Thông gió phòng thí nghiệm là thành phần không thể thiếu trong thiết kế phòng thí nghiệm. Để ngăn nhân viên phòng thí nghiệm hít phải hoặc nuốt phải các chất hóa học và sinh vật độc hại, gây bệnh hoặc chưa rõ độc tính, phòng thí nghiệm phải có hệ thống thông gió tốt để bảo vệ sức khỏe thể chất và tinh thần của nhân viên. Để ngăn chặn sự hấp thụ một số hơi, khí và hạt (khói, bồ hóng, bụi và sol khí), các chất ô nhiễm phải được loại bỏ bằng tủ hút khí độc, chụp hút khí thải hoặc hệ thống thông gió cục bộ. Tủ hút khí độc là một trong những thiết bị an toàn quan trọng nhất trong phòng thí nghiệm: đây là biện pháp bảo vệ cục bộ hiệu quả, giúp người sử dụng và các nhân viên khác trong phòng thí nghiệm tránh xa thuốc thử hóa học cũng như các chất nguy hiểm khác, đồng thời có khả năng chống cháy và chống nổ.

I. Tủ hút khí độc

1. Cấu trúc

Tủ hút khí độc có cấu trúc phân tầng trên-dưới: phần đỉnh có cổng hút khí nơi có thể lắp quạt hút. Tủ phần trên chứa vách ngăn (tấm dẫn hướng dạng cánh gió), công tắc cảm ứng điều khiển mạch điện, ổ cắm điện, v.v.; cửa sổ quan sát được làm bằng kính cường lực, có thể di chuyển trái/phải hoặc lên/xuống để phục vụ thao tác. Tủ phần dưới có kiểu dáng tương tự băng ghế phụ phòng thí nghiệm, phía trên là mặt làm việc và phía dưới là thân tủ. Có thể lắp bồn rửa cốc nhỏ và vòi nước trên mặt làm việc. Xem Hình 7-39.

Tủ hút khí độc được chế tạo từ các loại vật liệu như kết cấu toàn thép, thép-gỗ, toàn gỗ, nhôm-gỗ, nhựa thép và PVC; mặt làm việc tiếp xúc trực tiếp với mẫu thí nghiệm thường được làm từ tấm nhựa epoxy, tấm laminate đặc chắc (tấm vật lý-hóa học), thép không gỉ, PVC, gốm sứ và các vật liệu khác. Xem Hình 7-40.

Tủ hút khí độc kiểu cũ hầu hết được làm bằng gỗ, nhưng các mẫu hiện đại chủ yếu làm bằng thép phủ epoxy. Chiều rộng tủ phổ biến gồm các mức 1200 mm, 1500 mm, 1800 mm và 2000 mm, chiều sâu dao động 700–900 mm và chiều cao dao động 1900–2400 mm. Loại tủ này có thể phục vụ đồng thời 1–3 người sử dụng. Tủ hút khí độc thường được lắp đặt dựa vào tường.

Ở vị trí trung tâm mặt trước là cửa sổ trong suốt di chuyển theo chiều dọc (thường làm bằng kính) với chiều cao mở thông thường từ 100–550 mm. Phía sau cửa sổ là bề mặt làm việc nơi thực hiện các thí nghiệm, được trang bị các kết nối cần thiết cho thí nghiệm như đường ống nước, cống thoát nước, nguồn điện, bơm chân không và đường ống dẫn khí, đồng thời có đèn chiếu sáng được che chắn ở phía trên. Không khí được quạt hút hút từ phía trên mặt trước của khoang tủ, sau đó hoặc được dẫn qua đường ống đến khu vực khác (gọi là thông gió thải toàn phần) hoặc được lọc và tuần hoàn lại trong phòng (gọi là thông gió không ống dẫn).

Hầu hết các tủ hút khí độc đều phát tín hiệu báo động khi lưu lượng khí thải quá thấp hoặc cửa sổ kính phía trước được mở quá xa, nhằm cảnh báo người vận hành. Cả tốc độ quạt hút bên trong và độ sáng đèn đều có công tắc điều chỉnh riêng.

Trong quá trình sử dụng, người vận hành đứng hoặc ngồi phía trước tủ, giữ cửa sổ kính ở mức thấp nhất có thể, rồi đưa tay vào khoang tủ phía dưới cửa sổ để thực hiện thí nghiệm. Do quạt hút hút không khí vào trong qua khe hở của cửa sổ, trong điều kiện vận hành bình thường các khí nguy hiểm sẽ không thoát ra ngoài với khối lượng lớn.

[Hình: Hình 7-39 Cấu trúc tủ hút khí độc (bản vẽ cấu trúc mặt cắt; kích thước: chiều rộng 1800 mm, chiều sâu 800 mm, chiều cao tủ phần trên 1500 mm, tổng chiều cao 2350 mm, chiều cao tủ đế 850 mm; các bộ phận: cổng hút đường kính 250 mm, bồn rửa và vòi nước, mặt làm việc bằng tấm PP trắng sứ dày 8 mm, công tắc cảm ứng, thân tủ bằng tấm PP trắng sứ dày 8 mm, cửa sổ quan sát trong suốt bằng kính cường lực dày 5 mm, cửa bảo trì, vách ngăn, ổ cắm, tay nắm PP màu xanh, mép chống tràn PP, bản lề PP màu xanh, 4 chân cân bằng ở đế tủ; lưu ý: tủ hút khí độc được lắp đèn huỳnh quang có tấm chắn bảo vệ)]

[Hình: Hình 7-40 Tủ hút khí độc toàn thép (ảnh chụp sản phẩm thực tế)]

2. Phân loại

2.1 Tủ hút khí độc hút phía trên: có đặc điểm cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo; phù hợp cho các ứng dụng sinh ra nhiệt. 2.2 Tủ hút khí độc khe (có khe hút): được bố trí các khe hút khí ở phía trên và thành sau; mang lại hiệu quả tốt trong nhiều tình huống khác nhau, nhưng cấu trúc phức tạp hơn và việc chế tạo khó khăn hơn.

2.3 Tủ hút khí độc đường vòng: lựa chọn lý tưởng khi phòng thí nghiệm cần thải một lượng lớn không khí trong nhà qua tủ hút, vì sự trao đổi không khí của phòng không bị ảnh hưởng ngay cả khi cửa kính trượt của tủ được đóng hoàn toàn.

2.4 Tủ hút khí độc cấp khí bổ trợ (khí bù): lý tưởng cho các phòng thí nghiệm lắp hệ thống điều hòa không khí hoặc phòng thí nghiệm sạch, vì vừa tiết kiệm năng lượng vừa không làm ảnh hưởng đến tổ chức luồng không khí của phòng.

2.5 Tủ hút khí độc hút tự nhiên: các ưu điểm—không tiêu thụ điện; có thể thông gió liên tục suốt ngày đêm (lượng trao đổi không khí trong nhà đo được có thể đạt 6 lần thay đổi không khí/giờ), có lợi cho việc thông gió của phòng; không gây tiếng ồn hay rung động; không có thiết bị cơ khí nên dễ bảo trì; cấu tạo đơn giản và chi phí thấp. Tuy nhiên, việc sử dụng loại tủ này bị hạn chế bởi một số điều kiện: không nên dùng cho các thí nghiệm có độc tính cao hoặc các thí nghiệm không sinh nhiệt, và tại một số phòng thì không phù hợp sử dụng vào mùa hè.

2.6 Tủ hút khí độc di động: trong các tòa nhà phòng thí nghiệm hiện đại, đôi khi sẽ được bố trí phòng thí nghiệm đa năng (hội trường phòng thí nghiệm), nơi các bàn làm việc phòng thí nghiệm, tủ hút khí độc tích hợp bồn rửa và các thiết bị khác có thể di chuyển bất cứ lúc nào và đẩy vào phòng lưu trữ liền kề khi không sử dụng. Các tủ hút loại này nên được chế tạo từ gỗ, nhựa hoặc kim loại nhẹ để dễ dàng di chuyển. Xem Hình 7-41.

[Hình: Hình 7-41 Tủ hút khí độc di động (ảnh chụp hai tủ hút khí độc di động)]

3. Phân loại

3.1 Theo phương pháp thải khí

Được chia thành ba loại: thải khí phía trên, thải khí phía dưới và thải khí kết hợp cả trên và dưới. Để đảm bảo tốc độ không khí đồng đều tại khu vực làm việc, nên sử dụng phương pháp thải khí phía dưới cho các tủ hút phục vụ quy trình lạnh và thải khí phía trên cho các tủ hút phục vụ quy trình nóng; đối với các quy trình có lượng nhiệt sinh ra không ổn định, có thể bố trí cửa thải khí ở cả phía trên và phía dưới, đồng thời điều chỉnh tỷ lệ lưu lượng thải khí trên và dưới theo sự biến đổi lượng nhiệt bên trong tủ, từ đó đạt được tốc độ không khí đồng đều.

3.2 Theo phương pháp cấp khí

Tủ hút khí độc thải toàn phần: không khí trong nhà đi vào tủ, luân chuyển bên trong rồi được thải ra ngoài—được gọi là loại thải toàn phần; đây là loại được sử dụng rất rộng rãi.

Tủ hút khí độc cấp khí bổ trợ (khí bù): khi tủ hút được lắp đặt trong phòng có hệ thống sưởi ấm hoặc phòng được kiểm soát nhiệt độ/độ ẩm, để tiết kiệm năng lượng sưởi ấm và điều hòa không khí, khí bù được lấy từ ngoài trời, luân chuyển qua tủ rồi được thải ra ngoài—đây chính là tủ hút khí độc cấp khí bổ trợ.

Tủ hút khí độc lưu lượng không khí biến thiên (VAV): hệ thống lưu lượng không khí không đổi thông thường yêu cầu điều chỉnh van tiết lưu cánh cố định bằng tay để điều chỉnh lưu lượng thải của tủ hút; khi van tiết lưu được điều chỉnh đến một góc nhất định, sẽ đạt được tốc độ gió mặt trước mong muốn. Hệ thống điều khiển VAV thay đổi lưu lượng không khí thông qua cảm biến lắp trên van tiết lưu để đạt được tốc độ gió mặt trước đã cài đặt. Tất nhiên, hệ thống tiêu chuẩn có chi phí thấp, trong khi hệ thống VAV có chi phí cao hơn và phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.

3.3 Theo cấu hình sử dụng

Được chia thành loại tích hợp có phần dưới hở, loại đặt sàn, loại hai mặt thao tác, loại kính ba mặt, loại đặt bàn và loại kết hợp (mô-đun), cùng với các tủ hút khí độc mục đích đặc biệt được thiết kế riêng cho thí nghiệm phóng xạ, thí nghiệm tổng hợp và thí nghiệm axit percloric theo các nhu cầu thí nghiệm khác nhau.

3.4 Theo tình trạng kết nối ống dẫn bên ngoài

Được chia thành tủ hút khí độc có ống dẫn (thải khí ra ngoài) và tủ hút khí độc không ống dẫn. Tủ hút có ống dẫn hút các khí độc hại sinh ra trong quá trình thí nghiệm và thải trực tiếp ra ngoài thông qua hệ thống ống dẫn bên ngoài. Tủ hút không ống dẫn hấp thụ trực tiếp các khí độc hại sinh ra trong quá trình thí nghiệm bằng bộ lọc than hoạt tính. Xem Hình 7-42.

[Hình: Hình 7-42 Tủ hút khí độc không ống dẫn (ảnh chụp hai tủ hút khí độc)]

3.5 Các chức năng chính của tủ hút khí độc Chức năng quan trọng nhất của tủ hút khí độc là chức năng hút thải. Trong phòng thí nghiệm hóa học, các thao tác thí nghiệm tạo ra nhiều loại khí có hại, mùi hôi, hơi ẩm cùng các chất dễ cháy, dễ nổ và ăn mòn. Để bảo vệ an toàn người sử dụng và ngăn chất ô nhiễm từ thí nghiệm lan ra không gian phòng thí nghiệm, cần sử dụng tủ hút khí độc đặt gần nguồn ô nhiễm. Trước đây, tủ hút khí độc chỉ được sử dụng với số lượng ít, dành riêng cho các thí nghiệm tạo ra khí đặc biệt nguy hiểm và thí nghiệm sinh ra lượng nhiệt lớn; tủ hút khi đó chỉ đóng vai trò hỗ trợ cho bàn thí nghiệm. Với mục tiêu cải thiện môi trường làm việc thí nghiệm, các thí nghiệm từng được thực hiện trên bàn mở đã dần được chuyển vào bên trong tủ hút, điều này đòi hỏi tủ hút phải sở hữu các chức năng phù hợp nhất với loại thiết bị sử dụng. Đặc biệt, hầu hết phòng thí nghiệm xây mới đều yêu cầu lắp đặt hệ thống điều hòa không khí, do đó số lượng tủ hút phải được tính vào kế hoạch hệ thống điều hòa ngay từ giai đoạn thiết kế ban đầu của công trình. Vì tủ hút khí độc giữ vị trí vô cùng quan trọng trong phòng thí nghiệm hóa sinh, số lượng thiết bị này đã tăng mạnh nhằm cải thiện môi trường phòng thí nghiệm, nâng cao điều kiện vệ sinh lao động và tăng hiệu quả công việc. Cùng với đó, hệ thống ống thông gió, đường ống, dây dẫn điện và hệ thống thải khí đều trở thành những hạng mục quan trọng trong công tác xây dựng phòng thí nghiệm.

Mục đích chính khi sử dụng tủ hút khí độc là hút thải các khí nguy hiểm sinh ra trong quá trình thí nghiệm và bảo vệ sức khỏe nhân viên phòng thí nghiệm — hay nói cách khác là đảm bảo an toàn mức độ cao và khả năng vận hành tối ưu. Điều này đòi hỏi tủ hút phải có các chức năng sau:

Chức năng thải khí: cần có cơ chế pha loãng khí nguy hiểm hình thành bên trong tủ bằng cách hút không khí từ bên ngoài vỏ tủ và thải chúng ra ngoài trời.

Chức năng chống chảy ngược: ngăn chặn luồng không khí do quạt hút tạo ra mang khí nguy hiểm từ bên trong tủ quay trở lại phòng. Để đảm bảo chức năng này, phương pháp tối ưu nhất là kết nối riêng một tủ hút với một quạt hút qua một đường ống dẫn chuyên dụng; nếu không thể kết nối theo kiểu ống đơn, chỉ các tủ hút ở cùng tầng và cùng phòng mới được phép kết nối song song, đồng thời quạt hút nên được lắp ở cuối đường ống (hoặc trên mái công trình) trong mọi trường hợp có thể.

Chức năng cách ly: phía trước tủ hút cần lắp cửa sổ quan sát bằng kính chống trượt, tạo thành vách ngăn giữa không gian bên trong và bên ngoài tủ.

Chức năng bù khí (cung cấp bổ sung): cần có kênh dẫn hoặc thiết bị tương tự để hút không khí từ bên ngoài tủ trong quá trình thải các khí nguy hiểm.

Chức năng kiểm soát vận tốc gió mặt trước: để ngăn khí nguy hiểm thoát ra khỏi tủ hút, cần duy trì một mức vận tốc hút không khí nhất định. Các yếu tố quyết định vận tốc hút của tủ bao gồm nhiệt lượng sinh ra từ thí nghiệm và mối quan hệ của nhiệt lượng này với tỷ lệ trao đổi không khí; trong đó yếu tố cốt lõi là nội dung thí nghiệm và bản chất của các chất nguy hiểm. Tiêu chuẩn quốc gia quy định vận tốc mặt trước tủ hút khí độc ở mức 0,5 m/s ± 10%. Để đảm bảo mức vận tốc này, quạt hút phải có áp suất tĩnh cần thiết — chính là lực cản ma sát của không khí khi di chuyển qua các ống thông gió. Khi xác định vận tốc, cũng cần cân nhắc yếu tố tiếng ồn: vận tốc không khí trong ống nên được giới hạn trong khoảng 7–10 m/s; nếu vượt quá 10 m/s sẽ phát sinh tiếng ồn. Ngưỡng tiếng ồn cho phép thông thường của phòng thí nghiệm (mức tiếng ồn nền trong nhà) là 70 dBA; việc tăng diện tích mặt cắt ngang của ống dẫn sẽ làm giảm vận tốc không khí, từ đó giảm tiếng ồn. Cân nhắc đến chi phí ống dẫn và các vấn đề thi công, cần lựa chọn công suất của ống dẫn và quạt hút một cách thận trọng. Khả năng chịu nhiệt, ăn mòn axit và kiềm: một số tủ hút khí độc cần chứa lò điện, và một số thí nghiệm tạo ra lượng lớn khí độc hại, nguy hiểm có tính ăn mòn cao như axit và kiềm. Mặt bàn làm việc, lớp lót bên trong, tấm bên của tủ hút khí độc, cùng các phụ kiện nước và khí được lựa chọn đều phải có khả năng chống ăn mòn. Đối với các trường hợp sử dụng axit mạnh như axit sulfuric, axit nitric và axit hydrofluoric trong ngành bán dẫn hoặc trong các thí nghiệm ăn mòn, toàn bộ vật liệu của tủ hút khí độc phải chống được axit và kiềm, thường được làm bằng thép không gỉ, PVC hoặc PP.

4. An toàn

An toàn là nhiệm vụ hàng đầu mà tủ hút khí độc hướng đến; việc sử dụng tủ hút khí độc trong phòng thí nghiệm đều nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho người sử dụng và ngăn ngừa ô nhiễm môi trường xung quanh.

4.1 Cấu trúc hút khí có rãnh giúp thải các khí nguy hiểm một cách hiệu quả.

4.2 Tay cầm kiểu dáng thuôn dòng có khoảng hở giữa tay cầm và kính; do luồng không khí trên mặt bàn làm việc có dạng xoay, nên đảm bảo được lượng không khí vào hiệu quả.

4.3 Chốt chống rơi cửa kính: nếu dây cáp thép bị đứt và cửa kính rơi xuống bất ngờ, chốt chống rơi sẽ giữ lại cửa, ngăn ngừa thương tích cho nhân viên.

4.4 Cửa kính được làm bằng kính cường lực; ngay cả khi kính vô tình bị vỡ hoặc nát, cũng không gây ra tai nạn thương tích.

4.5 Các lỗ thông gió được bố trí ở phần trên cùng của tủ hút khí độc, để không khí có thể đi vào ngay cả khi cửa kính đã đóng, tránh áp suất âm quá mức.

4.6 Vỏ tủ hút khí độc được làm bằng kim loại—chịu lửa và không bắt cháy. Lớp lót bên trong sử dụng vật liệu chống cháy hoặc không bắt cháy như tấm laminate đặc hoặc thép không gỉ, còn mặt bàn làm việc sử dụng tấm laminate đặc nguyên khối hoặc thép không gỉ để đảm bảo khả năng chống axit/kiềm, chịu nhiệt và chống cháy.

4.7 Chiều cao hiệu dụng của cửa kính là 800 mm, khoang bên trong là 1200 mm, và chiều cao mặt bàn làm việc là 800 mm—phù hợp với công thái học, thuận tiện thao tác, có không gian sử dụng rộng rãi và nâng cao độ an toàn.

4.8 Các phụ kiện nước và khí có tay cầm vận hành từ xa bên ngoài tủ, thuận tiện và an toàn hơn so với thao tác trực tiếp bằng tay.

5. Lưu ý

5.1 Trước khi bắt đầu thí nghiệm, hãy xác nhận tủ hút khí độc đang hoạt động rồi mới tiến hành các thao tác thí nghiệm.

5.2 Trước khi kết thúc thí nghiệm, tủ phải tiếp tục chạy thêm ít nhất 5 phút nữa rồi mới tắt quạt, để thải hết khí còn sót lại trong ống dẫn khí. Cũng có thể cân nhắc lắp đặt rơ le trễ thời gian hút khí để đảm bảo quạt hoạt động có độ trễ.

5.3 Trong quá trình thí nghiệm, không đặt bất kỳ thiết bị nào trong phạm vi 150 mm tính từ cửa kính; các thiết bị thí nghiệm lớn cần không gian rộng rãi và không được cản trở luồng không khí; cửa kính phía trước nên được giữ ở trạng thái đóng càng nhiều càng tốt trong quá trình sử dụng.

II. Cánh tay hút khớp nối (Chụp hút khí đa năng)

Cánh tay hút khớp nối chủ yếu là thiết bị dùng để hút nhanh chóng lượng nhỏ bụi, không khí nóng, khí bay hơi, khí nguy hiểm và các chất lơ lửng dạng hạt nhỏ hoặc khí khác phát sinh trong quá trình thí nghiệm hoặc sản xuất; thiết bị này có thể hút hoàn toàn tất cả các khí nguy hiểm và là một trong những trang thiết bị an toàn không thể thiếu trong phòng thí nghiệm.

[Hình: Hình 7-43 Cánh tay hút khớp nối đơn]

[Hình: Hình 7-44 Cánh tay hút khớp nối đôi]

[Hình: Hình 7-45 Cánh tay hút khớp nối ba]

[Hình: Hình 7-46 Cánh tay hút gắn tường]