溫度可控式電子冷凝旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)、化工、制藥、食品、環(huán)境等行業(yè)的科研院所、高等院校、企業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)；具體屬于實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備技術(shù)制造領(lǐng)域，尤其涉及一種代替冷卻水冷凝的溫度可控式電子冷凝旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。
【背景技術(shù)】
[0002]長(zhǎng)期以來，全社會(huì)都在大力倡導(dǎo)節(jié)約用水，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)、日常生活等方面的節(jié)約用水設(shè)施，都采取了積極有效的節(jié)水方法及手段，并取得了明顯的效果。然而，對(duì)于科研院所、學(xué)校實(shí)驗(yàn)室等研宄教育機(jī)構(gòu)、或自身從事節(jié)水研宄的科研部門，對(duì)實(shí)驗(yàn)研宄用水的浪費(fèi)卻置若罔聞，沒有引起社會(huì)及研宄人員足夠的重視。實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行科學(xué)研宄、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等需要冷卻水冷凝的實(shí)驗(yàn)中，普遍使用自來水直接通入實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)過程中自來水大量排放，白白浪費(fèi)了許多珍貴的潔凈水。因此，科學(xué)研宄、教育行業(yè)節(jié)水應(yīng)當(dāng)成為科研人員、教育工作者及全社會(huì)非常值得關(guān)注的問題。
[0003]旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀是化工、醫(yī)藥、生物等行業(yè)科研生產(chǎn)的重要儀器，主要用于在減壓條件下連續(xù)蒸餾回收大量易揮發(fā)溶劑，其應(yīng)用范圍包括提取溶劑的回收、萃取溶劑的回收和色譜分離后溶劑的回收等；并且在涉及物質(zhì)的提純、濃縮與分離等實(shí)驗(yàn)中，也常用到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；其結(jié)構(gòu)包括:蒸餾燒瓶、恒溫水浴鍋、冷凝器、減壓泵和接收瓶。基本原理是減壓蒸餾，即在減壓條件下，蒸餾燒瓶連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使被蒸餾物質(zhì)在蒸餾燒瓶表面形成大面積薄膜得到快速蒸發(fā)。目前旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀都使用水冷式冷凝器，一般都是直接將自來水通入到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的冷凝器上，自來水進(jìn)入冷凝器使冷凝器溫度降低，自來水吸收熱量后從冷凝器排出直接放掉，一般滿足最低冷卻溫度要求時(shí)，冷卻水的流速大約為每分鐘2升，那么把自來水作為廢水排放的水量為每小時(shí)120升，況且每次的蒸餾都需要數(shù)小時(shí)，造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。有時(shí)遇到突然停水時(shí)，必須立即停止實(shí)驗(yàn)，給正常的科學(xué)研宄及實(shí)驗(yàn)工作帶來極大的不便。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀對(duì)于一些低沸點(diǎn)的揮發(fā)性溶劑的回收率比較低，現(xiàn)有的冷凝器，一般采用低溫冷卻液循環(huán)泵，需要不停的更換冰水才能達(dá)到冷卻的效果，使用循環(huán)泵不但使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且設(shè)備儀器成本高，運(yùn)行消耗大。此外，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的冷凝器尚存一定缺陷，主要表現(xiàn)為如果待蒸發(fā)的溶劑極易揮發(fā)，冷凝器難以達(dá)到所需的冷凝溫度，很容易被真空泵直接抽走，造成對(duì)泵體損害并排入大氣的同時(shí)，冷凝回收的溶劑也必然減少，這樣就造成了原料的浪費(fèi)和環(huán)境的污染；此外很重要的是傳統(tǒng)的冷凝器對(duì)于不同冷凝溫度的餾分無(wú)法進(jìn)行相應(yīng)溫度的準(zhǔn)確控制；不能對(duì)體系中不同氣化溫度的物質(zhì)進(jìn)入冷凝器后進(jìn)行不同溫度的分段冷凝。
[0004]電子制冷又稱半導(dǎo)體制冷，或者熱電制冷、溫差電制冷，是從50年代發(fā)展起來的一門介于制冷技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)邊緣的學(xué)科，它利用特種半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)，形成熱電偶對(duì)，產(chǎn)生珀?duì)柼?yīng)，即通過直流電制冷的一種新型制冷方法，與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱為世界三大制冷方式。如今技術(shù)的發(fā)展使電子制冷的優(yōu)勢(shì)逐步顯現(xiàn)出來。電子制冷是一種固體制冷方式，它是靠空穴和電子在運(yùn)動(dòng)中直接傳遞熱量來實(shí)現(xiàn)的。與壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)相比，沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分，無(wú)需制冷劑，無(wú)噪聲，無(wú)污染，可靠性高，壽命長(zhǎng)，易于恒溫控制等等?，F(xiàn)在電子制冷技術(shù)已在軍事、科學(xué)、航空航天、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、生化和日常生活用品等許多領(lǐng)域得到較廣泛的應(yīng)用，特別是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展以及對(duì)環(huán)境保護(hù)越來越高的要求，逐步禁止污染大氣、破壞臭氧層的氟利昂作為制冷劑，電子制冷技術(shù)更呈現(xiàn)出誘人的前景；電子制冷，是當(dāng)之無(wú)愧的21世紀(jì)新的綠色“冷源”。CN 101862689B發(fā)明專利公開了一種無(wú)冷卻水直冷式電子冷凝器實(shí)驗(yàn)裝置，它是通過電子制冷元件冷端吸收熱量傳導(dǎo)于冷凝管空間內(nèi)部的集冷器上，使體系內(nèi)冷凝溫度降低，屬于內(nèi)冷式電子冷凝器；然而冷凝管外部接觸的室溫環(huán)境則還會(huì)對(duì)冷凝管內(nèi)部的降溫有一定的抵消作用，而且在電子制冷元件冷端向集冷器傳導(dǎo)過程中也會(huì)造成冷卻溫度的損失，使電子冷凝器的制冷效果尚沒有得到有效的發(fā)揮，并且內(nèi)冷式電子冷凝器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易制造加工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了改變傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀對(duì)水資源浪費(fèi)嚴(yán)重的狀況，解決其水冷式冷凝器難以達(dá)到所需的冷凝溫度，使得低沸點(diǎn)揮發(fā)性溶劑的回收率低，造成了原料的浪費(fèi)和環(huán)境的污染；對(duì)于不同冷凝溫度的餾分無(wú)法進(jìn)行相應(yīng)溫度的準(zhǔn)確控制；不能對(duì)反應(yīng)體系中不同氣化溫度的物質(zhì)進(jìn)入冷凝器后進(jìn)行溫度分段冷凝；以及內(nèi)置電子冷凝器受環(huán)境溫度和傳導(dǎo)過程對(duì)冷卻效果產(chǎn)生的影響等諸多缺陷；提供了一種可以使旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀冷凝管外部與環(huán)境溫度隔離、增大冷卻面積使冷凝效率提高，可根據(jù)不同餾分調(diào)整冷凝溫度的可控式電子冷凝旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種溫度可控式電子冷凝旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，主要包括蒸餾燒瓶、恒溫水浴鍋、減壓泵、接收瓶、電子冷凝器；所述電子冷凝器由電子制冷元件、氣流散熱器、冷凝管組成，所述電子制冷元件呈圓筒狀結(jié)構(gòu)，冷凝管可插在圓筒形電子制冷元件內(nèi)，電子制冷元件內(nèi)表面與冷凝管外表面相互接觸；所述氣流散熱器呈圓筒狀結(jié)構(gòu)，圓筒形電子制冷元件可插在圓筒形氣流散熱器內(nèi)，圓筒形氣流散熱器內(nèi)表面與圓筒形電子制冷元件外表面之間保留一定間隔；所述冷凝管內(nèi)壁設(shè)置了許多翅片。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)問題還由如下方案來實(shí)現(xiàn):
[0009]所述圓筒狀電子制冷元件可以是整體圓筒結(jié)構(gòu)，也可以由兩個(gè)半圓形結(jié)構(gòu)組合成圓筒；所述圓筒形氣流散熱器由內(nèi)外兩個(gè)圓筒連接成雙層圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)外筒之間保留一定間隔；內(nèi)筒壁上開有許多與筒壁呈向上傾斜角度的小孔，外筒壁一側(cè)裝有散熱風(fēng)扇，風(fēng)扇排氣口與內(nèi)外筒之間相通，散熱器可散發(fā)掉由電子制冷元件外表面放出的熱量；所述冷凝管內(nèi)壁設(shè)置的許多翅片呈圓環(huán)狀，并與管壁形成向下的傾斜角，以增加冷凝管內(nèi)的冷卻面積，提高冷卻效率。通常電子制冷元件冷熱端的溫差可以達(dá)到40?65度之間，如果通過主動(dòng)散熱的方式來降低熱端溫度，那冷端溫度也會(huì)相應(yīng)的下降，從而達(dá)到更低的溫度。
[0010]進(jìn)行蒸餾工作時(shí)，接通散熱風(fēng)扇和電子制冷元件直流電源，電子制冷元件內(nèi)表面吸收熱量成為冷端溫度降低，同時(shí)傳導(dǎo)于冷凝管使其溫度降低，外表面放出熱量成為熱端溫度升高；與此同時(shí)，散熱風(fēng)扇將氣流導(dǎo)入筒形氣流散熱器，氣流通過散熱器內(nèi)表面的許多小孔將電子制冷元件外表面放出的熱量導(dǎo)出；由于散熱器內(nèi)表面的小孔呈向上的傾斜角，使得散熱器內(nèi)表面與電子制冷元件外表面之間形成自下而上的氣流，這樣就在散熱器內(nèi)表面與電子制冷元件外表面之間的下端產(chǎn)生負(fù)壓，又可使氣流不斷吸入，增強(qiáng)散熱效果。在蒸餾過程中，被蒸餾物質(zhì)在蒸餾燒瓶中被加熱，產(chǎn)生的熱蒸氣進(jìn)入被電子冷凝的冷凝管與管壁及翅片接觸產(chǎn)生冷凝，熱端的熱量不斷被散熱器導(dǎo)出，使電子制冷元件