CN105546900A - 一种富集-热解吸***中吸附管的加热和水冷降温装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富集-热解吸***中吸附管的加热和水冷降温装置。该装置使用温度控制器，以特定的控制时序控制循环水泵、排气泵和两位三通电磁阀的开与关，以实现加热块和吸附管的快速升温与降温，可在4min内将吸附管从室温升至250℃，并可在3min内将吸附管从250℃降到45℃，并能在降温完毕后把残留在加热块中的水排到循环水箱，不影响下一次加热块的加热,流经高温加热块而形成的高温水，再流经水冷排而快速降温，最后流回循环水箱。该装置协同全自动富集-热解吸***可应用于焚烧烟气中二恶英前生体类样品的在线检测，可在无人值守下自动运行，在环境污染的检测与控制方面具有广阔的应用前景。

Description

一种富集-热解吸***中吸附管的加热和水冷降温装置

技术领域

本发明属于富集-热解吸领域，涉及一种用于富集-热解吸***中吸附管的加热和水冷降温装置，通过温度控制器，自动的控制吸附管的升温与降温，可在无人值守情况下，辅助全自动富集-热解吸***中吸附管的快速而稳定升温与降温，从而缩短整个检测周期，可应用于焚烧烟气中二恶英前生体类样品的快速在线检测。

背景技术

垃圾焚烧法是目前国内外普遍应用的垃圾处理方式，但焚烧过程中会产生二恶英类持久性污染物。该类化合物具有致畸、致突变作用，已被国际癌症研究所中心列为人类一级“致癌物”。因此通过对焚烧烟气中的二恶英进行检测来改善二恶英的排放，对保障人类健康至关重要。目前二恶英测量一般采用离线分析，高分辨色谱质谱联用技术(HRGC/HRMS)是目前应用最广泛的二恶英分析仪器，预处理按照EPA23/EPA1613标准进行，经过提取、纯化、浓缩等一系列复杂的预处理后最终进高分辨色谱质谱联机检测。二恶英测量的长周期性和高成本，主要集中在实验室内二恶英分析，无法实现垃圾焚烧厂二恶英的现场检测。

近年来，二恶英类前生体的提出，为二恶英类快速检测提供了新途径。其主要思路是通过在线监测形成二恶英类的前生体来实现在线分析二恶英类浓度的目的。前生体和二恶英类的总量和毒性当量存在良好的线性相关性，另外，前生体的浓度相对较高，结构相对简单，比较容易实现在线检测。因此对前生体的研究也成为主要研究方向之一。

通常前生体的浓度在pptv-ppbv水平，为了实现低浓度前生体的测定，必须提前进行富集，之后再检测。所以设计了全自动的富集-热解吸***用于二恶英前生体的检测，此***包括富集，热解吸和降温三个过程。为保证有效的灵敏度，富集时间设定在10min，为保证吸附管残留最少，热解吸时间设定为15min，降温方面，一开始使用的是风冷降温，降温时间在15min以上，占用了整个分析周期的37.5％，大大限制了分析速度，因此设计了此加热和水冷降温装置来缩短降温时间，有效的将降温时间控制在3min以内，大大缩短了整个分析周期，提升了富集-热解吸装置的整体性能。该加热和水冷降温装置协同富集-热解吸***可应用于烟道气中二恶英前生体类样品的在线检测，在环境污染的检测与控制方面具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富集-热解吸***中吸附管的加热和水冷降温装置。

包括富集-热解吸***的吸附管和加热块，加热块为电加热块或内部设置有电加热丝的金属块或内部设置有电加热棒的金属块，于加热块上开设有用于容置吸附管的通孔，吸附管穿套于加热块的用于容置吸附管的通孔中；

于加热块上开设有用于容置水冷管的通孔，水冷管穿套于加热块的用于容置水冷管的通孔中；

水冷管的出口端与水冷排的进口相连，水冷排的出口与循环水箱上端的进水口相连，循环水箱下端的出水口经循环水泵与两位三通电磁阀的第一个接口c相连，两位三通电磁阀的第二个接口a与水冷管的进口端相连，两位三通电磁阀的第三个接口b与排气泵的气体出口相连；

电加热块、电加热丝或电加热棒与外界电源相连。

于加热块上开设有用于容置温度传感器的通孔，温度传感器穿套于加热块的用于容置温度传感器的通孔中；温度传感器通过导线与温度控制器连接；

电加热块、电加热丝或电加热棒通过导线经温度控制器与外界电源相连；

循环水泵、排气泵、两位三通电磁阀均通过导线经温度控制器与外界电源相连。

使用温度控制器实现自动化，以所需的控制时序控制循环水泵、排气泵和两位三通电磁阀的开与关，以实现加热块和吸附管的快速升温与降温，可在4min内将吸附管从室温升至250℃，并在3min内将吸附管从250℃降到45℃，并能在降温完毕后把残留在加热块中的水排到循环水箱，而不影响下一次加热块的加热。流经高温的加热块而形成的高温水，再流经水冷排而快速降温，最后流回循环水箱。

循环水泵的扬程为4m，流量为600L/H，可以保证循环水顺利通过水冷管并最终流回循环水箱。

两位三通电磁阀在断电时a与c端口通，通电时a与b端口通，如此在断电时打开循环水泵，可实现水冷降温，通电时打开排气泵，可实现加热块中的水排空。

排气泵为抽速≥1L/min的气泵，保证有足够的动力与速度将残留在加热块中的水排回循环水箱。

加热块为40mm*33.5mm*90mm的长方体铜块，三根吸附管均匀分布在加热块内部，使用三根加热棒加热加热块，水冷管横穿其中。

水冷排为全紫铜材质，降温速度快，采用圆形水管减小水阻，可承受5Kg压力。

吸附管为Tenax-TA采样管，规格：长度15cm，内径Φ4mm，外径Φ6mm，填充物质量200mg，材质为不锈钢，采用三根阵列的方式，与富集-热解吸***的管路之间使用四通接口连接，连接方式为卡套式。

温度控制器，通过控制电压输出来控制循环水泵、两位三通电磁阀和排气泵的开与关，同时控制加热块的升温，使加热块温度在室温-350℃可调。

本发明提供的加热和水冷降温装置，有效的缩短了用于二恶英前生体在线检测的富集-热解吸***的分析周期。该富集-热解吸***工作流程为富集10min，热解吸15min和降温过程，之前使用风冷降温，从250℃降到45℃需要15min以上，大大限制了此***的分析速度，加入本发明提供的加热和水冷降温装置，将降温时间缩短到3min以内，并且稳定可靠，使得该富集-热解吸***在二恶英前生体在线检测中表现突出。

附图说明

图1为本发明的加热和水冷降温装置示意图。

其中：1-循环水箱；2-循环水泵；3-两位三通电磁阀；4-排气泵；5-四通接口；6-加热块；7-吸附管；8-水冷排；9-温度控制器。

具体实施方式

该装置原理示意图如图1所示，主要由循环水箱、循环水泵、两位三通电磁阀、排气泵、加热块、水冷排以及温度控制器组成。

包括富集-热解吸***的吸附管和加热块，加热块为电加热块或内部设置有电加热丝的金属块或内部设置有电加热棒的金属块，于加热块上开设有用于容置吸附管的通孔，吸附管穿套于加热块的用于容置吸附管的通孔中；

于加热块上开设有用于容置水冷管的通孔，水冷管穿套于加热块的用于容置水冷管的通孔中；

水冷管的出口端与水冷排的进口相连，水冷排的出口与循环水箱上端的进水口相连，循环水箱下端的出水口经循环水泵与两位三通电磁阀的第一个接口c相连，两位三通电磁阀的第二个接口a与水冷管的进口端相连，两位三通电磁阀的第三个接口b与排气泵的气体出口相连；

电加热块、电加热丝或电加热棒与外界电源相连。

于加热块上开设有用于容置温度传感器的通孔，温度传感器穿套于加热块的用于容置温度传感器的通孔中；温度传感器通过导线与温度控制器连接；

电加热块、电加热丝或电加热棒通过导线经温度控制器与外界电源相连；

循环水泵、排气泵、两位三通电磁阀均通过导线经温度控制器与外界电源相连。

温度控制器，以特定的控制时序控制循环水泵、排气泵和两位三通电磁阀的开与关，以实现加热块和吸附管的快速升温与降温，可在4min内将吸附管从室温升至250℃，并在3min内将吸附管从250℃降到45℃，并能在降温完毕后把残留在加热块中的水排到循环水箱，而不影响下一次加热块的加热。流经高温的加热块而形成的高温水，再流经水冷排而快速降温，最后流回循环水箱，等待后续使用。

具体实施流程如下：当富集-热解吸***运行至热解吸状态时，需要给吸附管加热，此时穿套于加热块的加热棒受温度控制器控制开始工作，在4min内即可将加热块和吸附管加热至解吸温度250℃，解析过程完成之后，此时加热块以及吸附管处于250℃的高温状态，在二恶英前生体在线检测实验中，吸附管需要处于50℃以下的低温状态，才有利于分析物的有效富集，所以必须使吸附管降温到50℃以下才能进行下次实验。此时水冷降温装置启动，即：打开循环水泵，两位三通电磁阀处于a与c端口通的断电状态，循环水快速流经加热块，带走热量使加热块和吸附管快速降温，然而流出加热块的水为高温状态，需要冷却，方可在下一次进入加热块时实现有效降温，所以在高温水流回水箱前，先使它流过全紫铜材质的水冷排而快速降温至室温水平。降温结束后，关闭循环水泵，此时水冷管中会有残留水，包括横穿在加热块的水冷管，这部分水必须排走才能进行下次实验，因为下次实验会有加热过程，加热块中有残留水，这在加热时则非常危险，所以必须排走这些水。加入排气泵可以实现水排空，排水时，排气泵与两位三通电磁阀打开(a与b端口通)，高速的气体会流过水冷管，由于整个水冷管是密封的，这样管路中的水就被压回到循环水箱，水排空后，关闭排气泵和两位三通电磁阀方可进入下次实验。

其中上述过程的所有动作变化均可以由温度控制器自动控制，无需人为操作。

该加热和水冷降温装置相对于风冷降温速度快，降温速度稳定，作为富集-热解吸***中吸附管的降温装置表现突出，在焚烧烟气二恶英前生体在线监测实验中有效的将监测周期缩短至28min内，保障了全自动富集-热解吸***的正常工作，满足焚烧烟气中二恶英前生体的在线检测需求。

实施例

为了考察此加热和水冷降温装置的加热、降温速度与稳定性，使用此装置对全自动富集-热解吸***中的加热块做加热、降温实验。实验方法：将加热块升温到250℃，之后使用水冷降温装置降温，记录加热块从室温升温到250℃和加热块250℃降温到45℃所使用的时间，三次实验的结果如下：

第一次：升温用时3分45秒，升温到249.6℃，降温用时2分57秒，降温到45.6℃；

第二次：升温用时3分45秒，升温到250.3℃，降温用时2分57秒，降温到45.3℃；

第三次：升温用时3分45秒，升温到249.8℃，降温用时2分57秒，降温到45.5℃；

结果表明，此加热和水冷降温装置加热、降温速度快，加热、降温稳定，可以满足精密的富集-热解吸***中的吸附管加热、降温需求，并且不影响其定量，用于焚烧烟气中二恶英前生体在线监测实验，大大缩短了其监测周期，使监测结果更精细的反映焚烧炉内燃烧状况，在此实验中发挥了巨大作用。

Claims (8)

1.一种富集-热解吸***中吸附管的加热和水冷降温装置，其特征在于：包括富集-热解吸***的吸附管(7)和加热块(6)，加热块(6)为电加热块或内部设置有电加热丝的金属块或内部设置有电加热棒的金属块，于加热块(6)上开设有用于容置吸附管(7)的通孔，吸附管(7)穿套于加热块(6)的用于容置吸附管(7)的通孔中；

于加热块(6)上开设有用于容置水冷管的通孔，水冷管穿套于加热块(6)的用于容置水冷管的通孔中；

水冷管的出口端与水冷排(8)的进口相连，水冷排(8)的出口与循环水箱(1)上端的进水口相连，循环水箱(1)下端的出水口经循环水泵(2)与两位三通电磁阀(3)的第一个接口c相连，两位三通电磁阀(3)的第二个接口a与水冷管的进口端相连，两位三通电磁阀(3)的第三个接口b与排气泵(4)的气体出口相连；

电加热块、电加热丝或电加热棒与外界电源相连。

2.根据权利要求1所述的加热和水冷降温装置，其特征在于：

于加热块(6)上开设有用于容置温度传感器的通孔，温度传感器穿套于加热块(6)的用于容置温度传感器的通孔中；温度传感器通过导线与温度控制器(9)连接；

电加热块、电加热丝或电加热棒通过导线经温度控制器(9)与外界电源相连；

循环水泵(2)、排气泵(4)、两位三通电磁阀(3)均通过导线经温度控制器(9)与外界电源相连。

3.根据权利要求1所述的加热和水冷降温装置，其特征在于：

温度控制器(9)以所需的控制时序控制循环水泵(2)、排气泵(4)和两位三通电磁阀(3)的开与关，以实现加热块(6)和吸附管(7)的快速升温与降温，可在4min内将吸附管(7)从室温升至250℃，并可在3min内将吸附管(7)从250℃降到45℃，并能在降温完毕后把残留在水冷管中的水排到循环水箱(1)，不影响下一次加热块(6)的加热；由于加热块(6)加热吸附管(7)后为高温状态，使流经水冷管后的水成为高温水、需再流经水冷排(8)而快速降温，最后流回循环水箱(1)中。

4.根据权利要求1所述的加热和水冷降温装置，其特征在于：

循环水泵(2)，扬程4m，流量600L/H；

两位三通电磁阀(3)，断电时a与c端口通，通电时a与b端口通；

排气泵(4)为抽速≥1L/min的气泵。

5.根据权利要求1所述的加热和水冷降温装置，其特征在于：

水冷排(8)为全紫铜材质，采用圆形水管减小水阻，可承受5Kg压力；

吸附管(7)为Tenax-TA采样管，规格为：长度15cm，内径Φ4mm，外径Φ6mm，填充物质量200mg，材质为不锈钢，采用三根平行阵列的方式，与富集-热解吸***的管路之间使用四通接口(5)连接。

6.根据权利要求5所述的加热和水冷降温装置，其特征在于：

四通接口(5)与富集-热解吸***的管路和吸附管(7)之间均采用卡套式连接。

7.根据权利要求1所述的加热和水冷降温装置，其特征在于：

加热块(6)为40mm*33.5mm*90mm的长方体铜块，三根吸附管(7)均匀分布在加热块(6)内部，使用三根加热棒加热加热块(6)，水冷管横穿于加热块(6)中。

8.根据权利要求2所述的加热和水冷降温装置，其特征在于：

温度控制器(9)通过控制电压输出来控制循环水泵(2)、两位三通电磁阀(3)和排气泵(4)的开与关，同时控制加热块(6)的升温，使加热块(6)温度在室温-350℃可调。