质谱.

泵设备必须保持和安全运行, 以防止设备故障、爆炸和化学释放。此视频将介绍几种常见的水泵设计, 讨论在设置真空设备时应注意的常见预防措施, 并演示操作安全.

让我们开始探索各种泵的设计.

在旋转叶片泵的空气和其他气体是通过一个入口的转子绘制。这些气体是通过油封的排气, 防止回流, 到出口离开系统。旋转叶片泵可以产生真空十到负三乇。这些泵是自润滑的, 但需要油的变化, 容易受到水蒸汽腐蚀.

在滚动泵的空气通过一个入口之间的两个偏心螺旋卷轴, 一个固定, 另一个轨道。运动压缩空气并将其推向出口。真空吸尘器的十到负两乇可以实现。滚动泵是 "干" 的机制-他们不需要油或水, 但卷轴必须定期更换, 因为他们磨损。涡旋泵和旋转叶片泵适用于蒸馏、过滤和脱气.

水器是实验室中经常发现的另一种类型的泵。在这种类型的泵水进入一个入口的高速喷嘴, 并退出作为一个低压流体射流。气体通过侧口被抽入并且被强迫到出口。水器产生的真空只有10乇。虽然他们很容易连接到普通水槽水龙头, 他们需要大量的水。水器常用于干燥和萃取.

最后, 分子泵产生超高真空。空气是通过交流定子和涡轮叶片迫使气体分子通过出口连接到一个粗加工泵。分子泵可以产生真空低至十的负十乇, 但需要另一泵首先降低压力, 以1乇。分子泵用于电子显微镜、晶体生长和蒸发涂层。

现在您已经熟悉了这些设计, 让我们来检查一下在操作这些真空泵之前应该注意的个人防护和安全措施。

如果可能的话, 操作所有的真空设备在一个油烟罩与窗扇降低。戴上安全护目镜和面罩。这些提供了防止化学品和碎片的保护, 以防玻璃器皿在真空下爆.

使用玻璃器皿和设备的额定使用与预期的真空水平。检查玻璃器皿和管材是否有裂纹或其它缺陷。有缺陷或不适当的设备在真空下容易爆裂。用胶带、网子或塑料包装大于250毫升的玻璃器皿, 作为防止飞行碎片的进一步预防措施.

如果已知该过程产生腐蚀性蒸气, 请选择能够承受这些蒸汽的泵。确保泵的清洁和无腐蚀。对于油泵, 检查油位, 定期更换机油.

确保泵的水平和平衡。将泵出口连接到通风柜排气口。安全地放置在发动机罩内的油管, 以防止化学品的释放。确保所有油管不受限制, 并且没有泄漏, 特别是在法兰附近.

现在已设置真空泵, 让我们检查泵运行期间和之后的安全注意事项.

通过冷阱将水泵入口连接到玻璃器皿。一个冷的陷阱是一个玻璃容器, 保护泵通过冻结挥发性有机物从设备撤离.

在过程中, 冷阱被浸没在干冰或液氮的杜瓦瓶中。在处理这些冷却剂时, 使用低温保护设备.

一个潜在的危险是冷阱中的氧气凝结产生高爆炸性的液氮。为防止其形成, 启动真空泵并在淹没前将设备疏散液氮中的冷阱。千万不要让冷陷阱接触液氮, 如果不在真空下, 绝不打开真空线, 以空气中的冷陷阱到位.

定期检查冷凝溶剂和液态氧的冷阱。如有必要清空冷阱, 防止溶剂进入油管和真空泵。如果液体氧气, 淡蓝色液体, 是可看见的, 终止做法和要求协助, 但不停止真空或去除液氮.

程序完成后, 从冷却液中取出冷阱, 然后关闭泵。在断开冷阱和泵之前, 先将真空线慢慢排出, 以防突然加压.

您刚刚观看了朱庇特的 vacuum-based 设备实验室安全介绍。您现在应该熟悉不同类型的真空泵, 它们的潜在危害, 以及要遵守的预防措施, 以确保安全运行。一如既往, 感谢收看!

Applications and Summary

需要真空的操作有多个与之相关的危险。容器内爆会导致飞溅的玻璃和其他材料, 释放化学物质到工作环境中, 并可能因液态氧凝结而起火。应正确设置真空作业, 并在发现潜在风险并适当减轻后才进行操作。

References

  1. NRC (National Research Council). Prudent Practices in the Laboratory. Handling and Management of Chemical Hazards. National Academy Press: Washington, DC, 2011.
  2. Laboratory Vacuum Pump Buyers' Guide, 2012.

1. 使用个人防护设备

  1. 安全眼镜、实验室大衣和面罩在与真空设备一起工作或靠近时必须利用。
  2. 必须使用防爆罩来防止飞溅的玻璃或因压力突然变化而产生的碎片.

2。使用适当的油管和设备

  1. 始终使用管材、玻璃器皿和其他额定使用真空的设备。使用不当会导致材料失效, 导致爆炸/爆.
  2. 定期检查玻璃和油管是否有缺陷/切口, 因为这些都很容易在真空下破裂.
  3. 真空泵的排气必须连接到通风罩或擦洗过的建筑物排气口。如果在使用腐蚀性或有毒化学品的系统上使用真空, 这一点尤为重要.
  4. 根据所涉及的实验和真空的程度, 应使用在真空中的操作者和容器之间的防护或保护屏障。这可能是相同类型的屏障, 用于隔离操作者和高压设备.

3。陷阱

  1. 总是在真空源 (泵) 和利用真空的设备之间使用陷阱。该陷阱保护昂贵的真空源的损害, 以防意外泄漏或材料回流到真空管线.
  2. 这些陷阱还有助于防止蒸汽或气味被排放到泵的排气中.
  3. 通常使用干冰或液氮浴来 cryostatted 陷阱。在使用这种低温温度时必须格外小心, 必须使用适当的 PPE 来将冷却液进出陷阱.
  4. 由于低温流体 (即 、液氮) 用于冷却目的的使用可能导致氧气的液化, 真空系统 必须在操作前和运行期间处于真空状态。在达到所需的真空水平后, 含有该油阱的杜瓦瓶可以随后充满液氮。实验完成后需要真空, 同时仍在真空下, 取出杜瓦瓶中的液氮填充陷阱, 让疏水阀加热到室温, 并慢慢打开系统的大气压.
  5. 杜瓦瓶本身处于真空状态, 必须以最大的预防措施处理, 因为它们可以瞬间内爆。在运输或使用杜瓦瓶时, 应始终采用适当的 PPE.

4。出血线

  1. 在断开与陷阱和真空源的连接之前, 必须将真空线缓慢地流血。压力的突然变化会使材料产生应力, 并导致过早的骨折和爆炸.

5。玻璃器皿涂层

  1. 大于250毫升的玻璃器皿, 使用真空设备必须用胶带、网布或塑料涂层来遮盖, 以防发生爆炸, 从而减少飞行碎片的几率。这包括陷阱, 杜瓦, 旋转蒸发器, 和任何其他在真空下维护的玻璃器皿.

真空泵在大量的实验室程序中使用。常见的例子包括过滤, 干燥, 脱气, 蒸发涂层和质谱.

泵设备必须保持和安全运行, 以防止设备故障、爆炸和化学释放。此视频将介绍几种常见的水泵设计, 讨论在设置真空设备时应注意的常见预防措施, 并演示操作安全.

让我们开始探索各种泵的设计.

在旋转叶片泵的空气和其他气体是通过一个入口的转子绘制。这些气体是通过油封的排气, 防止回流, 到出口离开系统。旋转叶片泵可以产生真空十到负三乇。这些泵是自润滑的, 但需要油的变化, 容易受到水蒸汽腐蚀.

在滚动泵的空气通过一个入口之间的两个偏心螺旋卷轴, 一个固定, 另一个轨道。运动压缩空气并将其推向出口。真空吸尘器的十到负两乇可以实现。滚动泵是 "干" 的机制-他们不需要油或水, 但卷轴必须定期更换, 因为他们磨损。涡旋泵和旋转叶片泵适用于蒸馏、过滤和脱气.

水器是实验室中经常发现的另一种类型的泵。在这种类型的泵水进入一个入口的高速喷嘴, 并退出作为一个低压流体射流。气体通过侧口被抽入并且被强迫到出口。水器产生的真空只有10乇。虽然他们很容易连接到普通水槽水龙头, 他们需要大量的水。水器常用于干燥和萃取.

最后, 分子泵产生超高真空。空气是通过交流定子和涡轮叶片迫使气体分子通过出口连接到一个粗加工泵。分子泵可以产生真空低至十的负十乇, 但需要另一泵首先降低压力, 以1乇。分子泵用于电子显微镜、晶体生长和蒸发涂层。

现在您已经熟悉了这些设计, 让我们来检查一下在操作这些真空泵之前应该注意的个人防护和安全措施。

如果可能的话, 操作所有的真空设备在一个油烟罩与窗扇降低。戴上安全护目镜和面罩。这些提供了防止化学品和碎片的保护, 以防玻璃器皿在真空下爆.

使用玻璃器皿和设备的额定使用与预期的真空水平。检查玻璃器皿和管材是否有裂纹或其它缺陷。有缺陷或不适当的设备在真空下容易爆裂。用胶带、网子或塑料包装大于250毫升的玻璃器皿, 作为防止飞行碎片的进一步预防措施.

如果已知该过程产生腐蚀性蒸气, 请选择能够承受这些蒸汽的泵。确保泵的清洁和无腐蚀。对于油泵, 检查油位, 定期更换机油.

确保泵的水平和平衡。将泵出口连接到通风柜排气口。安全地放置在发动机罩内的油管, 以防止化学品的释放。确保所有油管不受限制, 并且没有泄漏, 特别是在法兰附近.

现在已设置真空泵, 让我们检查泵运行期间和之后的安全注意事项.

通过冷阱将水泵入口连接到玻璃器皿。一个冷的陷阱是一个玻璃容器, 保护泵通过冻结挥发性有机物从设备撤离.

在过程中, 冷阱被浸没在干冰或液氮的杜瓦瓶中。在处理这些冷却剂时, 使用低温保护设备.

一个潜在的危险是冷阱中的氧气凝结产生高爆炸性的液氮。为防止其形成, 启动真空泵并在淹没前将设备疏散液氮中的冷阱。千万不要让冷陷阱接触液氮, 如果不在真空下, 绝不打开真空线, 以空气中的冷陷阱到位.

定期检查冷凝溶剂和液态氧的冷阱。如有必要清空冷阱, 防止溶剂进入油管和真空泵。如果液体氧气, 淡蓝色液体, 是可看见的, 终止做法和要求协助, 但不停止真空或去除液氮.

程序完成后, 从冷却液中取出冷阱, 然后关闭泵。在断开冷阱和泵之前, 先将真空线慢慢排出, 以防突然加压.

您刚刚观看了朱庇特的 vacuum-based 设备实验室安全介绍。您现在应该熟悉不同类型的真空泵, 它们的潜在危害, 以及要遵守的预防措施, 以确保安全运行。一如既往, 感谢收看!

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