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化学实验室通风系统设计
 
 
发布时间:2016年9月28日  发布者:jxl
 

  (一)通风
  实验室内应有良好的通风,必要时应设空调。
  在要求空调恒温的实验室内,空气应保持正压。为了排除室内余热并控制适当的正压值,可在实验室门下部设置可调活动孔板,适当地送出室内空气。
  从事放射性物质、毒物、致癌物、传染性微少物、有腐蚀性的易挥发液体等工作的实验室,为了不使有害物质向外扩散,空内空气均应保持负压,并应利用适当的装置(例如通风柜、排风设备等)将有害空气排出室外。在排出之前应使用过滤材料(或其它合适的设备)将空气中的有害物质除掉,以免造成环境污染。 实验室设备


  走廊、会议室、办公室等不进行化学品操作的地方,应保持空气新鲜。这些地方相对于化学或微生物学实验室应保持一定的正压。
  实验室相对于走廊应保持适当的负压,要有足够的空气进入室内。化学反应中所生成的烟雾,应用适当的方法进行吸收处理或在稀释后排向室外。应避免污染空气从通风柜倒流入室内或引起交叉污染。
  所有化学实验室均应安装通风柜,以排除在操作过程中所产生的有毒烟雾或易燃气体(或蒸汽),不使污染室内空气。此外,通风柜也可提供进行安全操作的场所。
  (二)通风柜
  1、种类
  (1)顶抽式,结构简单,易于制作,较为常见,在柜中靠顶部处没有挡板,适用于放热实验(如加热或产生大量热的实验操作)。但应注意,对于非放热实验,由于操作口风速不匀,近台处易产生旋涡,所以不宜采用此种通风柜。
  (2)狭缝式,在顶部和后侧中、下部(或仅下部)设有排风狭缝,可与柜同长。上部缝宽约3、2厘米,下部缝宽约4、5厘米并高出台面17、5厘米。此式通风柜操作口风速均匀,使用效果较好,
  (3)带旁通,在操作口上方前壁上设置进气缝,柜门升起时被盖住,柜门接近关闭时启开,经进气缝的空气量增大,可使操作口风速大致保持稳定,适于由通风柜排除室内空气的娶求。
  (4)供气式,设辅助风机由室外将总排风量的60~70%空气直接送入柜内或操作口专供排气使用,其余再由室内供给,从而可减少室内空气的排出量,适于带空调的实验室,以求节省能量。但应注意操作口气流的均匀性,防止柜内形成涡流(可用金属丝网减速)。
  (5)自然通风式,常用于低危毒水平的加热操作,利用室内外温差自然通风,使气体由排风管直接从柜顶排至室外。管顶设筒形风帽,以防进入异物。排风管应有足够的高度(例如6米以上)。此种通风柜结构极简单,易于保养,又不耗电,但不适于高毒操作。
  2、配布
  下图示出实验室通风柜的数种配布方式。图中丙是错误的布置。此外,当实验室较窄时,不得在房间窄向面积的两侧面对面地修建通风柜,以防妨碍室内空气的正常流通。
  有空调时,通风柜应设于气流下风向,以免干扰气流的组织。
  通风柜窗口与实验室出入通道之间应有一定的距离,一旦通风柜内发生事故(起火、爆炸、泄出有毒气体等),室内人员在撤出实验室时不致因此而遭受危害。
  在设计实验室时,对于通风柜的数量也应有周密的考虑。
  3、构造
  (1)操作口柜门,柜门可以为上下扯式、平扯式等。平扯式适于校长的操作口或放化实验(门上可带手套孔),其使用和维修均较方便,在实验时应注意闭门操作,以防产生涡流。上下扯式可用插销孔固定门扇,更方便的是用平衡锤(例如铅制)通过活轮轴(带滚珠轴承或尼龙滑轮)由尼龙绳(或不锈钢丝绳、合成树脂保护钢丝绳等)牵动,使柜门门扇在上蜡的滑槽内上下滑动。门扇下设橡皮条作为缓冲,此外也可将门扇四角装设金属凸头,搁在门旁两边扁铁槽托内进行定位,并由上凸头在槽内滑动。除上述之外,柜门还可取摇开式或上悬式等类结构。如为自然通风柜,有害物毒性不大,操作又频繁时,也可考虑不设柜门。观察窗宜用安全玻璃或有机玻璃(不小于6毫米)制成。
  (2)工作台面,工作台面的用料要求与实验台相同,常可用钢筋泥凝土(现捣或预制板)或压制石棉水泥,为了提高对试剂的耐腐蚀性能,可用白瓷砖(或耐酸瓷砖)或不锈钢贴面,但不得使用木台面,台面外缘宜抬高约20毫米,以防污水外溢,一般不宜用带坡度台面。
  放射性工作台面应能承受铅屏蔽的荷重(通常要求能支承一吨荷重),台面材料宜用不锈钢,或在一船工作台面上铺一层厚滤纸并衬以不透水衬垫,另外配合使用不锈钢盘或耐酸瓷盘,以防溶液外溅造成污染。 操作汞的工作台面应无缝隙。
  (3)柜壁,侧壁和前壁的固定部分均宜用玻璃,可用5毫米厚的玻璃,安全玻璃则更好,在破碎时仍与塑料夹层粘合在一起,钢化玻璃虽有较好的耐热冲击性能(250℃以下,嵌丝玻璃与安全玻璃则为50℃以下),但因可飞散碎块(虽无棱角),所以不适于易爆物的操作。操作氢氟酸宜用有机玻璃,但应注意不使受高热或机械损伤,不能用嵌丝玻璃,因其强度小于末配钢丝的等厚玻璃,且碎块飞出时带有钢丝钩,更易伤人,在必要时可在前壁下口设聚氯乙烯引水槽;将冷凝水排向两例。
  壁面骨架和门可用木材,碳钢,不锈钢等材料制作。钢筋泥凝土因施工不便,不宜采用。
  后壁可用白瓷砖,耐酸瓷砖贴面,以便清洗。有爆炸危险的通风柜,更要求能便于清洗。
  挡板可用聚氯乙烯、石棉水泥(上涂环氧树脂)、厚玻璃或不锈钢等材料制成,色宜浅白,便于识别烟雾颜色。挡板应便于装卸、清洗或更换。如用玻璃,可用60厘米宽玻板对接,用夹板支承,使用聚氯乙烯挡板时,应防过度受热。挡板宜用不锈钢支承,一般不宜用木料,否则至少应涂两次环氧树脂。
  (4)附属装置,通风柜内应设冷水、热水、煤气、压缩空气、真空等管道,龙头设于侧壁靠通风柜外缘处。阀门宜设于台面前缘下或操作口外框上,也可以设在柜旁管道井的壁面上,电源插座、照明开关;排风机开关均应装在柜外。
  柜内宜用荧光灯照明,通常可用40瓦。为防腐蚀,应设在柜外顶部灯盒内,下部用透明材料(如6毫米有机玻璃)罩护,并配用氯丁橡胶垫圈防止腐蚀性气体侵入。灯盒宜涂白漆或使用白色有机材料锻层(如聚氯乙烯)。
  柜下通常可设贮酸柜,内衬聚氯乙烯,配有聚氯乙烯盘子,也可用瓷砖贴面。
  (5)基本尺寸,通风柜工作台面的高度应确当,可根据操作性质,工作人员的一般高度,内装仪器设备的高度等具体条件作适当的选择。一般可取85—90厘米的高度。
  操作口高度为80厘米,过低会妨碍视线。柜内净高1、2—1、5米或更高。柜的上部宜装管道检修柜,封至平顶,以免积灰。
  通风柜深度有利于增进气流的均匀性,不宜过浅,可取75—85厘米或稍深。
  通风柜每单元长度为1、2—1、8米,不宜过狭。必要时可用多单元(如2、4—3、6米),中间可设间壁或活络问壁(或不设)。
  狭缝式通风柜的中、下缝尺寸要相等,条缝处风速宜不低于5米/秒。挡板后的风道宽度应不小于缝宽的两倍。
  4、操作口风速
  通风柜应有合宜的抽风速度。速度过低,则不足以有效地排除受污空气,但也不宜使用过大的抽风速度,以免造成不必要的能源消耗。对于一般实验室的化学操作,在通风柜窗户正常开启的条件下,通风柜操作口风速不宜低于0、25—0、38米/秒(线速度)。对于有毒蒸汽的操作,视毒性的大小与操作量的多少不同,宜取0、4—1、0米/秒的风速。通常应使操作口任一点的风速与操作口风速平均值之差不大于20%。
  抽风速度过大时,可以吹熄煤气灯焰。遇此情况,应改用电炉等其它热源。
  通风柜窗外的交叉气流会影响通风柜的抽风效率,所以应设法避免(例如经由实验室门、窗所产生的横向气流等)。此外,人员在通风柜窗前过于频繁的往返走动,也可产生干扰。
  通风柜风道内的抽风速度:对于被气体、蒸汽类物质污染的空气,速度应不低于10米/秒。如需清除凝聚的潮湿烟雾,风道速度应取12、5—15米/秒。为抽出固体质粒,风道速度应取17、5—22、5米/秒。
  5、通风机
  通风机应置于接近排气出口处的屋顶(或顶层),不应直接置于通风柜上。要使风机与通风柜问的管道处于负压(相对于实验室),一旦风道产生漏缝,污染空气不致逸入实验室内。通常应实行一柜一机的单独控制方法,但若有二柜,则应二柜合用一机或采用联动。风机进、出风端宜装聚氯乙烯或聚丙烯软接头,以减小噪声。
  通风机的排风量(米3/秒)应为通风柜操作口全面打开时的操作口面积(平方米)与操作口风速(米/秒)之积,通常还应再加上10~20%考虑风管积污、通风机叶片受损等不利因素的补充风量。
  通风机应采用耐腐蚀性能较好的材料制成,振动要小,噪声要低。可根据情况选用聚氯乙烯塑料通风机、防爆通风机或一般通风机。放射性实验室可用铝或不锈钢通风机。风机机壳可用压制石棉水泥或不锈钢制成。机轴宜用皮带传动,这样,只要改动转轮直径即可改变风机转速。电动机宜为双速,高速用以排除高浓度有害气体,低速用以降低噪声。
  6、排风系统的划分与风道设计
  集中式排风系统因系统大,风量不易平衡,当系统风管损坏或检修时,整个系统通风柜就不能使用,每个通风柜虽设调节阀,使用仍然不便。分散式排风系统可按需要启闭通风机,相互不干扰,且可节省能耗,噪声和振动也小,且便于处理不同性质的有害气体。同一房内如有两个或两个以上通风柜,应划为一个系统,以免在一个通风柜工作而另一个不工作时产生倒流,引起室内污染。
  排风系统有害物质的排放高度应符合国家规定。通常,若周围50米内没有高层建筑物时,排放高度应超过建筑物最高处至少2米以上。使用垂直排风管时,应设排水出口,将不用风机时流入风机壳底的雨水排除。排出的废气应向上垂直排放,以利稀释扩散。实验室进风口应设在建筑物的下风向。
  为了避免污染大气,在设计通风柜时,应根据化学操作的性质,加设空气过滤器等空气净化装置。过滤材料在使用一定时间之后,应适时更换。各种过滤材料的性质列于表11。设计时尚应采取适当的措施,保证使排出的污染空气获得有效的稀释和分散,且不致重回实验室内(如经由窗户等)。风道系统应便于检修和清洗,避免水平风道、直角弯头或接头,力求取得流线型气流。
  通常,长度不到2米的通风柜,风道直径宜为22厘米,通风柜长度为2—2、67米时,可用30厘米直径的风道。风道应由通风柜顶中央引出,通至排风机处,否则可能使操作口处气流不匀。
  风道材料应耐腐蚀,一般可用石棉水泥(内敷氯化橡胶)、聚氯乙烯、镀锌铁皮(内涂环氧焦油)或不锈钢,但需注意聚氯乙烯并不防火。
  7、使用与保养
  (1) 通风柜建成后,应作全面试验。可在柜内点燃冒烟的蜡烛进行试验,也可用气流计测柜门操作口上、中、下三处的流速(全开,开启一半,开启1/3)。
  (2) 操作有害物的装置,应置于柜内离操作口15厘米以上处,以防逸出有害物。
  (3) 柜内实验装置不得遮挡排风狭缝。
  (4) 实验完毕,应等待一定时问(通常3—5分钟),方可关闭风机。
  (5) 柜内经常保持整洁,密闭。风机、风管及附件应定期检修、测定和调整,以保证通风效果。平时不得充作贮藏柜。在通风柜内堆放不必要的化学试剂、危毒气体瓶或其它物品,不但会不必要地减少通风柜的有效操作面积,而且也可能会降低抽风速度,影响有害物
  质的排出。
  对于危毒试剂或贮气瓶,应在实验室的辟远角隅另外构筑小型贮藏处分开贮放,并应配
  置单独的抽风系统日夜工作(但抽风速度较小),以排出可能释出的危毒气体。
  8、高氯酸通风柜
  高氯酸的加热操作应在专用的高氯酸通风柜内进行。由于高氯酸蒸汽易与有机物发生激
  烈的反应,甚至产生强烈的爆炸,危险性很大,所以高氯酸通风柜应满足下列要求。
  (1)通风柜的上部和风道系统的外露部分不得使用有机质材料覆盖。柜内表面应全部采用聚氯乙烯、不锈钢或压制水泥板(外覆氯化橡胶或环氧漆面),做成流线型,以防聚凝污物。挡板可卸,便于更换。
  (2)通风柜的窗门等处不得使用有机润滑剂或有机密封剂。管道应无缝。不得使用氧化铅甘油。避免使用铆钉。
  (3)加热高氯酸,不得使用煤气、油类或乙醇为燃料。
  (4)通风柜顶部及风道内积聚的蒸汽雾滴,应用专门的洗涤器具清洗。可在挡板后,管道内设不锈钢或聚氯乙烯喷水器,要求能够洗到全部表面,在柜后要开污水格承接淋洗下来的污水,也可在管道内没承接槽与排水口,但应注意防溅。
  (5)高氯酸通风柜应设明显的标志,以与—般通风柜相区别。
  (三)密封操作箱与排气霸
  仅有小量危毒气体(蒸汽、气镕胶或固体微粒)释出的操作,可在密封(或部分密封)操作箱(手套箱)中进行。操作箱常用有机玻璃制作,加工容易,可按需要向生产单位定购或定制。与通风柜相比,操作箱使用方便,便于搬动,且较经济。操作箱释出的有毒气体,可用适当的试剂吸收,也可用抽气方法加以排出。抽气的速度通常可取15米/分线速度。
  当操作设备体积较大,不便搬动,或由于工作需要,不能使用操作箱或通风柜时,为了排除释出的危毒气体(蒸汽、气溶胶或固体微粒),可使用徘气罩,安装在工作台的上方(伞形罩),侧边(侧吸罩),或安装在工作台上方并加围挡(格式罩)。
  排气罩应设计合理,符合安全要求:
  (1)尽量靠近设备的有害物质散发源,以提高对有害物质的排除效率。
  (2)符合有害物的散发分布情况。例如:对于实验台面可用侧吸式,对于加热槽可用伞形罩,而对于光谱仪则宜用箱式罩。
  (3)应根据气体有害程度的大小提供一定的控制风速。
  (4)应便于进行安全操作与维修。
  在设计实验室时,还应考虑设置供操作箱、排气罩抽气用的装置。

 
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