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真空设备的正确运行

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.

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.

Application 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.

Tags

Vacuum based EquipmentVacuum PumpsLaboratory ProceduresFiltrationDryingDegassingEvaporative CoatingMass SpectrometryPump MaintenanceEquipment FailuresExplosionsChemical ReleasePump DesignsRotary vane PumpsOil sealed ExhaustVacuumsTorrSelf lubricatingOil ChangesWater Vapor CorrosionScroll PumpsEccentric Spiral ScrollsDry MechanismsDistillationWater Aspirator

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Overview

0:43

Common Vacuum Pump Designs and Characteristics

2:58

Preliminary Safety Precautions

4:21

Safety During and After Vacuum Operation

5:56

Summary

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