Estabelecimento de laboratório doméstico

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Jul 25, 2021
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É sempre necessário escolher a casa para o laboratório com especial cuidado, é necessário compreender que o sucesso de todo o empreendimento depende do local. Por isso, neste artigo, vamos discutir algumas nuances que o ajudarão a montar um laboratório fiável.

Ao selecionar um espaço de laboratório, considere a área circundante. No processo de produção, é possível emitir gases para a atmosfera, pelo que é necessário ter em conta que haverá vários odores químicos perto da casa. Claro que tentaremos evitá-lo, mas deve ser tido em conta.

O caminho para a casa deve ser bem visível. Procure uma oportunidade para instalar câmaras de vídeo na estrada em direção à casa, para que os vizinhos não fiquem desconfiados. É desejável ter uma grande área da propriedade onde se encontra o laboratório para que as pessoas de fora não possam passar por lá. Caso contrário, será necessário colocar uma vedação alta contra olhares indiscretos. Neste caso, é uma boa opção organizar um laboratório na quinta. Mas, em cada caso, a escolha do espaço é uma decisão individual, dependendo da combinação de factores e das capacidades do organizador.

Para que o laboratório funcione bem, tem de receber energia e água ininterruptamente. Por conseguinte, inclua antecipadamente na sua lista um abastecimento de reserva destes dois recursos. É aconselhável dispor de vários geradores eléctricos, com uma reserva de combustível para os mesmos. Tenha uma estação de água para extração de água, um sistema de filtragem e um tanque para armazenar alguns cubos de água.

Outra coisa importante é ter um sistema de esgotos, de preferência com um sistema de limpeza. Se a sua casa não tiver rede de esgotos, os resíduos terão de ser removidos, recomendo que considere esta questão como uma das principais, a acumulação de resíduos criará um perigo desnecessário para todo o empreendimento. Abordaremos este tópico separadamente.

Passemos à sala propriamente dita, ou melhor, é desejável que existam várias:
1) Laboratório. A sala principal, onde se encontram um ou mais reactores e toda a infraestrutura para as sínteses.
2) Uma sala para secagem, engarrafamento e congelamento do produto final.
3) Armazém para armazenamento de precursores e outros produtos químicos.


Cada sala deve ser mantida a uma temperatura de cerca de 20 ºC, devendo ser instalados aparelhos de ar condicionado ou caldeiras de aquecimento para manter esta temperatura, consoante a região.

Um laboratório é uma sala grande, cerca de 20 metros quadrados de espaço são adequados para um laboratório com um reator. A altura do teto deve ser de cerca de 2,5 metros ou mais para acomodar o reator e os acessórios. As paredes, o chão e o teto devem ser revestidos com azulejos de grande formato para facilitar a limpeza. Em último caso, pode optar-se por painéis de plástico ou por uma folha de plástico espessa.

O laboratório deve estar tão bem equipado quanto possível: água corrente quente e fria, esgotos, aquecimento/ar condicionado, boa potência eléctrica (capacidade total calculada de todos os aparelhos com reserva). Um gerador de reserva, de preferência com arranque automático em caso de queda de tensão da rede, ou um inversor de alimentação ininterrupta (de preferência os dois dispositivos) devem assegurar a alimentação eléctrica ininterrupta do laboratório. Nalgumas fases da síntese, um curto corte de energia pode significar perda de produtividade e criar uma situação de risco de explosão ou incêndio.

No laboratório, é necessário instalar um bom sistema de ventilação de alimentação e de exaustão, e recomendo a instalação de um motor de ventilação de exaustão duas vezes mais potente do que o necessário para a sua sala.
Desenhe antecipadamente um diagrama da disposição dos dispositivos no seu laboratório para conduzir corretamente a energia, a água e a ventilação.

A drenagem do esgoto é melhor feita no chão.
Coloque também alguns extintores de incêndio nos locais mais acessíveis, pois os incêndios nos laboratórios, infelizmente, acontecem.
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O laboratório normal está normalmente equipado com dispositivos e equipamentos técnicos:
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Para a produção interna, é aconselhável utilizar reactores com um volume de 50-200 litros. Este volume permite-lhe organizar a produção de lotes substanciais. Se necessário, podem ser utilizados vários reactores para aumentar a produção.
A parte principal de um reator de laboratório é um balão de reação feito de material química e termicamente estável. Um desses materiais é o vidro borossilicatado. Possui elevadas propriedades físicas e mecânicas:

- É termicamente resistente. Devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica, pode suportar calor até 500 °C e grandes flutuações de temperatura e pressão;
- É liso, com baixa aderência, pelo que os produtos fabricados com ele são fáceis de limpar;
- não absorve reagentes, humidade e odores;
- durável, é relativamente difícil de partir;
- tem uma elevada transparência, pelo que é conveniente observar o curso dos processos no recipiente.
Todas estas propriedades são também importantes para outros elementos utilizados em aparelhos. Este vidro é utilizado para produzir frigoríficos, frascos, funis, tampas, pipetas e outros componentes de aparelhos de reação.
O equipamento básico de um reator de laboratório em vidro borossilicato inclui normalmente
- Vaso do reator com camisa termostática e válvula de fundo;
- Tampa permutável, que é escolhida em função do número de elementos a ligar;
- Agitador de hélice ou de âncora com um motor de conceção comum ou à prova de explosão;
- Um condensador para destilar o solvente;
- Um recipiente para recolher o condensado;
- funil de recolha de gotas;
- Quadro móvel sobre rodas com mecanismo de travão.
Os recipientes de vidro e outros dispositivos para instalações laboratoriais são frequentemente fabricados com ligações à terra. Os elementos esmerilados garantem a estanquicidade, pelo que são amplamente utilizados em reactores de laboratório. Existem também ligações de parafuso e de flange, ligações com tubos de borracha ou tampões especiais.

Para além dos reactores em vidro borossilicato, são também utilizados reactores em aço e fluoroplástico.
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O filtro nutsche a vácuo é um dispositivo especializado para a filtração a vácuo de meios líquidos, extração de plantas. Baseia-se num reator de camada única. É uma construção composta por:
- um grande funil de aço inoxidável;
- Um recipiente esférico de vidro estreito para recolher o filtrado;
- Uma estrutura de montagem em aço com fixadores;
- um suporte para o balão.

A parte superior do funil tem a forma de um cilindro, com uma grelha de aço inoxidável embutida no seu fundo - o material filtrante é colocado sobre ela. O gargalo do reservatório é ligado ao funil por meio de parafusos de fixação. A vedação entre o frasco e o funil é resistente aos produtos químicos.

O frasco de vidro tem uma válvula para evacuar o ar (na parte superior) e uma válvula para drenar o filtrado (montada na saída inferior). Fabricado em vidro de alta qualidade. A torneira pode ser de vidro ou de teflon.
A estrutura é montada sobre rodas para facilitar a deslocação na sala.

Este artigo descreve um filtro nutsche com um frasco de vidro e um funil de metal, mas também são utilizados filtros nutsche de fluoroplástico, metal e cerâmica.

No laboratório, utilizam-se normalmente filtros nutsche com um volume de 20 litros ou mais.
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A bomba de vácuo quimicamente resistente foi concebida para a geração de vácuo de diferentes níveis, para filtração e aspiração a vácuo, eletroforese em gel; para ligação a filtros Nutche, evaporadores, reactores químicos, porta-luvas, caixas de aspiração médica, armários de secagem e vácuo e outros dispositivos de vácuo.

Para utilização em laboratório, é necessária uma bomba de vácuo feita de materiais especiais resistentes a produtos químicos com a respectiva rotulagem. Dependendo da conceção, as bombas de vácuo são dos seguintes tipos
-bomba de óleo de palhetas rotativas;
-bomba de pistão de diafragma;
-bomba de circulação de água
e outras...
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Para reactores de laboratório, os termóstatos de circulação de aquecimento são utilizados para manter a temperatura definida na camisa do reator químico graças a uma bomba integrada. Quanto mais pequeno for o volume do banho, mais rápido será o aquecimento do líquido de refrigeração no seu interior, ou seja, o reator externo receberá mais rapidamente um novo lote de líquido de refrigeração com a temperatura definida. Quanto maior for a capacidade de aquecimento, mais rápido será o controlo da temperatura.
Os termóstatos de aquecimento têm um banho de aço com isolamento térmico que permite que o fluido seja aquecido com segurança até 300 °C.
Um termóstato de circulação de aquecimento é necessário quando a mistura de reação tem de ser aquecida durante o processo de síntese.
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Para arrefecer os permutadores de calor em reactores químicos, um refrigerador é um refrigerador circulante utilizado para extrair calor do processo. Em contraste com a utilização de água corrente, a temperatura desejada pode ser de -20 °C.

Os chillers têm arrefecimento a água (símbolo "w") e a ar do sistema de refrigeração. Os modelos de chillers (termóstatos de refrigeração) com sistema de refrigeração a água são silenciosos e requerem uma pequena quantidade de água de refrigeração, mesmo com a capacidade de refrigeração total. Os chillers podem ser equipados adicionalmente com um aquecedor e uma proteção independente contra sobreaquecimento. A temperatura máxima de trabalho é aumentada para 100 °C e a estabilidade da temperatura é de ±0,2 °C.

Um refrigerador é necessário se a massa de reação tiver de ser arrefecida durante a síntese.
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Um congelador será necessário para arrefecer os reagentes que o necessitem; para fazer gelo; para sedimentar as substâncias obtidas da massa de reação após a acidificação e outros processos semelhantes.

Os congeladores dividem-se em congeladores domésticos e de laboratório e têm preços muito diferentes.
Os principais requisitos para os congeladores de laboratório são:
- Alta precisão na regulação da temperatura.
- Homogeneidade da distribuição da temperatura ao longo de todo o volume do congelador.
- Possibilidade de instalar dispositivos que registem as alterações de temperatura na câmara de refrigeração e registem os resultados em papel ou em suporte eletrónico (medidores, registadores electrónicos ou em papel).
- Disponibilidade de portas para validação do frigorífico.
- Resistência à corrosão das superfícies internas e externas do frigorífico de laboratório à ação de detergentes e desinfectantes agressivos.

No entanto, para a maioria dos laboratórios domésticos, os congeladores normais com uma gama de temperaturas até -20 ºC são suficientes, pelo que cabe ao utilizador decidir se faz sentido pagar a mais por um congelador de laboratório.
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O evaporador rotativo é um dispositivo para a remoção rápida de líquidos por destilação a pressão reduzida. É muito utilizado em laboratórios químicos para a evaporação de solventes de misturas de substâncias, bem como para a separação de líquidos.
Nem todos os laboratórios podem utilizar um evaporador rotativo. Antes de encomendar um evaporador rotativo, estude o processo de síntese em pormenor e determine se precisa de um.
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No processo de trabalho no laboratório há muito vidro de laboratório sujo e outros recipientes, para manter a limpeza é necessário lavar os objectos sujos. Para tal, é necessário encomendar um lava-loiça metálico profundo, como os que se colocam nas cantinas para lavar pratos. São suficientemente profundos para lavar grandes recipientes. Para além da torneira, recomenda-se a instalação de uma mangueira comprida para facilitar a lavagem.
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É melhor usar uma mesa de laboratório feita de metal, o tamanho da mesa é determinado com base na área da sala e na localização do equipamento. É fácil de cuidar e é mais estável e durável, o que lhe permite utilizá-la com uma carga pesada.
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Para a arrumação dos utensílios de laboratório e de todo o tipo de artigos, recomenda-se a utilização de uma estante metálica, que é fácil de utilizar e durável, podendo suportar cargas pesadas. A estante ajudará a eliminar a desordem que pode levar a consequências perigosas no laboratório.
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Se a tua casa vai estar sob videovigilância, recomendamos que coloques vários monitores de vigilância em tua casa para que possas monitorizar a tua área a partir de qualquer lugar. Um deles deve ser instalado no laboratório para que possa monitorizar os seus movimentos no seu território e durante a síntese.

Para controlar o seu território e o acesso ao mesmo, recomendamos a instalação de um conjunto de câmaras de vídeo: para controlar em vídeo a estrada que conduz à casa; câmaras de perímetro; câmaras nas entradas do local.
Se instalar câmaras IP, pode monitorizar à distância.

Recomenda-se também a instalação de um sistema de alarme com um módulo GSM, para que, ao abrir as portas e as janelas das suas instalações, receba um sinal no seu telemóvel e saiba se alguém entrou nelas.
O quadro de controlo elétrico que alimenta todo o laboratório deve estar mesmo à porta. Em caso de circunstâncias imprevistas que sejam impossíveis ou perigosas de influenciar, deve sair a correr do laboratório e desenergizá-lo a partir da segurança da porta.
Se houver janelas no laboratório, é melhor cobri-las com um pano grosso de várias camadas ou cobri-las com painéis de plástico.
A sala de secagem está preparada para trabalhar com produtos acabados. Normalmente, uma sala de 3 por 3 metros é suficiente, mas dependendo do volume de produção, a área desta sala pode ser diferente. Nesta sala instala-se um sistema de estantes, para secagem e cristalização dos produtos acabados.
Para a sala de secagem, é importante criar um microclima: uma temperatura constante e ar seco. Por conseguinte, para além do equipamento normal para manter uma temperatura constante, deve ser instalado um desumidificador. Este possui um recipiente para recolher a água da atmosfera, que deve ser esvaziado quando cheio.
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As prateleiras para a sala de secagem são melhores para usar prateleiras largas e profundas. Para secar o produto acabado, recomenda-se a instalação de um aquecedor de película de infravermelhos nas prateleiras e a sua cobertura com película de plástico espessa. A radiação infravermelha moderada é excelente para secar o produto acabado.
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No passado, a sala de secagem estava equipada com uma boa ventilação de exaustão e secava por fluxo de ar. Mas este tipo de secagem tem várias desvantagens: se tiver uma grande massa de produto acabado, este seca durante muito tempo e o exaustor tem de trabalhar sem parar durante muito tempo, o que gera muito ruído e um grande desperdício de eletricidade.
Nesta base, recomendamos o equipamento descrito acima.
O armazém de precursores e reagentes químicos não tem de estar localizado na casa, pode ser qualquer anexo, como uma garagem ou um barracão.
Diferentes reagentes químicos têm diferentes condições de armazenamento, por isso tem em atenção este facto antes de criares um armazém. Em climas quentes, alguns reagentes podem necessitar de ser armazenados num frigorífico ou congelador.
O armazém deve ser ventilado: por exemplo, os solventes tendem a evaporar-se dos recipientes e, se se acumularem vapores suficientes, basta uma faísca ou uma temperatura elevada para entrar em combustão espontânea. É também desejável equipar o armazém com extintores de incêndio ou um sistema de supressão de incêndios.
Para a armazenagem, é necessário um sistema de estantes, tal como nas salas anteriores, recomendamos a utilização de estruturas metálicas, uma vez que são particularmente duráveis e não requerem cuidados especiais.

É necessário dispor de equipamento de enchimento/distribuição, balança e recipientes vazios no armazém para poder medir o número necessário de reagentes para sínteses, para posterior transferência para o laboratório.
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No laboratório deve ser instalado um excelente sistema de ventilação de abastecimento e exaustão.
O sistema de ventilação de fornecimento e exaustão é um complexo de equipamento que permite a entrada de ar da rua, a sua limpeza de poeiras, pólen e o seu fornecimento à sala. Ao mesmo tempo, a segunda parte do sistema recolhe o ar de exaustão e os odores desagradáveis e remove-os para o exterior.
Para que a ventilação funcione eficazmente, é necessário calcular corretamente a capacidade dos ventiladores em relação ao volume da divisão. Para tal, é necessário que a potência do exaustor seja o dobro da potência do ventilador de alimentação. Neste caso, os odores serão eliminados rapidamente.
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Os depuradores são utilizados para limpar meios gasosos de impurezas em vários processos químicos e tecnológicos, são dispositivos de purificação de gás baseados na lavagem de gás com líquido.
Os depuradores são concebidos para captar os gases que saem do reator. A limpeza de gases de impurezas por meio de depuradores pertence ao método de depuração húmida. Este método baseia-se na lavagem do gás com líquido (água, solução alcalina e outros) na superfície mais desenvolvida do contacto do líquido com as partículas de aerossol e na mistura mais intensa do gás limpo com o líquido. Este método permite a remoção de poeira, fumo, névoa e partículas de aerossol (geralmente indesejadas ou prejudiciais) de quase qualquer tamanho do gás.
Distinguem-se os seguintes tipos de depuradores
- torres do tipo bocal (depuradores do tipo bocal);
- ciclones pulverizados (depuradores centrífugos);
- aparelhos de espuma;
- depuradores Venturi.
O funcionamento dos lavadores de gases húmidos baseia-se na captura de partículas de pó pelo líquido, que as transporta para fora dos aparelhos sob a forma de lamas. O processo de recolha nos colectores de poeiras húmidos é melhorado devido ao efeito de condensação - aumento das partículas de poeira devido à condensação do vapor de água sobre elas.

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de resíduos
Todos os laboratórios enfrentam o problema da eliminação de resíduos. Existem três tipos de resíduos:
1. Gasosos.
2. Sólidos.
3. Líquidos.

Os resíduos gasosos, tal como acima descrito, podem ser descarregados para a atmosfera através de uma ventilação de exaustão ou lavados com um fluxo de líquido de lavagem num purificador.

Os resíduos sólidos são maioritariamente recipientes e embalagens de reagentes e equipamento: plástico, papel (madeira), metal, vidro e outros.
Se, durante o processo de trabalho, conseguir reutilizar estes objectos, aproveite-os, em vez de comprar novos. Por exemplo, os frascos de vidro podem ser lavados e utilizados para pesagem ou armazenamento, tal como alguns recipientes de metal e plástico.
No entanto, alguns resíduos sólidos terão de ser eliminados, geralmente retirados e deitados fora. Para evitar ser apanhado pela polícia, deve livrar-se dos autocolantes e etiquetas que identificam o lote e o nome do produto, que podem eventualmente tornar-se provas contra si. Para minimizar os riscos, deve apagar ou pintar as letras, retirar os autocolantes e cortar as etiquetas.
Pode compactar os resíduos sólidos; serão mais compactos e mais fáceis de remover. Escolha com antecedência o local onde vai levar os resíduos para serem eliminados. O local de deposição deve estar a uma distância razoável do laboratório. Se os seus resíduos forem encontrados e levantarem suspeitas, as casas e as empresas vizinhas serão inspeccionadas.

Os resíduos líquidos são frequentemente descarregados, deixá-los em contentores é arriscado, se forem detectados, o exame mostrará a sua relação com a síntese de substâncias proibidas. Estes resíduos dividem-se em dois tipos: água contaminada e resíduos de solventes orgânicos insolúveis em água.
Recomenda-se que apenas a água contaminada seja descarregada no sistema de esgotos, uma vez que as substâncias insolúveis em água podem corroer as tubagens ou entupir a descarga, causando riscos adicionais para o laboratório. Por isso, devem ser levados para longe do laboratório e descarregados. Podem também ser queimados num aquecedor a gasóleo.
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Nas instalações industriais, alguns resíduos são destruídos em incineradores, fornos especiais a gás. Os incineradores existem em tamanhos pequenos e podem ser utilizados no laboratório, mas requerem uma sala separada ou um espaço exterior.
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A incineração é o processo de combustão dos elementos orgânicos presentes nos fluxos de resíduos. Industrialmente, este processo é também conhecido como "tratamento térmico".
Existem 2 subprodutos principais da incineração. O primeiro é a cinza inerte de fundo, que é maioritariamente formada pelos elementos inorgânicos do fluxo de resíduos, e o segundo é o gás de combustão que, desde que tenham sido especificados os sistemas de limpeza de gás adequados, é seguro deixar que se dissipe na atmosfera.

Partes de um incinerador.
As partes da maioria dos incineradores são bastante padronizadas, o principal fator ao selecionar estas partes é a sua capacidade de durar e funcionar bem sob os ambientes de alta tensão testemunhados na incineração.

-Câmara primária (câmara de combustão) - é aqui que os resíduos são carregados e inflamados. Na maioria dos incineradores, a ignição ocorre devido às elevadas temperaturas ambiente que são retidas no revestimento das câmaras.
Câmara Secundária - por vezes também designada por câmara de "pós-combustão", é exigida por lei na Europa, EUA, Austrália e Canadá para evitar a formação de partículas nocivas. Em muitos países, a lei estipula que todos os gases de combustão devem permanecer nesta câmara secundária durante, pelo menos, 2 segundos a 850 ºC.
-Chaminé de combustão - também conhecida como chaminé. A maioria dos incineradores exige uma altura de chaminé de, pelo menos, 3 m. Esta altura será consideravelmente maior em áreas mais construídas ou onde as condições atmosféricas o exijam.
-Painel de controlo e termopares - controlam o funcionamento da máquina e asseguram que as câmaras estão à temperatura adequada ANTES de os resíduos serem carregados para incineração.
-Queimadores - A maior parte dos incineradores modernos estão equipados com queimadores de baixo NOx ou de caudal de gás modulado para aumentar a eficiência.
-Tanques de combustível - Os tanques de combustível devem ser isolados para garantir o armazenamento seguro do combustível.
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Os incineradores são concebidos para a descontaminação segura e eficaz de muitos tipos de resíduos. A utilização de um incinerador com uma câmara de pós-combustão de alta qualidade e um sistema de limpeza de poeiras e gases permite evitar as emissões de dioxinas e furanos nos gases residuais.
O incinerador é um forno no qual a incineração (descontaminação térmica) de resíduos é efectuada a temperaturas elevadas de 400 a 1200 ºC.
 

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Osmosis Vanderwaal

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Tenho a certeza de que nunca poderei usar nada com 1/20 do tamanho deste. A secção de videovigilância apenas menciona a caixa de disjuntores e a cobertura das janelas, pelo que há espaço para desenvolvimento.
Tendo em conta a necessidade de um evaporador rotativo, quão mais rápido é do que a destilação a vácuo?
Não parece que nenhuma das bombas de vácuo apresentadas tenha 1/10 da quantidade necessária para fazer funcionar o equipamento nessa sala. Vi várias bombas de palhetas cilíndricas e bombas de operação mista com 20 ho ou mais. Quantos CFM seriam necessários para fazer funcionar 10 reactores de 50L? Que quantidade de vácuo pode um químico utilizar no mundo real antes de as capacidades do equipamento ficarem comprometidas?
 
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