Апаратура для дистиляції та деіонізації води
Вода частіше веде себе як активне середовище, ніж як інертний розчинник; Звичайно, такі властивості води сильно ускладнюють її очищення.
У великих лабораторіях щодня витрачаються десятки літрів дистильованої води. При цьому від її якості багато в чому залежать результати аналізу, особливо якщо йдеться про визначення активності ферментів, бактеріологічні дослідження.
Вимоги до дистильованої води сформульовані в Державній Фармакопеї СРСР. «Дистильована вода повинна мати рН у межах 5,0-6,8. Сухий залишок при випаровуванні не повинен перевищувати 0,001%. Дистильована вода не повинна містити нітритів та нітратів, хлоридів, сульфатів, солей кальцію та важких металів» [9].
У лабораторіях дистильовану воду одержують зазвичай за допомогою електричних дистиляторів. Дистилятори, що випускаються в СРСР, забезпечують зазначені вище вимоги.
Для дистиляції води застосовується апаратура різних конструкцій та продуктивності, проте принцип роботи апаратів цього типу один - конденсація пари, що отримується нагріванням води електронагрівачами різної потужності та виду, в камерах охолодження.
Об'єднання «Червоногвардієць» випускає ряд моделей дистиляційних апаратів різної потужності та продуктивності [23].
Так, дистилятор Д-1 розрахований на отримання 4-5 л води на годину, а дистилятор Д-25, модель 784 - на отримання великих обсягів дистильованої води (25 л/год). Перший апарат цілком придатний для невеликих лабораторій, другий для лабораторій великих лікарень і науково-дослідних інститутів.
Принципова схема дистилятора Д-25 моделі 784 зображено на рис. 4. У камері випаровування (6) електронагрівальні елементи (8) нагрівають воду до кипіння. Камеравипаровування зовні захищена сталевим кожухом, призначеним для зменшення теплових втрат та запобігання обслуговуючого персоналу від опіків. Пар, що утворився в камері, надходить у конденсатор (5), який охолоджується протікає зовні водопровідною водою. Сконденсована пара витікає у вигляді дистиляту через ніпель (1). Чистота дистильованої води, що отримується, забезпечується за рахунок відбивних екранів (4), сепаруючих пар. Відображувальні екрани розташовані у верхній частині камери випаровування.
Прилад, підключений до водопроводу, заповнюється водопровідною водою, що надходить безперервно з моменту включення приладу. Через вентиль (9) вода заповнює камеру випаровування до встановленого рівня. У міру википання вода надходить у камеру випаровування лише частково, основна частина її, проходячи через конденсатор, зливається по зливальній трубці (3) у вирівнювач (11) і далі через відвід (10) стікає в каналізацію. За допомогою вирівнювача, що повідомляється з камерою випаровування, підтримується необхідний постійний рівень води.
Для захисту електронагрівальних елементів від перегорання у разі припинення подачі води або зниження її рівня нижче передбаченого в дистиляторі, є автоматичний пристрій датчик рівня (7), що автоматично відключає електронагрівачі від мережі.
При необхідності вимкнення приладу на тривалий час потрібно спустити воду, яка заповнює камеру випаровування. З цією метою служить спускний кран (2).
Пояснення у тексті.
Збільшення тривалості терміну роботи дистилятора без ремонту може бути досягнуто, як вказують І. П. Петрищев і В. В. Неделько [27], якщо регулярно очищати від накипу трубку, по якій вода надходить у камеру випаровування, оскількичасом отвір трубки все більше звужується через утворення накипу і вода з вирівнювача надходить у випарну камеру в недостатній кількості, викликаючи передчасний вихід з ладу електронагрівачів.
Мал. 5. Апарат для апірогенної води.
Основними частинами апарату є камера випаровування з уловлювачами, конденсатор, збірник-зрівнювач. Камера випаровування, як і в звичайному дистиляторі, захищена зовні сталевим кожухом, що зменшує тепловтрати і обслуговує персонал від опіків. У днищі камери випаровування вмонтовано 4 електронагрівальні елементи потужністю по 2 кВт кожен.
У камері випаровування вода, в яку вже додані хімічні реагенти, нагрівається електронагрівачами і перетворюється на пару, яка через уловлювачі та паропровід надходить у конденсаційну камеру, що охолоджується зовні холодною проточною водою, конденсується і перетворюється на апірогенну воду, що витікає через ніпель.
Для запобігання підвищенню тиску в камерах є запобіжна щілина, через яку може виходити надлишок пари.
Збірник-вирівнювач, пов'язаний з камерою випаровування, забезпечує постійний рівень води у ній. На початку роботи апарату вода заповнює камеру випаровування до встановленого рівня, а надалі, у міру википання, вода надходить у камеру випаровування лише частково, основна ж її частина через штуцер стікає у каналізацію. Для візуального контролю за рівнем води в камері випаровування на штуцері збірника-вирівнювача вставлено водомірне скло.
Збірник-зрівнювач в апараті AA-I має подвійну функцію. Він призначений для змішування води з хімічними реагентами, що додаються в камеру випаровування. Для цієї мети у збірнику-зрівнювачі є спеціальна трубка, через яку хімічні реагентинадходять у камеру випаровування разом із водою. Суворе дозування хімічних реагентів забезпечується пристроєм, що дозує, що складається з 2 скляних судин (ємностей) циліндричної форми, з'єднаних через крапельниці зі збіркою. Місткість кожної судини - 100 мл. Регулювання дозатора проводиться в основному один раз (на початку роботи апарату), а щоденне відновлення роботи дозатора здійснюється зняттям затискача з гумової трубки, що з'єднує дозатор зі збіркою-зрівнювачем.
Після звільнення однієї судини від реагентів підключають до роботи другий. Дозуючий пристрій укріплений на кронштейні, в якому є отвори для скляних судин, що закріплюються за допомогою кілець.
Зарубіжні фірми випускають численні моделі дистиляторів та бидистиляторів.
Дистилятори та бідистилятори фірми TQS (НДР) випускаються у кількох варіантах, у тому числі у вигляді настінної (М-5000) та настільної (Б-500) моделей [47]. Обидва прилади надзвичайно прості за конструкцією.
Дистилятор М-5000 (рис. 6) складається із закритих судин циліндричної форми, виготовлених з кварцового скла. У кип'ятильнику містяться два спіральні електронагрівачі на 2400 і 1600 Вт, також укладені в оболонку з термостійкого кварцового скла. У камері охолодження, проточною водою, що охолоджується, відбувається конденсація пари і дистильована вода, що стикається в процесі дистиляції тільки з кварцовим склом, стікає в приймач. Продуктивність апарату - до 5 л дистиляту на годину.
Бідистилятор Б-500 (настільна модель) складається з компактної циліндричної кварцової посудини, розділеної на дві розташовані один над одним камери випаровування. Так само, як і в дистиляторі М-5000, нагрівання води проводитьсяспіральним електронагрівачем, ізольованим від води оболонкою із термостійкого кварцового скла. У камері випаровування вода бідистилюється та знегаджується. Як камера охолодження використовується хімічний холодильник з нейтрального кварцового скла. Продуктивність цієї моделі – 0,5 л на годину.
Деіонізація — ефективніша, ніж дистиляція щодо видалення іонів солей, що забруднюють воду. Деіонізація полягає у пропусканні води через колонку, заповнену іонітами, які пов'язують іони, що у воді. В іонообмінній колонці зі змішаними шарами іонообмінні смоли (катіоніти) пов'язують позитивні іони, а аніоніти негативні.
Мікрофільтрація здійснюється шляхом пропускання води через дрібнопористі фільтри, здатні затримувати частки близько 0,3 мкм у діаметрі.
Фірма «Міліпор» (США) виробляє спеціальні системи, які забезпечують високий рівень очищення води від механічних домішок, солей та мікроорганізмів. У першій ланціапарату для деіонізації фірми «Міліпор» (рис. 7) вода проходить попереднє фільтрування через фільтрувальний патрон, що містить шар активованого вугілля, в якому вловлюються великі частинки гравію, пилу, іржі, далі вода надходить в агрегат з послідовною циркуляцією за чотирма патронами.
Мал. 7. Апарат для деіонізації води.
У першому патроні затримуються органічні речовини та хлор. У наступному патроні вловлюються заряджені іони мінеральних солей (іонообмінний патрон). На третьому етапі (фільтрувальний патрон з діаметром пор 0,45 мкм) затримуються всі частинки, які могли пройти на попередніх етапах і, нарешті, вода пропускається через фільтрувальний патрон з діаметром отворів фільтра 0,22 мкм, в якому повністю затримуються всі бактерії,мають розміри від 0,3 мкм у діаметрі. Цей патрон можна піддавати стерилізації в автоклаві.
Складовою частиною системи є годинний механізм, який пускає в хід рециркуляційний насос для вторинного пропускання води протягом 15 хв через певні проміжки часу, що виключає можливість застоювання води в системі, навіть якщо вона перебуває в бездіяльності в нічний час. Крім того, рециркуляція запобігає розвитку бактерій і, отже, швидку закупорку бактеріальних фільтрів [54].
Фірма «Labortechnik Ilmenau» (НДР) випускає установку для виробництва повністю знесоленої та деіонізованої води, аналогічної дистиляту [12]. Принцип дії приладу ґрунтується на іонному обміні. Настінна модель установки типу КЕА-62 дозволяє отримувати до 75 л води за годину. Апарат має дві іонообмінні колонки, заповнені іонообмінними смолами (катіонітом та аніонітом) по 4 л у кожній колонці, з обмінною ємністю 6000 л.
Габарити установки: 900X450 мм, маса – близько 20 кг. Напруга живлення - 220 В, 50 Гц. Потужність - приблизно 35 Вт. Зовнішній вигляд установки наведено на рис. 8.
Найбільш перспективними є установки, у яких конструктивно поєднуються деіонізація, органічна адсорбція та мікрофільтрація, що забезпечують високі якості води.
