實(shí)驗室應用的真空控制

摘要：化學(xué)工作者實(shí)現實(shí)驗室中的真空控制有幾個(gè)方法，最合適的應用方法不僅效果好，而且可以防止事故的發(fā)生。重要的標準是運行時(shí)間、溶劑回收率和使用的方便性。大多數情況下，實(shí)驗室工作人員發(fā)現帶有自動(dòng)控制現代化速控隔膜泵是一個(gè)合適的選擇。 
    有若干種產(chǎn)生控制真空的方法。為了得到最好的結果，使用者應使用最適合的方法。最重要的標準是運行時(shí)間、溶劑回收效率和使用的方便性。帶有自動(dòng)控制的現代速度控制化學(xué)隔膜泵具有許多優(yōu)點(diǎn)。
1 真空度控制
　　許多過(guò)程得益于真空控制操作。一個(gè)很好的例子是旋轉蒸發(fā)器，即施加盡量接近被蒸溶劑沸點(diǎn)的合適低壓，使蒸餾在低溫下就能運行。如果施加的壓力太高，蒸發(fā)將被無(wú)必要的延長(cháng)。如果施加壓力太低，溶劑容易暴沸而破壞實(shí)驗。類(lèi)似于生態(tài)系統，考慮到性能和經(jīng)濟原因，控制這一過(guò)程的技術(shù)條件十分苛刻。

　　在現代實(shí)驗室中，已經(jīng)沒(méi)有通過(guò)手動(dòng)調節加熱強度的水浴和干燥爐。盡管一個(gè)熟練的操作者能夠和電子溫控設備工作得一樣好，但這仍然是金錢(qián)和時(shí)間的浪費。

　　近年來(lái)，許多水泵和油封的旋轉葉片泵已經(jīng)被現代化學(xué)隔膜泵取代。然而對于真空度的控制，許多手動(dòng)系統仍在使用。采用空氣導入閥的早期系統，依靠環(huán)境空氣來(lái)減緩泵速�？紤]到溶劑回收和操作噪音，這種系統是有缺陷的。更好的解決辦法是采用在線(xiàn)閥控制泵的運行。更加先進(jìn)的系統依靠聚四氟乙烯(PTFE)閥直接裝置在泵單元上(圖1)。然而，必須注意的是，這種閥是通過(guò)節流而不是壓力大小來(lái)調節泵速的。

　　蒸發(fā)一旦開(kāi)始，溶劑溫度將隨之降低，稱(chēng)之為“蒸發(fā)冷卻”。溶劑溫度主要由浴鍋的熱傳導決定。如果加熱強度不足，浴溫就會(huì )降低。一些設備試圖通過(guò)提供可能的程序壓力梯度解決這一問(wèn)題。然而這進(jìn)一步增加了變量參數的數目。使用者如何得知優(yōu)化的參數值呢?此類(lèi)系統不能自動(dòng)檢測并追蹤沸點(diǎn)。

2 全自動(dòng)化學(xué)隔膜泵系統

　　解決這個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題的方法是采用可變速的馬達驅動(dòng)化學(xué)隔膜泵獲得持續真空控制。盡管看來(lái)這個(gè)方法很直接，但技術(shù)上卻要求能夠獲得足夠用的并且經(jīng)濟的從大于2000r／min到幾個(gè)r／min的速度控制。在結合全自動(dòng)控制系統時(shí)，VACUUBRAND VARIO系統(VACUUBRAND GMBH　+CO.KG，Wertheim，Germany，圖3)消除了壓力的不足或過(guò)度。壓力能夠在無(wú)滯后的情況下得到高精度的控制。

　　模糊邏輯控制的全自動(dòng)真空系統在通過(guò)分析抽真空過(guò)程中的壓力特性確定溶劑混合物的沸騰壓力。必須小心接近沸點(diǎn)以防止暴沸。即使發(fā)生漂移，也無(wú)須調整參數或壓力水平，壓力就能自動(dòng)跟蹤沸騰壓力。

　　控制器精確調整真空度以保證在不暴沸的情況下獲得高的蒸發(fā)效率及最短的處理時(shí)間。此系統綜合了可靠的機械結構和現代電子與軟件技術(shù)，是目前最好的方法。

3 兩點(diǎn)控制與全自動(dòng)速控的比較
　　示意圖4是兩點(diǎn)控制與全自動(dòng)速控蒸發(fā)系統的壓力?時(shí)間關(guān)系圖。速度控制無(wú)須任何滯后就能提供高真空控制精度。
　　更快的處理速度能夠提高通量，減少實(shí)驗室操作耗費。如果人工耗費也計入損耗的話(huà)，那么VARIO泵單元優(yōu)于傳統泵�？紤]到現代并聯(lián)蒸發(fā)系統，以及它們高操作消耗每小時(shí)，VARIO泵單元也有很大的優(yōu)勢。
　　采用VARIO系統，蒸餾能夠在優(yōu)化的效率下進(jìn)行，不僅蒸發(fā)時(shí)間短，而且溶劑回收率接近100％。由于多數時(shí)間內泵都在很低的速度下運行，因此噪音和偏差范圍都很小。此外，隔膜和閥的壽命由動(dòng)作的次數決定，這一優(yōu)點(diǎn)也有益于延長(cháng)消耗部件的壽命。VACUUBRAND在50Hz勻速運行時(shí)通常能夠獲得超過(guò)10000h的壽命。在更低速度下，可以實(shí)現許多年的無(wú)維護運行。