Выбираем водяную баню для лаборатории. Обзор основных моделей
Лабораторные водяные бани широко используются при реализации многих методик химического анализа, в процессе научных исследований, в производственных, микробиологических, медицинских лабораториях. Водяные бани применяются для термостатирования образцов в различной лабораторной посуде (пробирках, колба, станах) при постоянной температуре в диапазоне до 100 гр.С. Существуют модели, позволяющие проводить нагрев и до более высоких температур (например, до 200 гр.С), но в данном случае вместо дистиллированной воды используется специальный теплоноситель, например силиконовая жидкость ПМС-100. Такие модели в классификации лабораторного оборудования обозначаются как «масляные бани», или просто «лабораторные бани».
Выбор лабораторной бани. На что обратить внимание
На рынке лабораторного оборудования представлено достаточно много моделей в широком ценовом диапазоне. Все они, в конечном счете, выполняют одну функцию – нагрев теплоносителя и подержание температуры в диапазоне от немного выше комнатной температуры до 95-100 гр (температура кипения воды). Но в линейке даже одного производителя, может быть несколько моделей, кардинально отличающихся друг от друга. Можно выделить основные отличия моделей:
— Температурный диапазон. Как правило для водяной бани он составляет от температуры окружающей среды +5 гр.С до 95-100 гр. Однако, существуют задачи, в которых необходимо термостатировать образцы при температуре ниже окружающей, в таком случае случае необходимо предусмотреть, чтобы в бане был встроен теплообменник, который подключается к водопроводной воде или внешнему охладителю. Также существуют модели для нагрева более 100 гр.С. Необходимо определить какие требования предьявляются к бане нормативной документацией вашей лаборатории, чтобы правильно подобрать модель. Если нагрев будет выше 100 гр, стоит предусмотреть приобретение специального теплоносителя.
— Объем ванны. Это один из основных параметров, на который нужно обратить внимание. Выпускаются модели совсем небольшой емкостью (3-4 литра) и с большой глубокой ванной (25-30 л). Например, для модели LOIP LB-160 полезная глубина составляет 70 мм, при этом номинальный объем — 13 л. Для модели того же производителя LOIP LB-162 — глубина 150 мм, объем — 24 л.
— Количество мест для установки колб. При выборе водяной бани необходимо определиться, что именно планируется термостатировать. Если это колбы или высокие стаканы, то можно остановиться на многоместных моделях со съемными кольцами. Если же необходимо нагревать пробирки в штативе, то стоит предусмотреть возможность его установки в емкость бани. У ряда моделей верхняя крышка снабжена концентрическими кольцами, но при этом она сама также является съемной. Но есть модели, у которых верхняя крышка не снимается, что может затруднить установку больших стаканов или штативов в емкость.
— Тип крышки. Выпускаются модели с крышкой, в которой установлены съемные концетрические кольца (многоместные бани) и модели с глухой крышкой, у некоторых производителей, она двухскатная. Как правило, глубина ванны у моделей с глухой крышкой больше, что позволяет размещать относительно большие емкости и полностью их закрывать сверху крышкой.
— Рабочая глубина ванны. Это один из основных параметров, который стоит учесть при выборе бани. Необходимо определиться какие емкости, какой высоты и в каком количестве будут термостатироваться. Данный параметр напрямую связан с объемом ванны.
— Точность поддержания температуры. Водяные бани используются в лабораториях для поддержания температуры теплоносителя с относительно невысокой точность. Как правило неравномерность температуры воды в бане составляет +/- 1 гр.С. Если требуется более высокая точность поддержания температуры, например 0,1 или даже 0,01 гр.С используются циркуляционные термостаты. Ранее в качестве примера были рассмотрены жидкостные термостаты производства Термэкс и ЛОИП. Стоит отметить, что в линейке оборудования производства ЛОИП присутствуют водяные бани позволяющие поддерживать температуру с точность 0,1 гр.С. Такие модели получили название «Бани термостатирующие прецизионные». Они оснащены микропроцессорным терморегулятором, обеспечивающим точное поддержание температуры, и лопастной мешалкой для интенсивного перемешивания рабочей жидкости.
— Комплектация. Для некоторых моделей многоместных бань предусмотрена комплектация специальным штативом с зажимами для удобного крепления колб. Такие, к примеру, предлагаются в каталогах производителей «Термэкс» и «Экросхим». Также некоторые модели бань можно доукомплектовать дополнительными штативами для пробирок.
— Специализированные водяные бани. Для решения некоторых лабораторных задач, удобнее использовать специализированные водяные бани. Например, для определения качества молока используются специальные бани-термостаты, так называемые «редуктазники». Они применяются для реализации методик определения жира (выдерживание бутирометров в водяной бане в течение 5 минут при температуре 65 гр.С), а также при проведении редуктазной пробы для выявления бактериального заражения непастеризованного молока (термостатирование пробирок при температуре 37 гр.С. в течение 1,5 часа). В качестве специализированной бани можно выделить, например, БВР-18 (Таглер, Россия) или ЛТР-24 (Сибагроприбор, Россия).
К специализированным водяным баням можно также отнести серологические бани для термостатирования пробирок флоринского. Среди приборов российского производства можно выделить модели БАЛС-55/4.1, БСА-400 и LOIP LB-164. Каждая из моделей обладает своей особенностью, но основная функция у них одинаковая — термостатирования штативов с пробирками Флоринского. Все указанные модели специализированных бань поставляются в комплекте с необходимыми штативами и могут быть использованы для обычных общелабораторных работ.
— Наличие дополнительных специфических функций. К таким баням можно отнести, например, модель ЛБ‑57164 в которой предусмотрены две ванны. В данной модели в одной из ванн установлен охлаждающий теплообменник, к которому может быть подключена водопроводная вода (или другой охладитель), позволяющая охладить емкость до температуры ниже окружающей среды.
Такая конструкция бани позволяет использовать ее для термостатирования проб природной и питьевой воды при органолептической оценке интенсивности запаха в соответствии с ГОСТ Р 57164. Данная модель может использоваться и как универсальная лабораторная баня с двумя рабочими ваннами, у которой одна из ванн способна поддерживать температуру ниже температуры окружающей среды.
В качестве еще одного примера водяной бани с дополнительной функцией можно рассмотреть модели со встроенным шейкером (встряхивателем). Такой функцией обладает, например, модель «СИНУС 03» и Stegler SB-22. Одновременное термостатирование и встряхивание требуется во многих процессах лабораторного анализа, для культивирования клеток, во время микробиологических и генетических исследований.
Источник статьи: http://labblog.ru/vybiraem-vodyanuyu-banyu-dlya-laboratorii/
НАГРЕВАНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ. Бани
В лаборатории органического синтеза большинство операций проводятся при температурах, отличающихся от комнатной температуры. Многие процессы проводят при нагревании (химические реакции, растворение, перегонка и т.д.), а некоторые при охлаждении (кристаллизация, экзотермические, плохо контролируемые химические реакции и т.д.).
В зависимости от теплоносителя бани делят на жидкостные, жидкосолевые, жидкометаллические, воздушные, паровые и песочные.
Бани применяют для нагрева сосудов, когда требуется создать вокруг нагреваемого объекта равномерное температурное поле и избежать использование открытого пламени или раскаленной электрической спирали.
Нагреватели. нагревательные бани
Большинство химических реакций при комнатной температуре протекают весьма медленно. Чтобы увеличить скорость таких реакций, повышают температуру. По закону Вант-Гоффа скорость любой химической реакции увеличивается в 2-4 раза при повышении температуры на каждые 10 о С. Повышение скорости химических реакций при нагревании связано с увеличением числа столкновений реагирующих молекул в единицу времени и с увеличением числа активных молекул, т.е. таких молекул, которые по сравнению с другими обладают повышенным запасом энергии. В качестве теплопроводящей среды в нагревательных банях применяют воздух, воду, расплавы солей, песок, органические жидкости (глицерин, масло) или металлические сплавы.
Водяные бани
Водяные бани используют для нагревания до температуры, не превышающей 100 о С. Вследствие незначительной тепловой инерции они позволяют очень точно поддерживать заданную температуру. Воду в бане нагревают до кипения и поддерживают в таком состоянии до завершения процесса. При работе с водяной баней необходимо следить за тем, чтобы в ней всегда была вода. Водяные бани не используются при работе с абсолютными растворителями и в тех случаях, когда присутствие водяных паров нежелательно по условиям эксперимента.
| ВНИМАНИЕ. Водяные бани запрещено использовать при работе с металлическим натрием и калием, а также с другими веществами, бурно реагирующими с водой |
Паровые бани
Для нагревания до температуры 100 о С иногда применяют паровые бани. Обычно паровая баня представляет собой сосуд, снабженный трубкой для подводки водяного пара и коленом для стока конденсата (рис 54). Это колено одновременно является гидравлическим затвором, препятствующим выходу пара. Под колено паровой бани нужно ставить какую-нибудь посуду, в которую будет стекать конденсат. Перед пуском пара рекомендуется в колено налить воды. Колбу, которая должна обогреваться паром, укрепляют на паровой бане таким образом, чтобы из нее выглядывало только горлышко сосуда. Паровую баню закрывают круглым куском жести с круглым вырезом по радиусу, позволяющим надевать эту крышку на горло колбы. Работающую баню помещают в вытяжной шкаф. Пар для обогрева можно брать из общего паропровода, если он имеется в лаборатории, или же получать его в паровике.
 |
Рисунок 54. – Паровая баня
Масляные и парафиновые бани
Масляные и парафиновые бани используют для нагревания до 250 о С, при более высоких температурах они начинают дымить, поэтому работа с ними проводится в вытяжном шкафу. Эти бани обладают относительно большой тепловой инерцией. Баню до половины наполняют минеральными маслами, получаемыми из нефти, и нагреваемый сосуд помещают в баню таким образом, чтобы уровни вещества в сосуде и масла совпали. Максимальная температура, достигаемая с помощью таких бань, зависит от вида применяемого масла, и должна быть на 50 о С меньше температуры вспышки масла. Контроль температуры обязательно проводить с помощью контактного термометра.
Применяемое масло должно быть чистым, сухим, без инородных предметов.
| ОПАСНО. Необходимо следить, чтобы в горячие масляные бани не попадала вода, т.к. это может привести к сильному вспениванию, разбрызгиванию масла и пожару. |
Для предотвращения попадания воды, конденсирующей на поверхности, обратные холодильники должны иметь около нижнего конца манжету из фильтровальной бумаги.
| ОПАСНО. При длительном нагревании до высокой температуры масло в бане может вспыхнуть. Вспыхнувшее масло нельзя тушить ни водой, ни песком. Следует накрывать баню листом асбеста или использовать огнетушитель. |
После работы сразу же следует осторожно обтирать тряпкой, бумагой поверхность колбы, удаляя еще горячее масло.
Гликолевые бани
Часто для нагревания сосуда до температуры 150-200 0 С используют гликолевые бани, в которых в качестве теплоносителей применяют этиленгликоль, диэтиленгликоль, полиэтиленкликоль. Такие бани оказываются очень удобными. Попадание в такую баню воды не представляет опасности, а остающийся на поверхности колбы гликоль легко смывается водой. Однако при высоких температурах они тоже дымят, как и масляные бани, потому с ними следует работать только в вытяжном шкафу.
Металлические бани
Для достижения температур выше 100 0 С очень часто применяются бани из легкоплавких сплавов (металлические бани) – сплав Вуда или сплав Розе.
Сплав Вуда — тяжелый, легкоплавкий сплав, изобретенный в 1860 году Б.Вудом. Температура плавления 65,5 °C, плотность 9720 кг/м³. Состав: Олово — 12,5 %; Свинец — 25 %; Висмут — 50 %; Кадмий — 12,5 %.
Сплав Розе назван в честь немецкого химика Валентина Розе Старшего. Температура плавления +94 °C. Состав: Олово 25 %; Свинец 25 % ; Висмут 50 %. Сплав Розе похож на Сплав Вуда, но отличается от него меньшей токсичностью, так как не содержит кадмия.
Эти сплавы обладают высокой теплопроводностью и позволяют осуществлять быстрый и равномерный обогрев. Их существенными недостатками является высокая цена и при больших размерах бани большая масса при больших размерах бани.
Солевые бани
Для нагревания до температуры выше 100 о С можно пользоваться солевыми банями, в которых теплоносителями служат растворы минеральных солей. Как известно, температура кипения растворов солей зависит от природы соли и концентрации раствора. Это дает возможность пользоваться различными степенями нагревания. Солевой раствор можно поместить в обычную водяную баню, при необходимости ее оборудуют приспособлениями для поддерживания постоянного уровня жидкости и постоянной температуры.
Песочные бани
Для осторожного нагревания до высокой температуры или для осторожного прокаливания используют песочные бани. Для этого берут мелкий песок и помещают его в металлическую чашку, насыпая так, чтобы получилась пирамидка. В середину пирамидки устанавливают сосуд, погружая в песок так, чтобы он не касался дна чашки. Температуру нагрева контролируют контактным термометром. Песок для бани должен быть чистым, без механических включений, прокаленным, чтобы сгорели все органические примеси. Песочные бани обладают очень большой тепловой инерцией и с трудом позволяют регулировать температуру. Кроме того, частый контакт стеклянной посуды с песком может приводить к появлению не всегда заметных трещин, что впоследствии, например, при использовании колбы для работы в вакууме, может приводить к взрыву. Поэтому, по возможности, песочные бани следует заменять другими типами нагревательных бань.
Воздушные бани
Из всех теплопроводящих сред, используемых в банях, воздух обладает наименьшей теплопроводностью. Как правило, теплопроводность газов примерно в 20 раз меньше теплопроводности жидкостей, которая в свою очередь примерно в 1000 раз меньше теплопроводности металлов.
Таким образом, переход тепла от газа (например, от горячего воздуха) относительно мал. В случае применения воздушной бани для передачи больших количеств тепла, вероятна опасность перегрева в местах, от которых тепло не отводится внутрь сосуда достаточно быстро (например, в местах, которые не смачиваются кипящей жидкостью). По этой причине воздушные бани не очень пригодны, например, при перегонке больших объемов.
Источник статьи: http://infopedia.su/5x20f4.html
