化学实验室是存在一定危险系数的空间,实验操作使用一些酸、碱、有机溶剂等试剂药品;试管、烧瓶、烧杯、冷凝管等玻璃器皿;原子吸收、气相色谱、液相色谱、紫外分光光度计等精密仪器以及烘箱、马弗炉等高温设备。化学实验室设计必须以“实用、安全、环保”为出发点,综合考虑各种仪器设备安全操作要求,配置相应实验设备。
一、普通及分析化学实验室设计
1.基本概念
普通及分析化学实验室从事研究实验包括化学物之混合、加热、冷却、蒸馏、蒸发、稀释及反应,这些工作可在开放实验台上或排烟柜操作,所需分析设备如分光光度计、瓦斯、液态层析计等,分析化学实验室常会使用一些有害物品,包括高毒性、挥发液体、粉体、有压可燃气体。虽然毒性物质分析过程可分解成无毒性合成物,但在分析操作上仍为有毒状态,通常不建议分析化学实验室操作极毒化学物,如致癌、致命易爆炸等化学物及较高放射性物质等。
分析化学实验室配置实验设备:实验室边台、中央台(水槽、试剂架)、通风柜、药品柜、器皿柜、回流冷凝装置(小水杯及水拷克)、抽滤装置(抽滤水龙头、小水杯槽)。
2.设计要求
根据化验任务需要,化验室有贵重的精密仪器和各种化学药品,其中包括易燃及腐蚀性药品。另外,在操作过程中常产生有害的气体或蒸气。因此,对化验室的房屋结构、环境、室内设施等有其特殊的要求,在筹建新化验室或改建原有化验室时都应考虑。
化验室用房大致分为三类:精密仪器实验室、化学分析实验室、辅助室(办公室、储藏室、钢瓶室等)
化验室要求远离灰尘、烟雾、噪音和震动源的环境中,因此化验室不应建在交通要道、锅炉房、机房及生产车间近旁(车间化验室除外)。为保持良好的气象条件,一般应为南北方向。
1)精密仪器室
精密仪器室要求具有防火、防震、防电磁干扰、防噪音、防潮、防腐蚀、防尘、防有害气体侵入的功能,室温尽可能保持恒定。为保持一般仪器良好的使用性能,温度应在15~30℃,有条件的最好控制在18~25℃。湿度在60%-70%,需要恒温的仪器室可装双层门窗及空调装置。
仪器室可用水磨石地或防静电地板,不推荐使用地毯,因地毯易积聚灰尘,还会产生静电、大型精密仪器室的供电电压应稳定,一般允许电压波动范围为±10%。必要时要配备附属设备(如稳压电源等)。为保证供电不间断,可采用双电源供电。应设计有专用地线,接地极电阻小于4Ω。
气相色谱室及原子吸收分析室因要用到高压钢瓶,最好设在就近室为能建钢瓶室(方向朝北)的位置。放仪器用的实验台与墙距离500mm,以便于操作与维修,室内有有良好的通风,原子吸收仪器上方设局部排气罩。
微型计算机和微机控制的精密仪器对供电电压和频率有一定要求。为防止电压瞬变、瞬时停电、电压不足等影响仪器动作,可根据需要选用不间断电源(UPS)。
在设计专用的仪器分析室的同时,就近配套设计相应的化学处理室,这在保护仪器和加强管理上是非常必要的。
2)化学分析室
在化学分析室中进行样品的化学处理和分析测定,工作中常使用一些小型的电器设备及各种化学试剂,如操作不慎也具有一定的危险性,针对这些使用特点,在化学分析室设计上应注意以下要求:
(1)建筑要求 化验室的建筑应耐火或用不易燃的材料建成,隔断和顶棚也要考虑到防火性能。可采用水磨石地面,窗户要能防尘,室内采光要好,门应向外开,大实验室应设两个出口,以利于发生意外时人员的撤离。
(2)供水和排水 供水要保证必须的水压、水质、和水量以满足仪器设备正常运行的需要,室内总阀门应设在易操作的显著位置,下水道应采用耐酸碱腐蚀的材料,地面应有地漏。
(3)通风设施 由于化验工作中常常会产生有毒或易燃的气体,因此化验室要有良好的通风条件,通风设施一般有3种:
① 全室通风 采用排气扇或通风竖井,换气次数一般为5次/时。
② 局部排气罩 一般安装在大型仪器发生有害气体部位的上方。在教学实验室中产生有害气体的上方,设置 局部排气罩以减少室内空气的污染。
③ 通风柜 这是实验室常用的一种局部排风设备。内有加热源、水源、照明等装置。可采用防火防爆的金属材料制作通风柜,内涂防腐涂料,通风管道要能耐酸碱气体腐蚀。风机可安装在顶层机房内,并应有减少震动和噪音的装置,排气管应高于屋顶2m以上。一台排风机连接一个通风柜较好,不同房间共用一个风机和通风管道易发生交叉污染。通风柜在室内的正确位置是放在空气流动较小的地方,或采用较好的狭缝式通风柜。通风柜台面高度800mm,宽750mm,柜内净高1200-1500mm,操作口高度800mm,柜长1200-1800mm。条缝处风速0.3-0.5m/s视窗开启高度为300-500mm。挡板后风道宽度等于缝宽2倍以上。
(4)煤气与供电 有条件的化验室可安装管道煤气。化验室的电源分照明用电和设备用电。照明最好采用荧光灯。设备用电中,24h运行的电器如冰箱单独供电,其余电器设备均由总开关控制,烘箱、高温炉等电热设备应有专用插座、开关及熔断器。在室内及走廊上安装应急灯,备夜间突然停电时使用。
(5)实验台 实验台主要由台面、台下的支架和器皿柜组成,为方便操作,台上可设置药品架,台的两端可安装水槽。
实验台面一般宽750mm或1500mm,长根据房间尺寸,可为1500-3000mm,高可为800-850mm。台面常用贴面理化板、实芯理化板、环氧树脂板、千思板、陶瓷板等制成。理想的台面应平整、不易碎裂、耐酸碱及溶剂腐蚀,耐热,不易碰碎玻璃器皿等。
3)辅助室
(1)药品储藏室 由于很多化学试剂属于易燃、易爆、有毒或腐蚀性物品,故不要购置过多。储藏室仅用于存放少量近期要用的化学药品,且要符合危险品存放安全要求。要具有防明火、防潮湿、防高温、防日光直射、防雷电的功能。药品储藏室房间应朝北、干燥、通风良好,顶棚应遮阳隔热,门窗应坚固,窗应为高窗,门窗应设遮阳板。门应朝外开。易燃液体储藏室室温一般不许超过28℃,爆炸品不许超过30℃。少量危险品可用铁板柜或水泥柜分类隔离贮存。室内设排气降温风扇,采用防爆型照明灯具。备有消防器材。可以符合上述条件的半地下室为药品储藏室。
(2)钢瓶室 易燃或助燃气体钢瓶要求安放在室外的钢瓶室内,钢瓶室要求远离热源、火源及可燃物仓库。钢瓶室要用非燃或难燃材料构造,墙壁用防爆墙,轻质顶盖,门朝外开。要避免阳光照射,并有良好的通风条件。钢瓶距明火热源10m以上,室内设有直立稳固的铁架用于放置钢瓶。
二、有机化学实验室设计
有机化学实验室从事研究实验包括一般有机物分析(定量分析和定性分析、药品检测(含量测定和鉴别、农药残留测定(六六六DDT农药残留、菊脂农药残留、有机氮农药残留、有机磷农药残留、气体分析(人工煤气组分分析、天然气的组成分析、液化石油气成分分析)、有害物质测定(苯并吡、多环芳烃、黄曲霉毒素)、红外光谱未知物鉴定、质谱未知物鉴定、侦检样品(水、食品、血样)等。有机实验室拥有高效液相色谱仪、气相色谱仪、薄层描仪、元素分析仪、核磁共振仪、红外吸收光谱仪等大型仪器及配套设施。
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配置实验设备:实验室边台、中央实验台、中央台式整体通风罩、药品柜、器皿柜、回流冷凝装置(小水杯及水拷克)、抽滤装置(抽滤水龙头、小水杯槽)。
三、无机化学实验室设计
无机化学实验室从事研究实验包括重金属(铅、镉、汞、砷等)定量分析,包括环境、食品、生物、中药材等各类型样品、常见微量金属定性、定量分析,比如: Fe、Cu、Ca、K、Mg、Mn、Zn、Li、Mo、Sr、Co等、微量贵重金属元素(Au、Ag、Pt)和痕量金属元素(比如:Tl)、非金属及其化合物(比如:Se、B、P、N、NO2-、NO3-、F-、Cl-、SO42-等)、容量分析的各种项目、中药材及中成药药物含量分析、食物营养成份分析(比如:碳水化合物、淀粉、脂肪、纤维素等)、物理性指标分析(比如:密度、熔点、折光率、旋光度、PH值、水分等)、无机化学试剂各种理化指标分析。无机实验室拥有原子吸收光谱仪、紫外光谱仪、荧光光谱仪、电感偶合等离子体原子发射光谱仪、离子色谱仪等大型进口精密仪器,能承担绝大多数无机项目的分析测试工作。
无机化学实验室设计需配置实验设备:实验室边台、中央实验台(水槽、试剂架)、通风柜、药品柜、器皿柜、抽滤装置(抽滤水龙头、小水杯槽)。