Вакуумные насосы для откачки пара в лаборатории
Каталог

Вакуумные насосы для откачки пара в лаборатории

При выборе вакуумного насоса для лиофилизации, выпаривания или концентрирования, в первую очередь, учитывается устойчивость насоса к воздействию паров. Эти области применения, как правило, связаны с высоким содержанием паров, что предъявляет дополнительные требования к производительности насоса. Первый критерий при выборе насоса - убедиться, что у вас есть такой, который создает вакуум в наиболее эффективном диапазоне для вашего применения. Поэтому давайте разберем диапазоны давлений для большинства применений в лаборатории.

Вакуумные насосы для лабораториях в различных областях применения

лаборатория

Для большинства применений испарения в лаборатории лучше всего подходят мембранные насосы. Они могут быть изготовлены из химически стойких материалов и создавать вакуум, достаточный для испарения почти всех лабораторных растворителей (кроме ДМСО) при комнатной температуре. С добавлением небольшого количества тепла можно управлять даже ДМСО.

В отличие от этого, лиофилизация (сублимационная сушка) требует вакуума, достаточно глубокого, чтобы вызвать сублимацию – перемещение растворителя непосредственно из твердого состояния (например, льда) в парообразное. Эффективно, поскольку испарительное использование вакуума направлено на снижение температуры кипения, для сублимации мы пытаемся достичь температуры кипения, которая ниже точки замерзания (эвтектическая температура). При этом создается гораздо более глубокий вакуум, чем может быть достигнут мембранными насосами. Для этих применений наиболее распространенным выбором являются пластинчато-роторные насосы.

Особенности конструкции вакуумного насоса для откачки пара

вакуумные испарители

В случае испарительных применений очень часто для индукции испарения используются как тепло, так и вакуум. Поскольку нагретые пары проходят через вакуумную трубку по пути к насосу, вполне вероятно, что они достаточно остынут, чтобы в трубопроводах образовалась некоторая конденсация. Куда девается этот конденсат? Что ж, он движется к насосу. То, что произойдет, когда он попадет туда, определит ход выполнения вашего приложения.

Жидкости не поддаются сжатию и могут создавать механические силы, которые могут повредить ваш вакуумный насос.

Кроме того, жидкости внутри насоса могут испаряться на расширительном цикле и конденсироваться на периоде сжатия, потребляя часть насосной мощности с каждым циклом и ухудшая производительность. Если в насосе есть приемные отверстия (также известные как впускные сепараторы), жидкости могут быть собраны до того, как они попадут в насосный механизм. Это защищает насосный механизм от усилий, создаваемых несжимаемой жидкостью. Насосы, используемые с высокой паровой нагрузкой, лучше всего оснащать входными сепараторами.

Наряду с водосборными отверстиями важно, чтобы насос имел эффективный “газовый балласт”. Пары, которые достигают механизма насоса до конденсации, могут конденсироваться в насосе на такте сжатия, вызывая те же проблемы, что и уже конденсированные жидкости, описанные выше. Газовый балласт, или система продувки, подает воздух между ступенями насоса для продувки конденсированных паров через насос, уменьшая механический износ насоса из-за внутренней конденсации.

Однако помните, что причина, по которой вы используете вакуумный насос, заключается в том, что вы хотите удалить воздух. Что происходит, когда вы вводите воздух для удаления конденсирующихся паров? Теряется некоторый вакуум. В зависимости от конструкции вакуумного насоса потери вакуума могут составлять всего 3-4 Торр или целых 12 Торр с соответствующей потерей скорости откачки вблизи предельного вакуума.

Разницы может быть достаточно, чтобы поставить под угрозу вашу способность достигать давления паров испаряемого растворителя, тем самым значительно замедляя ваш процесс. Некоторые производители решают эту проблему, предоставляя систему периодической продувки. Прерывистая продувка вводит периодический импульс воздуха вместо непрерывного потока с целью достижения желаемых условий вакуума большую часть времени, прерываемых периодическими скачками давления продувочного воздуха. При работе с процессами испарения обязательно спросите производителя вашего вакуумного насоса, есть ли в насосе газовый балласт, как он работает (непрерывно или с перерывами) и какая вакуумная мощность теряется при работе газового балласта. 

В отличие от роторных испарителей, в концентраторах с меньшей вероятностью образуется конденсат в вакуумной трубке, поскольку испарение в основном происходит в вакууме. (Частота вращения ротора может повышать внутреннюю температуру в концентраторе до 35 °C). Таким образом, соображения в отношении необходимости газового балласта и его влияния на доступный вакуум остаются теми же, в то время как входные сепараторы наиболее полезны для защиты насоса от твердых частиц и капель жидкостей.

лабораторная лиофилизация

Однако при лиофилизации возникают другие соображения, поскольку температуры настолько низки, что для индукции сублимации требуется гораздо более глубокий вакуум – обычно в диапазоне 10-3 Торр. В этой линейке наиболее распространенной технологией являются пластинчато-роторные насосы с масляным уплотнением. В герметичных пластинчато-роторных насосах масло насоса может загрязниться или испортиться из-за конденсации паров в масле. Если пары вызывают коррозию, масло, которое должно защищать насос, также становится коррозийным и может сократить срок службы насоса, если его не менять очень регулярно. Правильная рабочая температура используемых растворителей, наряду с тщательным контролем технологического процесса, будет иметь большое значение для защиты вакуумного насоса от паров.

Одним из решений проблемы испарения при лиофилизации является гибридный насос (или комбинированный вакуумный насос). Эти насосы сочетают в себе пластинчато-роторную секцию, которая создает необходимый глубокий вакуум, и мембранный насос, который удерживает масло в пластинчато-роторном насосе под вакуумом. Это позволяет свести к минимуму конденсацию паров растворителя в масле насоса, а также непрерывно отгонять пары, которые там конденсируются. Это не только продлевает срок службы масла в насосе – интервалы замены масла увеличиваются в десять раз, – но и выводит из масла пары коррозии и уменьшает внутреннюю коррозию насоса примерно в 50 раз, когда применяется с кислотными парами. Стоит отметить, что загрязненное насосное масло вызывает коррозию насоса независимо от того, работает он или нет, поэтому важно поддерживать чистоту масла, даже если вы используете насос не очень часто.

Последнее соображение, касающееся насосов с масляным уплотнением: убедитесь, что у вас есть фильтр масляного тумана на выхлопе. При прохождении воздуха или паров через насос могут образовываться аэрозоли масла, которые выбрасываются в рабочее пространство. Даже если выхлопные газы насоса правильно направлены в вытяжной шкаф или вытяжной канал, гораздо лучше улавливать масляный туман в фильтре для очистки от тумана, чем иметь дело с беспорядком или опасностью.

Из-за различных проблем, связанных с работой с насосами с масляным уплотнением, многие пользователи пытались использовать безмасляные технологии. Как отмечалось ранее, физические свойства мембранных насосов не позволяют им достигать такой глубины вакуума. Спиральные насосы работают всухую и, таким образом, исключают замену масла, однако важно проверить совместимость ваших растворителей со спиральным насосом, чтобы избежать дорогостоящих отказов.

Другие лабораторные вакуумные приложения

лабораторна вакуумная фильтрация

Обратите внимание, что в этой статье не рассматривались приложения для окончательной сушки и молекулярной дистилляции для насосов, которые служат в качестве форвакуумных насосов для турбомолекулярных насосов, используемых в приборном вакууме. Как правило, это не приложения с высоким расходом пара. Аналогичным образом, при фильтрации и аспирации часто наблюдается высокий расход воздуха, но не поток пара, поскольку вакуум, используемый для этих целей, не должен быть достаточно глубоким для образования обильного пара. Во всех этих случаях наиболее важной задачей является насос, обеспечивающий вакуум, соответствующий потребностям.

Как выбрать вакуумный насосы для откачки пара в лаборатории

Для того чтобы выбрать вакуумный насос для откачки пара в лаборатории следует обратить внимание на следующие параметры:

  • Требуемый уровень вакуума.
  • Устойчивость к коррозии насос.
  • Наличие впускных коллекторов (или холодных ловушек для масляного насоса) для предотвращения попадания конденсата в насос.
  • Наличие газового балласта, который управляет конденсатом, минимизируя влияние на производительность насоса.
  • Наличие фильтра масляного тумана на выхлопе насоса с масляным уплотнением.

Рассмотрите гибридные насосы для увеличения срока службы насоса и минимизации технического обслуживания. Тщательно следуйте инструкциям производителя по эксплуатации и сервисному обслуживанию насоса.