Лабораторные сушильные шкафы — где используются, виды и назначение оборудования

Лабораторные печи (или сухожары) представляют собой изолированные боксы, позволяющие создавать, контролировать постоянство внутренней температуры на протяжении всего процесса нагрева. В этой статье подробно рассмотрим сушильный шкаф лабораторный.

Назначение

Предназначен для упрощения процесса сухой стерилизации, предварительной обработки различных материалов.

Сфера использования

Сушка или обезвоживание — удаление влаги из образцов. Проводится в экологических, биологических и клинических лабораториях. Печи с принудительной подачей воздуха, вакуумные печи лучше всего подходят для образцов, которые легко разрушаются, поскольку они удаляют влагу, снижают температуру кипения воды, позволяя высушить образец при более низкой температуре. Печи с гравитационной конвекцией часто используются для сушки мелких частиц, поскольку они могут рассеиваться при сильном потоке воздуха.

Стерилизация — обеззараживание лабораторного оборудования от жизнеспособных микроорганизмов осуществляется при температуре не менее 160° C в течение 45–60 минут.

Отжиг — включает в себя нагрев, а затем охлаждение стекла или стали для уменьшения твёрдости, повышения пластичности. Используются высокотемпературные печи, часто в металлургии, производстве медицинского оборудования и материаловедении. Отожженные материалы легче резать, формировать.

Испарение — для выпаривания избыточных растворителей при получении концентрированных растворов, измерении температуры плавления.

Отверждение склеивания — благодаря сочетанию сушки, запекания лабораторные печи отверждают вещества, чтобы сделать их химический состав более твёрдым. Способ создания эпоксидных смол, клеев, пластмасс, каучуков, используемых в исследованиях полимеров, нанотехнологиях и полупроводниковой промышленности.

Полиимидная выпечка — добавляемый в печь в жидком виде полиимид затем подвергается термическому обжигу для создания тонкой плёнки, которая используется в качестве слоёв перераспределения, адгезии, связывания стружки.

Другое — для проведения испытаний материалов, определения предела прочности при растяжении, деформации, упругости производимых изделий, прочности припоя в печатных платах и т. д. В криминалистических лабораториях специально сконфигурированные вакуумные печи используются для проявления отпечатков пальцев; в биологических лабораториях используются гравитационно-конвекционные печи для удаления микробиологических загрязнений с оборудования, а также вакуумные печи для приклеивания подложек к поверхности фильтров. В экологии образцы взвешивают до и после сушки, чтобы определить их влажность.

Устройство

1. Корпус: изготовлен из нержавеющей стали, соединён с изолятором, который не позволяет теплу уходить и, следовательно, поддерживает температуру внутренней камеры.
2. Изоляция из стекловаты: пространство между внутренней камерой и внешним корпусом заполнено стекловатой.
3. Внутренняя камера: изготовлена из нержавеющей стали.
4. Полки: пространство шкафа разделено полками, на которых предусмотрено место для размещения микробной культуры.
5. Дверца: герметична благодаря асбестовой прокладке, которая позволяет удерживать тепло внутри инкубатора.
6. Панель управления: расположена на передней стороне шкафа, прямо над дверью. Содержит переключатели для всех параметров.
7. Трубчатые воздухонагреватели: помогают генерировать тепло во внутренней камере. Расположены по обеим сторонам внутренней камеры.
8. Вентилятор с приводом от двигателя: способствует равномерной циркуляции воздуха внутри камеры.
9. Датчик температуры: он измеряет температуру внутри печи с горячим воздухом и отображает её на экране контроллера.
10. ПИД-регулятор температуры: поддерживает точную температуру в течение всего цикла. Он также контролирует температуру, отображает её значения.
11. Индикатор загрузки: показывает, что сухожар перегружен.
12. Сетевой выключатель: для включения/выключения.
13. Защитный термостат: устройство защиты от перегрева. Защищает печь и образец в случае неисправности контроллера.

Рисунок 1. Конструкция лабораторного сухожара

Принцип работы сушильных шкафов для лабораторий

Работает по принципу конвекции тепла. Состоит из электрического нагревательного змеевика, который генерирует сухое тепло. Создаваемый в камере в результате принудительной циркуляции сухой воздух вытесняет охлаждённый, образуя градиент. Использование вентилятора обеспечивает равномерное распределение тепла, в результате достигается оптимальная температура.

Виды

Стандартные цифровые — созданы для нагрева и сушки, обеспечивают точный контроль температуры до 300° C и безопасность.

Сверхмощные — используются в промышленности для тестирования почв/агрегатов и сушки биологических образцов.

Высокотемпературные — изготовленные на заказ с рабочей температурой выше 500° C. Оснащены дополнительной изоляцией стен и дверей.

Вакуумные — используются для удаления влаги с предметов без их спекания. Тепло вырабатывается боковыми стенками и требует внешнего вакуумного насоса для создания среды с низким давлением, которая сводит к минимуму окисление во время сушки.

Рисунок 2. Вакуум-сушильный шкаф с воздушной циркуляцией Pink VUT

С принудительной (механической) конвекцией — тёплый воздух прогоняется по камере печи с помощью вентилятора. Это создаёт равномерное распределение тёплого воздуха и обеспечивает быстрый нагрев и охлаждение. Однако может вызвать чрезмерную сушку образца из-за мощности вентилятора.

Рисунок 3. Binder RF 53 с принудительной конвекцией

С гравитационной (естественной) конвекцией — нагретый воздух естественным образом поднимается вверх, когда он расширяется и становится менее плотным, чем окружающая атмосфера. Являются менее стабильными, так как может снижаться однородность температуры в результате случайного образования мёртвых точек в камере. Бюджетная альтернатива печам с механической конвекцией. Идеально подходят для простых задач и в случаях, когда сильные воздушные потоки могут вытеснять лёгкие образцы.

Рисунок 4. Binder E 28 с естественной конвекцией

Критерии выбора

Доступно оборудование различных размеров: от портативных переносных до отдельно стоящих полупромышленных установок. Температурный диапазон варьируется от -185° С до 350° С и зависит от задач.

1. Потенциальное применение
2. Рабочий диапазон температур

Модели с более высокими диапазонами температур не всегда могут обеспечить оптимальную стабильность и однородность характеристик, которые необходимы при более низких температурах. Кроме того, в этих печах могут использоваться дорогостоящие компоненты, и они могут быть более дорогими в эксплуатации.

3. Объём и размеры камеры

Необходимо учесть форму, размер образцов и объём загрузки печи. Слишком маленький размер камеры затруднит работу. Слишком большой — повысит эксплуатационные расходы на нагрев неиспользуемого объёма. Габариты должны обеспечивать свободное перемещение через имеющиеся дверные проёмы.

4. Однородность и стабильность

Все авторитетные производители печей указывают показатели однородности своих лабораторных и некоторых промышленных моделей. Стабильность — это диапазон температур выше и ниже заданного значения, поддерживаемого в печи термостатом или контроллером.

5. Класс энергопотребления

Перед покупкой необходимо узнать мощность и конфигурацию электропитания в лаборатории, а также требования к мощности печи

6. Вытяжная вентиляция

Вытяжка должна обеспечивать отвод газов и паров за пределы лаборатории при работе с едкими, опасными веществами, образцами с повышенной влажностью. Многие модели имеют прямой принудительный выпуск воздуха через встроенные порты. В некоторых случаях можно разместить сухожар под вытяжным шкафом достаточной производительности. Встроенная взрывозащита обеспечивает безопасность при работе с летучими соединениями.

Рисунок 5. Безопасный сушильный шкаф Binder FDL 115

7. Время восстановления

Частое открывание дверцы печи для добавления или извлечения образцов создаёт дополнительную нагрузку на систему, поскольку она пытается компенсировать потерю тепла. Короткое время восстановления температуры является желательной характеристикой производительности, но требует дополнительной энергии. Потерю тепла можно удовлетворительно контролировать, ограничивая частоту открывания дверцы и поддерживая достаточную загрузку образца в камере.

8. Материалы

Внутренняя часть и полки многих моделей изготовлены из нержавеющей стали для защиты от коррозии и износа. При работе с неагрессивными материалами можно рассмотреть модель с внутренней частью из оцинкованной стали в качестве бюджетного варианта. Печи с двойными стенками и хорошей изоляцией между камерой и внешним корпусом работают более экономично, равномерно, а наружная стенка меньше нагревается.

9. Тип управления

Доступны разные варианты контроллеров, начиная от простых аналоговых переключателей с биметаллическими термостатами и заканчивая высокоточными программируемыми цифровыми ПИД-контроллерами с регистрацией данных, калибровкой, самодиагностикой и удалённым веб-доступом.

Рисунок 6. Binder FP 115 с программируемым контроллером

Где купить

В Миллаб Group можно приобрести лабораторные сушильные шкафы от производителей Binder, Pink. Наши специалисты с удовольствием ответят на ваши вопросы и подберут оборудование в зависимости от решаемых задач для достижения желаемого результата!