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化學(xué)類的實驗室建設(shè)中,經(jīng)常會用到實驗室通風(fēng)和通風(fēng)柜。所謂通風(fēng),就是把室內(nèi)的污濁空氣直接或經(jīng)凈化后排至室外把新鮮空氣補(bǔ)充進(jìn)來,從而保持室內(nèi)的空氣條件,以保持衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和滿足生產(chǎn)工藝的要求,我們把這個過程稱之為排風(fēng)和送風(fēng),即實驗室通風(fēng)系統(tǒng)。而通風(fēng)柜則可以簡單理解成一個箱體和一個風(fēng)機(jī),產(chǎn)生于箱體中的氣體被風(fēng)機(jī)排出并被安全的排放到大氣中,通風(fēng)柜屬于實驗室家具的一種。
選擇通風(fēng)柜應(yīng)具有如下功能:
1.釋放功能:應(yīng)具備將通風(fēng)柜內(nèi)部產(chǎn)生的有害氣體用吸收柜外氣體的方式,使其稀釋后排至室外的機(jī)構(gòu)。
2.不倒流功能:應(yīng)具有在通風(fēng)柜內(nèi)部由排風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流將有害氣體從通風(fēng)柜內(nèi)部不反向流進(jìn)室內(nèi)的功能。為確保這一功能的實現(xiàn),一臺通風(fēng)柜與一臺通風(fēng)機(jī)用單一圖管道連接是最好的方法,不能用單一管道連接的,也只限于同層同一房間的可并聯(lián),通風(fēng)機(jī)盡可能安裝在管道的末端。
圖1 實驗室通風(fēng)柜
3.隔離功能:在通風(fēng)柜前面應(yīng)具用不滑動的玻璃視窗將通風(fēng)柜內(nèi)外進(jìn)行分隔。
4.補(bǔ)充功能:應(yīng)具有在排出有害氣體時,從通風(fēng)柜外吸入空氣的通道或替代裝置。
5.控制風(fēng)速功能:為防止通風(fēng)柜內(nèi)有害氣體逸出,需要有一定的排氣速度。決定通風(fēng)柜進(jìn)風(fēng)的排氣速度的要素有:實驗內(nèi)容易產(chǎn)生的熱量及與換氣次數(shù)的關(guān)系,其中主要的是實驗內(nèi)有害物的性質(zhì)。通常規(guī)定,一般無毒的污染物為0.25―0.38m/s ,有毒或有危險的有害物為0.4―0.5 m/s ,劇毒或有少量放射性為0.5―0.6m/s ,氣狀物為0.5m/s ,粒狀物為1m/s 。為了確保這樣的風(fēng)速,排風(fēng)機(jī)應(yīng)有必要的靜壓,即空氣通過通風(fēng)管道時的摩擦阻力。確定風(fēng)速時還必須注意噪音問題,通過空氣在管道內(nèi)流動時以7―10m 為限,超過10m將產(chǎn)生噪音,通常實驗室的噪聲(室內(nèi)背景噪聲級)限制值為70dB(A),增加管道截面積會降低風(fēng)速,也就降低噪音,考慮到管道的經(jīng)費(fèi)和施工問題,必須慎重選擇管道及排風(fēng)機(jī)的功率。
6.耐熱及耐酸堿腐蝕功能:通風(fēng)柜內(nèi)有的要安置電爐,有的實驗產(chǎn)生大量酸堿等有毒有害氣體具有極強(qiáng)的腐蝕性,通風(fēng)柜的臺面,襯板、側(cè)板及選用的水嘴、氣嘴等都應(yīng)具有防腐功能
。
圖2 實驗室通風(fēng)柜
而按照動力不同,通風(fēng)系統(tǒng)可以分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng),機(jī)械通風(fēng)又可以分為全面通風(fēng)和局部通風(fēng),全面通風(fēng)是指在房間內(nèi)整體的進(jìn)行通風(fēng)換氣的一種方式,局部通風(fēng)是指通風(fēng)的范圍控制在有害物質(zhì)形成比較集中的地方,或是工作人員經(jīng)常活動的局部地區(qū)的通風(fēng)方式,例如通風(fēng)柜、萬向排煙罩、原子吸收罩等。
實驗室通風(fēng)系統(tǒng)的基本組成
通風(fēng)末端設(shè)備:主要包括通風(fēng)柜、萬向排煙罩、原子吸收罩、吹吸式排風(fēng)罩等。
2.通風(fēng)管路系統(tǒng):主要有風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、風(fēng)閥、消聲器、廢氣處理塔等。
通風(fēng)柜的主要結(jié)構(gòu):
柜體:通風(fēng)柜的柜體可根據(jù)使用要求做成鋼制、木制、塑料、不銹鋼等材料。
2.臺面及襯板:耐腐蝕、耐酸堿、耐高溫的各種材質(zhì),進(jìn)行高溫或強(qiáng)酸堿操作的內(nèi)層板要用不銹鋼除渣除油靜電噴涂環(huán)氧樹脂粉末。
3.活動拉門:裝在柜體表面上的透明玻璃,使用戶遠(yuǎn)離有害的化學(xué)物質(zhì)和氣體,同時使有害氣體通向通風(fēng)柜的內(nèi)部管道。
4.導(dǎo)流板:控制氣流流經(jīng)通風(fēng)柜時的形狀,減少空氣流入通風(fēng)柜時產(chǎn)生的由于方式不定造成的回流或渦流,提高使用效率(會對噪聲及靜壓產(chǎn)生影響)。
5.集流環(huán):位于通風(fēng)柜的頂部,將通風(fēng)柜的氣體導(dǎo)向風(fēng)排放(對通風(fēng)柜的效率和噪聲有著重要的影響)。
6.調(diào)風(fēng)閥:通風(fēng)柜的附屬部件,來調(diào)節(jié)通風(fēng)柜的排氣量以及最佳表面風(fēng)速;
7.水龍頭、考克閥、水杯等配件。
圖3 通風(fēng)櫥
通風(fēng)管路:
1.圓形風(fēng)管通風(fēng)效率高但直徑不宜太大。由于北方冬季室內(nèi)外溫差較大,室外管道可選用玻璃鋼產(chǎn)品,對于一般的實驗室,若室內(nèi)排放的氣體沒有腐蝕性,風(fēng)管可以采用鍍鋅鐵皮。
2.若實驗室排放的廢氣有一定的腐蝕性,風(fēng)管應(yīng)采用耐腐蝕材料的PVC、玻璃鋼風(fēng)管;如果通風(fēng)系統(tǒng)廢氣含強(qiáng)酸(如鹽酸、硝酸等),通風(fēng)管道應(yīng)該選用PP材質(zhì)。對于沒有或只有輕微腐蝕或客戶要求的話,也可選用不銹鋼風(fēng)管。
補(bǔ)風(fēng):
室內(nèi)放置多臺通風(fēng)柜或房間內(nèi)環(huán)境需要時對室內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)風(fēng),補(bǔ)風(fēng)量一般為排風(fēng)量的70%(門窗可補(bǔ)30%左右);補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離通風(fēng)柜,以免影響實驗室內(nèi)空調(diào)、采暖系統(tǒng),而且補(bǔ)風(fēng)還需進(jìn)行預(yù)處理,方可送入實驗室。補(bǔ)風(fēng)的方式有多種:
a.通過室內(nèi)空調(diào)補(bǔ)風(fēng)。
b.在天花上放置一段風(fēng)管與室外相連,達(dá)到自然補(bǔ)風(fēng)。
c.使用補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜。
d.在通風(fēng)系統(tǒng)外安裝補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。如果做補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng),根據(jù)房間的密閉情況確定補(bǔ)風(fēng)量,最大補(bǔ)風(fēng)量為出風(fēng)量的70%,最小為20%,主管道的風(fēng)速可設(shè)為8m∕s。
有害氣體輸出系統(tǒng):
1.實驗室內(nèi)往往存在許多不利于人體健康的化學(xué)物質(zhì)污染源,特別是有害氣體,將其排除非常重要。與此同時,能源往往會被大量的消耗,因而實驗室的通風(fēng)控制系統(tǒng)的要求漸高,從早期CV(定風(fēng)量),2-State(雙穩(wěn)態(tài)式),VAV(變風(fēng)量)系統(tǒng),到最新的適應(yīng)性控制系統(tǒng)——既安全,又符合節(jié)約能源的需要。總之,實驗室的最新觀念就是將整個實驗室當(dāng)作是一臺排煙柜,如何有效的控制各種進(jìn)排氣,達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的效果是至關(guān)重要的。
圖4 萬向抽氣罩
2.實驗室常用排風(fēng)設(shè)備主要有:通風(fēng)柜、原子吸收罩、萬向排氣罩、吸頂式排氣罩、臺上式排氣罩等。其中通風(fēng)柜最為常見。通風(fēng)柜是安全處理有害、有毒氣體或蒸汽的通風(fēng)設(shè)備,作用是用來捕捉、密封和轉(zhuǎn)移污染物以及有害化學(xué)氣體,防止擴(kuò)散到實驗室內(nèi)。通風(fēng)柜內(nèi)的氣流是通過排風(fēng)機(jī)將實驗室內(nèi)的空氣吸進(jìn)通風(fēng)柜,將通風(fēng)柜內(nèi)污染的氣體稀釋并通過排風(fēng)系統(tǒng)排到戶外后,可以達(dá)到低濃度擴(kuò)散。
3.萬向抽氣罩是進(jìn)行局部通風(fēng)的首選:安裝簡單、定位靈活,通風(fēng)性能良好,能有效保護(hù)實驗室工作人員的人身安全;原子吸收罩主要適用于各類大型精密儀器,要求定位安裝,有設(shè)定的通風(fēng)性能參數(shù),也是整體實驗室規(guī)劃中必須考慮的因素之一;排氣罩主要適用于化學(xué)實驗室,在解決這類實驗室的整體通風(fēng)要求中,它是必不可少的裝備之一。
圖5 實驗室廢氣處理裝置
尾氣處理:
有機(jī)尾氣處理可以采用活性碳吸附。
2.無機(jī)尾氣處理采用水噴淋,用酸霧或堿霧來中和無機(jī)廢氣。
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