Лабораторные бани

Лабораторная баня

Лабораторная баня - это нагревательный прибор, который применяется для нагревания различных субстанций с использованием лабораторной посуды из стекла, фарфора и др. при помощи теплоносителя размещенного в специальной камере.

Лабораторные бани используют для нагревания различных емкостей с веществом, в том случае когда необходимо обеспечить определенную и равномерную по площади температуру нагревания. Лабораторную баню применяют также в случае, когда нежелательно использовать прямой контакт открытого огня с нагреваемым сосудом.

Виды лабораторных бань

Лабораторные бани классифицируют по типу используемого теплоносителя. Таким образом выделяют несколько типов лабораторных бань это бани жидкостные (жидкий теплоноситель), бани с твердым теплоносителем, жидкосолевые, жидкометаллические, воздушные и паровые.

- К жидкостным лабораторным баням относятся

·         Водяные бани

·         Масляные бани

·         Бани с другими жидкими теплоносителями

- Жидкосолевые

- Жидкометаллические

- Лабораторные бани с твердыми теплоносителями

·         Песчаные бани

·         Криптоловые бани (криптол - угольная крошка с размером частиц 0,5 - 3,0 мм.)

- Паровые бани

- Воздушные бани

Лабораторные бани жидкостные

К этому типу бань относятся самые распространенные бани с жидким теплоносителем. Главное преимущество жидкостных бань, это возможность работы устройства в режиме кипения теплоносителя, таким образом достигается определенная точность поддержания температуры, без использования специальных схем управления электро нагревом. Жидкости используемые в качестве теплоносителя имеют известную температуру кипения в нормальных условиях (к примеру, водяная баня во время кипения при стандартном давлении 100 кПа (1 бар) составляет 99,61 °C (211,3 °F) ). Чтобы получить разные температуры нагрева используют другие жидкости в качестве теплоносителя, с различной температурой кипения.

В том случае, если для лабораторной бани требуется установить температуру до начала кипения теплоносителя, в устройстве должен быть установлен терморегулятор, который позволит менять температуру нагревателя. В лабораторных банях устанавливают как простые реостаты, так и микропроцессорные системы управления, в которых используется  пропорционально-интегрально-дифференцирующие (ПИД) регуляторы — это схема с обратной связью в управляющем контуре. Такая система автоматически управляет точной установкой температуры нагрева, на основе датчика температуры. 

Жидкостные лабораторные бани производятся одно и многоместными, в основном, с закрытым электрическим обогревом и с автоматическим регулированием уровня жидкости. Все многоместные жидкостные бани имеют уровнемер.

Так же, некоторые модели жидкостных бань имеют циркулятор, это устройство обеспечивает перемешивание жидкости. Циркулятор может быть как встроенным, так и внешним.

Водяные лабораторные бани (вода: до +100°C; водный раствор солей: до +140°C)

Водяная баня – это недорогой и  самый распространенный тип бань. Такие бани применяют повсеместно, в лабораториях, на производстве, в быту и т.д.. Водяные бани работают в диапазоне нагрева теплоносителя от 0 до +100°C. Водяную баню удобно использовать, когда необходим постоянный нагрев сосуда до +100°C, так как при нормальном атмосферном давлении температура кипения воды составляет как раз +100°C. Так же, вода имеет самую высокую теплопроводность среди жидкостей, уступая только ртути, благодаря этому достигается равномерный нагрев сосуда.

Масляные лабораторные бани (нагрев до +360°С)

Применяя различные виды масел в качестве теплоносителя лабораторной бани, можно равномерно нагревать сосуды до +360°C. Однако при длительном нагревании на максимальной температуре масло может самовоспламениться. Кроме этого нужно учитывать ряд требований техники безопасности при использовании масляной бани:

·         При нагревании масло испаряется, пары опасны и имеют неприятный запах, поэтому при работе необходимо использовать вытяжной шкаф.

·         В случае воспламенения масла, необходимо накрыть баню  асбестовой тканью. Другие методы тушения не подходят.

·        Заполнения масляной бани теплоносителем допускается не более 1/2 от объема.

·         При работе с масляной баней нужно постоянно следить за температурой, чтобы избежать воспламенения теплоносителя.

·        Избегать попадания в нагретое масло других жидкостей. Это может вызвать разбрызгивание теплоносителя.

·         Следить за совпадением уровней теплоносителя и нагреваемой субстанции в сосуде, что бы добиться равномерного нагрева.

·        После удаления сосуда из масляной бани дождаться стекания теплоносителя, после чего сосуд тщательно очистить сухой салфеткой.

Жидкослевые бани (до +900°C)

В том случае, если необходимо получить более высокую температуру нагрева, вплоть до +900°C, используют жидкосолевые бани.

Работа с жидкосолевыми банями также требует применение мер предосторожности:

·         Смеси из нитритов и нитратов калия и натрия использовать для жидкосолевых бань не рекомендуют из-за опасности мгновенного воспламенения и взрыва при перегревании и попадании органических веществ.

·         Стеклянный сосуд нельзя сразу помещать в жидкий расплав солей – так как от мгновенного перегрева он лопнет. Чтобы сосуд не лопнул, при нагревании твердой смеси солей,  одновременно в ней проплавляют углубление, в которое и помещают сосуд. Углубление обычно проплавляют герметичным электронагревателем, способным развивать необходимую температуру.

·         По окончании работы сосуд немедленно удаляют из жидкого расплава и только после этого отключают нагрев бани.

Жидкометаллические бани (до +350°С)

Жидкометаллические бани применяют в случаях, когда необходима высокая точность установки температуры, так как высокая теплопроводность жидких металлов и их сплавов позволяет автоматически регулировать температуру в зоне нагрева сосуда с точностью ±0,01°С без необходимости перемешивания расплава.

Особенности работы с жидкометаллическими лабораторными банями

·         Чтобы предупредить прилипание металла к стеклу, стенки сосуда покрывают графитом и соскабливают металл стальной пластинкой с неостывшего сосуда, а затем вытирают его насухо шерстяной тканью или кусочком сукна.

·         Высокая плотность расплавов, вызывает выталкивание сосуда из его среды (следует предусмотреть специальные удерживающие приспособления)

·         Поверхность расплава окисляется на воздухе.

·         Металлы при высокой температуре испаряются, и пары некоторых из них токсичны (свинец, кадмий)

Бани с твердым теплоносителем

Песочные и криптоловые бани (песок: от +500°С до +800°С, криптол  до +1500°С)

Песочные и криптоловые бани содержат в качестве теплоносителя либо сухой мелкозернистый песок, либо угольную крошку с размером частиц 0,5 - 3,0 мм (криптол). Такие бани имеют электрический или газовый обогрев.

Песочные бани, в отличие от криптоловых, прогревают неравномерно, и при работе с ними трудно поддерживать более или менее постоянную температуру.

Недостаток криптоловых бань - постепенное выгорание угольной крошки с образованием угарного и углекислого газов; при этом появляется зола, которая оплавляет керамическую футеровку бани и защитные чехлы электронагревателей.

Бани с газообразным теплоносителем

Воздушные бани ( от +110°С до +150°С)

Воздушные бани обычно применяют для выпаривания растворов. Теплоносителем в таких банях выступает воздух, при этом используются более высокие температуры и интенсивная циркуляция для более эффективной передачи энергии нагреваемому сосуду.