От 60-х до наших дней - сушильный шкаф лабораторный

С середины 20-го столетия и на ближайшие годы основным оборудованием для оснащения лабораторий при определении влажности термогравиметрическим методом, стандартным, ГОСТовским способом, основанным на простейшем физическом законе - ускорении испарении влаги при нагревании, был и остается сушильный шкаф.

Для определения массовой доли растворенных в жидкости веществ – например соли или сахара, достаточно выпарить раствор в лабораторной таре до образования сухого остатка на дне посуды.

И путем взвешивания на лабораторных весах, точно определить удельное содержание продукта.

С измерением влажности зерна, древесины, сыпучих веществ, пищевых, в частности кондитерских изделий, и еще десятков видов органических продуктов дело обстоит иначе.

Проще говоря, исследуемые пробы не должны нагреваться сверх меры, чтобы не было обугливания, не началось необратимые процессы термического разрушения, испарения прочих летучих веществ, кроме молекул воды – например масла, содержащего в сое или подсолнечнике, что может исказить итоговый результат.

В связи с этим остро стоит вопрос выбора нагревательного лабораторного оборудования (сушильного шкафа), отвечающего следующим критериям.

1. Дискретное регулирование температуры, желательно с интервалом в 1 градус.
2. Широкий диапазон измерение температуры.
3. Загрузка одновременно нескольких образцов.
4. Защита сотрудников лаборатории от термического воздействия (ожоги) и электробезопасность.
5. Соответствие действующим стандартам.
6. Простота в обслуживании.
7. Контроль основных параметров в режиме онлайн по индикаторам (цифровым, стрелочным, жидкостным).
8. Надежность в эксплуатации: увеличенное время между ремонтами, долгий срок службы, расширенная гарантия.
9. Минимальное занимаемое место на лабораторном столе.
10. Широкий перечень исследуемых материалов.

Самая простейшая сушильная печь для извлечения влаги представляет собой единственную камеру с закрывающейся дверцей и устройством нагрева (открытым пламенем, электрическим, инфракрасным, галогеновым или другим).



Однако данная конструкция не отвечает требованиям времени и нуждается в ряде дополнительных устройств: термометр для измерения температуры, система отвода испаренной влаги (вентиляция или вытяжка), ручной или автоматический регулятор температуры нагрева.

Рассмотрим на примере измерение влажности зерна:

• образец должен быть размолотым (гомогенизированным);
• необходимо обеспечить одинаковый фракционный состав;
• равномерно разместить пробу в бюксе, помещаемую в загрузочную камеру.

Сушильные электрические шкафы – ключевой элемент в цепочке оборудования для определения влажности зерна при оснащении зерновой лаборатории еще по одной причине.

По данным лабораторной сушильной печи настраиваются переносные влагомеры зерна, если заводские калибровки на зерновые не гарантируют паспортную точность.

Например если приходится определять влажность пшеницы, ячменя, кукурузы нового сорта, полученного от селекционеров.

Сушильные шкафы СЕШ-3 – десятки лет в лаборатории

Вспомним как жарится гриль. Для равномерного прогрева необходимо постоянное вращение.

Именно этим принципом и руководствовались инженеры, разрабатывающие сушильную лабораторную печь СЕШ-3М.

Бюксы с измельченным образцами зерна (или другого продукта) помещаются на вращающийся стол, приводимый в движением понижающим редуктором, со скоростью 5 об/мин.

Более того, для эффективного обдува горячим воздухом был добавлен вентилятор.

Разработчиков подобной “динамичной” лабораторной техники нельзя в чем-то упрекнуть.

Инженеры действовали с тем техническим инструментарием, который "был под рукой".

Не забываем, что в 60-70 годы еще только зарождалась цифровая электроника.

Отметим еще несколько важных аспектов.

СССР представлял собой единый народно-хозяйственный комплекс, без пограничных и таможенных барьеров между республиками.
Была упрощена логистика, действовали единые стандарты на всей территории.

В большинстве случаев государство это не эффективный собственник.
Чиновники не всегда хорошие управленцы, особенно если получают зарплату из бюджета, не зависимо от прибыли.

И вполне можно было мириться с частыми поломками, ремонтами СЕШ-3М, списывая затраты на себестоимость, а проще говоря на не лучший менеджмент.

В нерыночной экономике конкурентоспособность продукции по цене и качеству находились далеко не на первом месте.

Организационные просчеты и не эффективное в сельском хозяйстве и промышленности дотировались за счет продажи нефти и низкого удельного веса оплаты труда в стоимости произведенной продукции.

Вентилятор и вращающийся стол это хорошо. Преследуется благая цель – обеспечивать равномерный прогрев образцов. И вторая причина – ускорить сам процесс определения влажности.

Но… С каждым дополнительным звеном – в данном случае механическим, снижается надежность.

Возьмем к примеру элементы вращения подвески и управления автомобилем. Изнашиваются подшипники, сальники покрываются пылью, трескаются.

1. Вращающийся стол – потенциальный источник неисправностей.
   Хорошо конечно, что зерно качественно размолото лабораторной мельницей до мелкодисперсного состояния. Но с каждым тестом, пыль оседает на элементы вращения (стол с бюксами), забивается, уплотняется, начинает работать как тормоз и даже абразив.
   
   В лучшем случае предстоит процедура чистки, а в худшем – длительный и дорогостоящий ремонт.
   
   Причем длительный не обязательно по причине не расторопности сотрудников сервисного центра. Им нет смысла затягивать процесс. Платят за результат.
   
   А вот если шкаф перемещается для ремонта за сотни километров, то накладные расходы на транспортировку сушильного лабораторного оборудования для анализа качества зерна выльются в серьезную цену - дальновиднее инвестировать в более надежные приборы.
   
   Весь вопрос в том, как часто будет ремонт. Раз в год, или в полгода. Или чаще.
   Все зависит от возраста оборудования, интенсивности загрузки зерновой лаборатории, своевременного технического обслуживания и осмотра, чтобы не доводить сушильные печи для анализа влажности зерна до критической точки.
2. Вентиляторы добавляют вероятность отказов.
   Создание принудительного движения воздушных потоков при сушке образцов зерна при одновременном скоростном вращении, воздействии выделяющейся влаги при нагреве, высокой температуре ТЭНов, взвешенных частиц пыли, опять же приводит к отказам и выходу из строя.
3. Шум от деталей вращения.
   В лаборатории и так хватает приборов и оборудования с быстро движущими частями, создающими шумовое загрязнение: лабораторная медицинская центрифуга, мельница для зерна, шейкер (встряхиватель).
   
   Но в перечисленных устройствах электродвигатель выполняет основную операцию: размол, смешивание, центрифугирование и никуда от этого не деться.
   
   А в сушильной печи СЕШ-3М базовый элемент это ТЕН, а вентилятор и стол – лишь механизмы, дополняющие процесс высушивания в шкафу при лабораторном анализе влажности зерна.
   
   И если бы удалось избавиться от слабых звеньев, надежность возросла бы многократно, а уровень шума наоборот снизился бы.
4. Затраты электроэнергии.
   Безусловно нагревательные элементы сушильных аппаратов потребляют львиную долю электричества, но и вращающиеся детали тоже вносят свой вклад в издержки и ложатся на себестоимость производимых лабораторных анализов.

Не значительно исправили ситуации и новшества: вместо ртутного термометра и реле появился терморегулятор и электронный дисплей.

Принципиальная конструкция, полная недоработок, осталась неизменой.



 

Самое неприятное – простой лаборатории, связанный с поломками и ремонтами

Безусловно можно заранее купить несколько сушильных шкафов, так сказать на подмену, заплатив двойную или тройную цену, но каждый из них все равно рано или поздно “прикажет долго жить”, оставив не у дел лабораторный персонал и добавив головной боли руководству.

И как правило в самый не подходящий момент, когда заказчики выстроились в ряд.

Они ждать не будут, обратятся в другую лабораторию. И может уже не вернутся.

Можно сказать, что сушильное лабораторное оборудование для термогравиметрического анализа, а именно шкафы СЕШ-3М для зерна эксплуатируется в зерновых лабораториях десятилетиями, и приведенная нами аргументация надумана.

Однако анализ ГОСТов говорит как раз об обратном.

В старом стандарте 13586.5-93, ныне не действующем, в разделе Аппаратура, материалы, реактивы, прямо указывалось: “шкаф сушильный электрический СЭШ-3М…”.

А вот спустя 22 года, в редакции ГОСТ 13586.5-2015 в разделе 5 “Средства измерений, вспомогательное оборудование и реактивы” конкретное упоминание про СЭШ-3М ушло, вместе с этим приведены обобщенные требования:

• температура в рабочей зоне высушивания от 100°С до 150°С ±2°С;
• сушильная печь, настроенная на температуру (130±2)°С, имела время стандартного восстановления температуры в камере после загрузки максимального числа образцов зерна не более чем 15 мин;
• продолжительность восстановления температуры до 105°С в камере после загрузки в нее бюкс с навесками не более 4 мин.

“Исчезновение” проверенного временем (причем не с самой лучшей стороны) СЕШ-3М из стандарта, связано с двумя причинами.

1. Не забываем, что в 1993 году (время выхода первого анализируемого нами ГОСТа) прошло всего 2 года после развала СССР.
   Еще действовали по инерции хозяйственные цепочки. Они и сейчас частично работают.
   
   Поставки оборудования для оснащения лабораторий осуществлялись по прежним схемам и в качестве базового прибора для лабораторного анализа влажности оставался СЕШ-3М – других не было. Что и нашло отражение в стандарте. Более того, ГОСТ даже не допускал альтернативы, как например ниже по тексту: “мельница лабораторная типа ЛЗМ или другого типа, обеспечивающая измельчение зерна по крупности”.
   
   Получается, что для лабораторной мельницы замена допускалась, а для шкафов сушильных – нет.
2. Появились новые производители, которые постарались учесть недостатки предшественников, устаревших морально и нервирующих руководство и сотрудников лаборатории физически.
   
   
   
   
   В рыночных условиях помимо надежности, на первое место выходит информационная поддержка и сервисное обслуживание.
   
   Поскольку из ГОСТа убрана конкретная модель, у лабораторий появилась возможность закупать новое высокотехнологическое оборудование для стандартного анализа влажности образцов семян, зерна, комбикормов, пищевых продуктов, воздушно-тепловым методом.
   
    

Лабораторный сушильный шкаф МО-212 - цифровая точность

1. Движущиеся конструктивные элементы ушли в прошлое.

   Как и головная боль, вызванная с ремонтом лабораторного оборудования, простоем лабораторий, прямыми и косвенными финансовыми затратами.
   
   Как и шум, увеличивающийся со временем и пропорциональный степени износа. Шумность негативно сказывается на усталости персонала лаборатории, производительности труда и вероятности совершения ошибок.
   
   А каждый процент влажности зерна партии стоимостью в десятки и сотки тысяч "на вес золота".
   
   Все, что движется в МО-212 – это шарниры ручек дверей.

2. Две сушильные камеры, независимые друга от друга.

   
   
   Это позволяет:

   • увеличить количество тестов на влажность за единицу времени;
   • независимо регулировать температуру;
   • организовать просушку разнородных образцов;
   • при необходимости, когда загрузка невелика, не задействовать одну из камер сушильной печи и сэкономить электричество;
   • даже если одна из камер выйдет из строя, другая продолжит работу – фактически мы имеем 2 сушильных печки в одном корпусе.

   
   
   
   Каждая из камер:

   • гарантирует высокую стабильность поддержания температуры по всему объему ±2℃. Это обеспечивается продуманным сочетанием объема, термоизоляцией поверхности нагревательных камер и быстродействующими терморегуляторами, оперативно добавляющими или убавляющими мощность по мере изменения температуры;
   • изготовлена из цельной алюминиевой заготовки, что снижает вес и защищает от коррозии в условиях повышенной температуры и испаряющейся влаги.
3. Бюксы для предварительного просушивания и основного анализа влажности.

   В каждой из сушильных боксов лабораторного шкафа предусмотрены по 6 ячеек для загрузки бюкс с анализируемым на влажность материалом:

   • бюкса № 3 (размеры 50×20мм) для определения влажности зерна без предварительного просушивания(ГОСТ 13586.5-2015);

     При полной загрузке возможно поместить 24 бюксы.

   • сетчатая бюкса (размеры 70мм×20мм) для предварительного подсушивания образца. Поскольку размер увеличен, в каждую ячейку 40х75х155 мм сушильного аппарата помещается 1 бюкса.

   Допускается одновременная загрузка разного количества бюкс
   
   С точки зрения сокращения удельного расхода электроэнергии на единицу исследуемого материала, лучше если будут заполнены все бюксы.
   Соответственно возникает вопрос рациональной организации работы лаборатории в течение рабочего дня.

4. Точное поддержание температуры в пределах 40-160°С.

   Этого вполне достаточно, чтобы выполнить требования ГОСТа. Выше температура только в сухожаровых воздушных стерилизаторах. Но у них и сфера другая - высокотемпературное обеззараживание химической стеклянной посуды, медицинских инструментов, дозаторов лабораторных и т.д.
   
   Первоначальная установка температуры и последующие корректировки производятся регуляторами.
   Достоверность определения влажности обеспечивается:

   • продуманным центральным расположением нагревательных элементов (плоских ТЭНов).

     Подогреваемый воздух равномерно распределяется по внутреннему пространству, воздействуя одновременно со всех сторон на каждую бюксу;

   • балансом между нагреваемым и отведенным вентиляцией горячего воздуха с извлеченной из образцов влаги.

     Это позволяет избежать как перегрева, так и охлаждения, а в конечном итоге стабилизирует температуру внутри сушильной камеры;

   • прецизионными PID-регуляторами, отслеживающими данные с датчиков температуру и корректирующими степень нагрева ТЭНов.
5. Восстановление температуры в сушильной камере после загрузки новых образцов в бюксы.

   Максимум электричества потребляется в момент первоначального разогрева.
   
   В дальнейшем за счет систем обратной связи требуется только поддержание температуры на заданном лаборантом уровне.
   
   Колебания возможны только при загрузке новых образцов, что жестко регламентируется ГОСТ 13585.5-2015.
   
   Небольшие размеры ячеек, термоизоляция стенок и оперативная коррекция температуры сводит падение температуры внутри сушильных камер до минимума при открытии дверей.
   
   Компактные габариты сушильного (воздушно-теплового) шкафа приводят к тому, что конвекционные потоки воздуха от ТЭНов к бюксам с образцами зерна движутся по более короткому пути, что опять же положительно влияет на скорость восстановления температуры и сокращают расходы на электроэнергию при нагреве до заданного значения.

6. Визуальный контроль.

   Текущая температура в каждой из камер отображается на цифровых дисплеях, вынесенных на лицевую панель в нижней части корпуса.

   

    

7. Вытяжная вентиляция шкафа за счет создания непрерывного потока воздуха

   Постоянный отвод испарений возможен только при условии замены нагретого воздуха в сушильной камере, поступающим из лаборатории.
   
   Компенсация снижения температуры производится контролем терморегуляторами и низкой инерционностью алюминиевых стенок, сберегающих тепло и термоизоляцией.
   
   
   
   Воздух из помещения поступает через отверстия в дверцах, “подхватывает” испаренную из образцов влагу и отводит через вытяжные трубы.
   
   Необходимость в вентиляторах, как в вытяжном лабораторном шкафу, отсутствует.
   
   Таким образом устанавливается стационарное температурное равновесие в камере и непрерывный поток воздуха.
    

8. Вес и габариты.

   Фактически МО-212 это 2 устройства в одном, и что немаловажно, при том же занимаемом месте сушильным лабораторным оборудованием на столе (всего 26*26 см).
   
   Причина в том, что камеры расположены одна на другой.
   
   Вверху над лабораторным столом всегда есть место (если только не установлены сервисные или титровальные надстройки).
   
   А вот по сторонам столешницы традиционно располагаются измерительные приборы, лабораторная посуда, принадлежности и инвентарь. Так что приходится экономить рабочее пространство.
   
   Вес МО-212 составляет 24 кг.
   Компактную сушильную печь можно спокойно перенести вдвоем и поставить на другой участок.
   
   Кроме того, вес абсолютно не критичен для предельной нагрузочной способности лабораторных столов.

9. Безопасность при эксплуатации

   
   ✓ Рукоятки, открывающие дверцы, выполнены из материала с низкой теплопроводностью.
   А значит снижен риск обжечься. Нет контакта с металлическими элементами двери.

   ✓ Диэлектрический материал дает дополнительный + в “копилку” безопасности.
   
    

   
   
   
   
   ✓ С боковых сторон нагревательных камер закреплены пластины из оргстекла, защищающие специалистов от ожогов.
   
   
    

10. Может подключаться как промышленной так и бытовой электросети напряжением 220 В.

    Этому способствует невысокая потребляемая мощность – максимум 1200 Вт.
    
    Нет необходимости к подведении трехфазной системы.
    
    Контур заземления дополнительно способствует безопасности.

11. Широчайший ассортимент исследуемых материалов

    Термогравиметрический метод измерения влажности хорош тем, что могут анализироваться практически любые вещества.
    
    Например нет ограничений по количеству калибровок как во влагомерах или инфракрасных анализаторах, калибруемых по стандартным образцам зерна.
    
    Анализу подлежат зерновые, бобовые, масличные  культуры, а также шрот, жмых, комбикорм, пищевая, кондитерская продукция в соответствии с методикой.

12. Украинский производитель Технотест

    МО-212 производится, обслуживается на мощностях национального производителя, что позволяет снизить цену - купить по выгодной стоимости, чем дорогие импортные шкафы сушильные, со сложной логистикой, таможенные платежами, обеспечить консультационную поддержку, ввод в эксплуатацию, сервисное, гарантированное и постгарантийное обслуживание.