浅谈化学实验室通风系统设计

(一)通风
　　实验室内应有良好的通风，必要时应设空调。
　　在要求空调恒温的实验室内，空气应保持正压。为了排除室内余热并控制适当的正压值，可在实验室门下部设置可调活动孔板，适当地送出室内空气。
　　从事放射性物质、毒物、致癌物、传染性微少物、有腐蚀性的易挥发液体等工作的实验室，为了不使有害物质向外扩散，空内空气均应保持负压，并应利用适当的装置(例如通风柜、排风设备等)将有害空气排出室外。在排出之前应使用过滤材料(或其它合适的设备)将空气中的有害物质除掉，以免造成环境污染。

　　走廊、会议室、办公室等不进行化学品操作的地方，应保持空气新鲜。这些地方相对于化学或微生物学实验室应保持一定的正压。
　　实验室相对于走廊应保持适当的负压，要有足够的空气进入室内。化学反应中所生成的烟雾，应用适当的方法进行吸收处理或在稀释后排向室外。应避免污染空气从通风柜倒流入室内或引起交叉污染。
　　所有化学实验室均应安装通风柜，以排除在操作过程中所产生的有毒烟雾或易燃气体(或蒸汽)，不使污染室内空气。此外，通风柜也可提供进行安全操作的场所。
　　(二)通风柜
　　1、种类
　　(1)顶抽式，结构简单，易于制作，较为常见，在柜中靠顶部处没有挡板，适用于放热实验(如加热或产生大量热的实验操作)。但应注意，对于非放热实验，由于操作口风速不匀，近台处易产生旋涡，所以不宜采用此种通风柜。
　　(2)狭缝式，在顶部和后侧中、下部(或仅下部)设有排风狭缝，可与柜同长。上部缝宽约3、2厘米，下部缝宽约4、5厘米并高出台面17、5厘米。此式通风柜操作口风速均匀，使用效果较好，
　　(3)带旁通，在操作口上方前壁上设置进气缝，柜门升起时被盖住，柜门接近关闭时启开，经进气缝的空气量增大，可使操作口风速大致保持稳定，适于由通风柜排除室内空气的娶求。
　　(4)供气式，设辅助风机由室外将总排风量的60~70%空气直接送入柜内或操作口专供排气使用，其余再由室内供给，从而可减少室内空气的排出量，适于带空调的实验室，以求节省能量。但应注意操作口气流的均匀性，防止柜内形成涡流(可用金属丝网减速)。
　　(5)自然通风式，常用于低危毒水平的加热操作，利用室内外温差自然通风，使气体由排风管直接从柜顶排至室外。管顶设筒形风帽，以防进入异物。排风管应有足够的高度(例如6米以上)。此种通风柜结构极简单，易于保养，又不耗电，但不适于高毒操作。
　　2、配布
　　下图示出实验室通风柜的数种配布方式。图中丙是错误的布置。此外，当实验室较窄时，不得在房间窄向面积的两侧面对面地修建通风柜，以防妨碍室内空气的正常流通。
　　有空调时，通风柜应设于气流下风向，以免干扰气流的组织。
　　通风柜窗口与实验室出入通道之间应有一定的距离，一旦通风柜内发生事故(起火、爆炸、泄出有毒气体等)，室内人员在撤出实验室时不致因此而遭受危害。
　　在设计实验室时，对于通风柜的数量也应有周密的考虑。
　　3、构造
　　(1)操作口柜门，柜门可以为上下扯式、平扯式等。平扯式适于校长的操作口或放化实验(门上可带手套孔)，其使用和维修均较方便，在实验时应注意闭门操作，以防产生涡流。上下扯式可用插销孔固定门扇，更方便的是用平衡锤(例如铅制)通过活轮轴(带滚珠轴承或尼龙滑轮)由尼龙绳(或不锈钢丝绳、合成树脂保护钢丝绳等)牵动，使柜门门扇在上蜡的滑槽内上下滑动。门扇下设橡皮条作为缓冲，此外也可将门扇四角装设金属凸头，搁在门旁两边扁铁槽托内进行定位，并由上凸头在槽内滑动。除上述之外，柜门还可取摇开式或上悬式等类结构。如为自然通风柜，有害物毒性不大，操作又频繁时，也可考虑不设柜门。观察窗宜用安全玻璃或有机玻璃(不小于6毫米)制成。
　　(2)工作台面，工作台面的用料要求与实验台相同，常可用钢筋泥凝土(现捣或预制板)或压制石棉水泥，为了提高对试剂的耐腐蚀性能，可用白瓷砖(或耐酸瓷砖)或不锈钢贴面，但不得使用木台面，台面外缘宜抬高约20毫米，以防污水外溢，一般不宜用带坡度台面。
　　放射性工作台面应能承受铅屏蔽的荷重(通常要求能支承一吨荷重)，台面材料宜用不锈钢，或在一船工作台面上铺一层厚滤纸并衬以不透水衬垫，另外配合使用不锈钢盘或耐酸瓷盘，以防溶液外溅造成污染。 操作汞的工作台面应无缝隙。
　　(3)柜壁，侧壁和前壁的固定部分均宜用玻璃，可用5毫米厚的玻璃，安全玻璃则更好，在破碎时仍与塑料夹层粘合在一起，钢化玻璃虽有较好的耐热冲击性能(250℃以下，嵌丝玻璃与安全玻璃则为50℃以下)，但因可飞散碎块(虽无棱角)，所以不适于易爆物的操作。操作氢氟酸宜用有机玻璃，但应注意不使受高热或机械损伤，不能用嵌丝玻璃，因其强度小于末配钢丝的等厚玻璃，且碎块飞出时带有钢丝钩，更易伤人，在必要时可在前壁下口设聚氯乙烯引水槽;将冷凝水排向两例。
　　壁面骨架和门可用木材，碳钢，不锈钢等材料制作。钢筋泥凝土因施工不便，不宜采用。
　　后壁可用白瓷砖，耐酸瓷砖贴面，以便清洗。有爆炸危险的通风柜，更要求能便于清洗。
　　挡板可用聚氯乙烯、石棉水泥(上涂环氧树脂)、厚玻璃或不锈钢等材料制成，色宜浅白，便于识别烟雾颜色。挡板应便于装卸、清洗或更换。如用玻璃，可用60厘米宽玻板对接，用夹板支承，使用聚氯乙烯挡板时，应防过度受热。挡板宜用不锈钢支承，一般不宜用木料，否则至少应涂两次环氧树脂。
　　(4)附属装置,通风柜内应设冷水、热水、煤气、压缩空气、真空等管道，龙头设于侧壁靠通风柜外缘处。阀门宜设于台面前缘下或操作口外框上，也可以设在柜旁管道井的壁面上，电源插座、照明开关;排风机开关均应装在柜外。
　　柜内宜用荧光灯照明，通常可用40瓦。为防腐蚀，应设在柜外顶部灯盒内，下部用透明材料(如6毫米有机玻璃)罩护，并配用氯丁橡胶垫圈防止腐蚀性气体侵入。灯盒宜涂白漆或使用白色有机材料锻层(如聚氯乙烯)。
　　柜下通常可设贮酸柜，内衬聚氯乙烯，配有聚氯乙烯盘子，也可用瓷砖贴面。
　　(5)基本尺寸，通风柜工作台面的高度应确当，可根据操作性质，工作人员的一般高度，内装仪器设备的高度等具体条件作适当的选择。一般可取85—90厘米的高度。
　　操作口高度为80厘米，过低会妨碍视线。柜内净高1、2—1、5米或更高。柜的上部宜装管道检修柜，封至平顶，以免积灰。
　　通风柜深度有利于增进气流的均匀性，不宜过浅，可取75—85厘米或稍深。
　　通风柜每单元长度为1、2—1、8米，不宜过狭。必要时可用多单元(如2、4—3、6米)，中间可设间壁或活络问壁(或不设)。
　　狭缝式通风柜的中、下缝尺寸要相等，条缝处风速宜不低于5米/秒。挡板后的风道宽度应不小于缝宽的两倍。
　　4、操作口风速
　　通风柜应有合宜的抽风速度。速度过低，则不足以有效地排除受污空气，但也不宜使用过大的抽风速度，以免造成不必要的能源消耗。对于一般实验室的化学操作，在通风柜窗户正常开启的条件下，通风柜操作口风速不宜低于0、25—0、38米/秒(线速度)。对于有毒蒸汽的操作，视毒性的大小与操作量的多少不同，宜取0、4—1、0米/秒的风速。通常应使操作口任一点的风速与操作口风速平均值之差不大于20%。
　　抽风速度过大时，可以吹熄煤气灯焰。遇此情况，应改用电炉等其它热源。
　　通风柜窗外的交叉气流会影响通风柜的抽风效率，所以应设法避免(例如经由实验室门、窗所产生的横向气流等)。此外，人员在通风柜窗前过于频繁的往返走动，也可产生干扰。
　　通风柜风道内的抽风速度：对于被气体、蒸汽类物质污染的空气，速度应不低于10米/秒。如需清除凝聚的潮湿烟雾，风道速度应取12、5—15米/秒。为抽出固体质粒，风道速度应取17、5—22、5米/秒。
　　5、通风机
　　通风机应置于接近排气出口处的屋顶(或顶层)，不应直接置于通风柜上。要使风机与通风柜问的管道处于负压(相对于实验室)，一旦风道产生漏缝，污染空气不致逸入实验室内。通常应实行一柜一机的单独控制方法，但若有二柜，则应二柜合用一机或采用联动。风机进、出风端宜装聚氯乙烯或聚丙烯软接头，以减小噪声。
　　通风机的排风量(米3/秒)应为通风柜操作口全面打开时的操作口面积(平方米)与操作口风速(米/秒)之积，通常还应再加上10～20%考虑风管积污、通风机叶片受损等不利因素的补充风量。
　　通风机应采用耐腐蚀性能较好的材料制成，振动要小，噪声要低。可根据情况选用聚氯乙烯塑料通风机、防爆通风机或一般通风机。放射性实验室可用铝或不锈钢通风机。风机机壳可用压制石棉水泥或不锈钢制成。机轴宜用皮带传动，这样，只要改动转轮直径即可改变风机转速。电动机宜为双速，高速用以排除高浓度有害气体，低速用以降低噪声。
　　6、排风系统的划分与风道设计
　　集中式排风系统因系统大，风量不易平衡，当系统风管损坏或检修时，整个系统通风柜就不能使用，每个通风柜虽设调节阀，使用仍然不便。分散式排风系统可按需要启闭通风机，相互不干扰，且可节省能耗，噪声和振动也小，且便于处理不同性质的有害气体。同一房内如有两个或两个以上通风柜，应划为一个系统，以免在一个通风柜工作而另一个不工作时产生倒流，引起室内污染。
　　排风系统有害物质的排放高度应符合国家规定。通常，若周围50米内没有高层建筑物时，排放高度应超过建筑物*高处至少2米以上。使用垂直排风管时，应设排水出口，将不用风机时流入风机壳底的雨水排除。排出的废气应向上垂直排放，以利稀释扩散。实验室进风口应设在建筑物的下风向。
　　为了避免污染大气，在设计通风柜时，应根据化学操作的性质，加设空气过滤器等空气净化装置。过滤材料在使用一定时间之后，应适时更换。各种过滤材料的性质列于表11。设计时尚应采取适当的措施，保证使排出的污染空气获得有效的稀释和分散，且不致重回实验室内(如经由窗户等)。风道系统应便于检修和清洗，避免水平风道、直角弯头或接头，力求取得流线型气流。
　　通常，长度不到2米的通风柜，风道直径宜为22厘米，通风柜长度为2—2、67米时，可用30厘米直径的风道。风道应由通风柜顶中央引出，通至排风机处，否则可能使操作口处气流不匀。
　　风道材料应耐腐蚀，一般可用石棉水泥(内敷氯化橡胶)、聚氯乙烯、镀锌铁皮(内涂环氧焦油)或不锈钢，但需注意聚氯乙烯并不防火。
　　7、使用与保养
　　(1) 通风柜建成后，应作全面试验。可在柜内点燃冒烟的蜡烛进行试验，也可用气流计测柜门操作口上、中、下三处的流速(全开，开启一半，开启1/3)。
　　(2) 操作有害物的装置，应置于柜内离操作口15厘米以上处，以防逸出有害物。
　　(3) 柜内实验装置不得遮挡排风狭缝。
　　(4) 实验完毕，应等待一定时问(通常3—5分钟)，方可关闭风机。
　　(5) 柜内经常保持整洁，密闭。风机、风管及附件应定期检修、测定和调整，以保证通风效果。平时不得充作贮藏柜。在通风柜内堆放不必要的化学试剂、危毒气体瓶或其它物品，不但会不必要地减少通风柜的有效操作面积，而且也可能会降低抽风速度，影响有害物
　　质的排出。
　　对于危毒试剂或贮气瓶，应在实验室的辟远角隅另外构筑小型贮藏处分开贮放，并应配
　　置单独的抽风系统日夜工作(但抽风速度较小)，以排出可能释出的危毒气体。
　　8、高氯酸通风柜
　　高氯酸的加热操作应在专用的高氯酸通风柜内进行。由于高氯酸蒸汽易与有机物发生激
　　烈的反应，甚至产生强烈的爆炸，危险性很大，所以高氯酸通风柜应满足下列要求。
　　(1)通风柜的上部和风道系统的外露部分不得使用有机质材料覆盖。柜内表面应全部采用聚氯乙烯、不锈钢或压制水泥板(外覆氯化橡胶或环氧漆面)，做成流线型，以防聚凝污物。挡板可卸，便于更换。
　　(2)通风柜的窗门等处不得使用有机润滑剂或有机密封剂。管道应无缝。不得使用氧化铅甘油。避免使用铆钉。
　　(3)加热高氯酸，不得使用煤气、油类或乙醇为燃料。
　　(4)通风柜顶部及风道内积聚的蒸汽雾滴，应用专门的洗涤器具清洗。可在挡板后，管道内设不锈钢或聚氯乙烯喷水器，要求能够洗到全部表面，在柜后要开污水格承接淋洗下来的污水，也可在管道内没承接槽与排水口，但应注意防溅。
　　(5)高氯酸通风柜应设明显的标志，以与—般通风柜相区别。
　　(三)密封操作箱与排气霸
　　仅有小量危毒气体(蒸汽、气镕胶或固体微粒)释出的操作，可在密封(或部分密封)操作箱(手套箱)中进行。操作箱常用有机玻璃制作，加工容易，可按需要向生产单位定购或定制。与通风柜相比，操作箱使用方便，便于搬动，且较经济。操作箱释出的有毒气体，可用适当的试剂吸收，也可用抽气方法加以排出。抽气的速度通常可取15米/分线速度。
　　当操作设备体积较大，不便搬动，或由于工作需要，不能使用操作箱或通风柜时，为了排除释出的危毒气体(蒸汽、气溶胶或固体微粒)，可使用徘气罩，安装在工作台的上方(伞形罩)，侧边(侧吸罩)，或安装在工作台上方并加围挡(格式罩)。
　　排气罩应设计合理，符合安全要求：
　　(1)尽量靠近设备的有害物质散发源，以提高对有害物质的排除效率。
　　(2)符合有害物的散发分布情况。例如：对于实验台面可用侧吸式，对于加热槽可用伞形罩，而对于光谱仪则宜用箱式罩。
　　(3)应根据气体有害程度的大小提供一定的控制风速。
　　(4)应便于进行安全操作与维修。
　　在设计实验室时，还应考虑设置供操作箱、排气罩抽气用的装置。