концентратор-выпариватель

Формула изобретения

Концентратор-выпариватель для проведения тепло- и массообменных процессов и концентрирования микропримесей в жидких смесях, содержащий корпус с блоком управления и термостатирования, нагреватель и испарительную емкость, отличающийся тем, что испарительная емкость выполнена воронкообразной формы и состоит из одной или не менее двух испарительных чаш с отверстием в днище и направляющим конусом, к которому прижат при помощи прижимного устройства сменный сборник концентрата, на внешней прозрачной поверхности которого закреплен датчик уровня концентрата со сменным сборником концентрата, нагреватель установлен на внешней поверхности испарительной чаши, которая снабжена тепловентилятором с воздуховодом, выполненным с возможностью тангенциального подвода нагретого воздуха к поверхности испарения и вращения обрабатываемой смеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, а именно к области концентрирования при анализе загрязнений объектов окружающей среды передвижными лабораторными комплексами, и может быть использовано в контрольных и аналитических лабораториях в системе экологического мониторинга, сельскохозяйственных, пищевых продуктах, станциями защиты растений, СЭС.

Промышленностью выпускаются различного вида приборы для испарения, выпаривания или концентрирования для аналитических лабораторий типа водяные бани, колбонагреватели и ротационные испарители (Кн.: Оборудование химических лабораторий. Справочник. / Мусакин А.П., Рачинский Ф.Ю., Суглобова К.Д. - Л.: Химия, 1978 г., стр.103).

Наиболее близким по технической сущности является испаритель ротационный типа ИР-1М (Кн.: Начала техники лабораторных работ. / Захаров -Л.: Химия, 1981 г., стр.152, рис.79), содержащий корпус с блоком управления и термостатирования, на котором установлен нагреватель в виде водяной бани, и вращающаяся емкость из стекла с электроприводом и вакуумной системой, закрепленными на подвижном штативе.

Прибор имеет следующие недостатки:

- трудности регулирования процесса выпаривания и, соответственно, потери объема концентрата до 20-40%;

- недостаточная производительность;

- использование в вакуумной системе посуды из стекла, проточной воды, сложность герметизации вращающейся колбы и невозможность использования прибора в передвижных лабораториях;

- большие габариты и энергопотребление.

Технической задачей изобретения является:

- увеличение производительности;

- уменьшение потерь объема концентрата;

- безопасность ведения работ;

- уменьшение габаритов и энергопотребления.

Техническая задача решается тем, что концентратор - выпариватель, содержащий корпус с блоком управления и термостатирования, нагреватель и испарительную емкость, в котором испарительная емкость изготовлена в виде воронкообразной формы и состоит из испарительной чаши с отверстием в днище, направляющим конусом, к которому соосно прижат при помощи прижимного устройства сменный сборник концентрата, на внешней поверхности которого закреплен датчик уровня концентрата, нагреватель установлен на внешней поверхности испарительной чаши, которая снабжена тепловентилятором с воздуховодом, выполненным с возможностью придания тангенциального подвода нагретого воздуха к поверхности испарения и вращения обрабатываемой смеси, и аппарат выполнен многомодульным и содержит не менее двух испарительных чаш.

Решение технической задачи позволяет обеспечить оптимальное испарение обрабатываемых жидкостей, уменьшение времени выпаривания, безопасность и удобство обслуживания. Высокая точность отбора объема концентрата обеспечивается заданной формой испарительной чаши, которая выполняется с учетом рациональной теплопередачи от нагревателя через стенки испарительной чаши к обрабатываемой жидкости и отсутствием нагрева сменного сборника концентрата. Вращение жидкости нагретым воздухом облегчает условия испарения ее и исключает осаждение микропримесей на внутренней поверхности испарительной чаши. Использование одновременно нескольких чаш (4 или 6) позволяет эффективно использовать нагретый воздух от тепловентилятора без увеличения его мощности, что увеличивает его производительность.

На фиг.1 представлена принципиальная конструкция одномодульного концентратора-выпаривателя, на фиг.1.1. - сменная чаша, 1.2. и 1.3. - варианты конструкций сменного сборника концентрата, на виде А-А показано сечение сборника концентрата в месте соединения с датчиком уровня концентратора. На фиг.2 и 3 показаны варианты принципиальных конструкций многомодульного аппарата с заданным количеством испарительных чаш не менее двух.

Концентратор-выпариватель (фиг.1) состоит из основания 1, испарительной чаши 2 с нагревателем 3, сменного сборника концентрата 4 с датчиком контроля уровня концентрата 5, прижимного устройства 6, тепловентилятора 7 с воздухораспределителем 8, поддона 9. Испарительная чаша снабжена сменной чашей 10, изображенной штриховой линией, ее конструкция показана на фиг.1.1. Конструкция сменного сборника концентрата 4 показана на фиг.1.2. с прозрачным бюксом 11 и на фиг.1.3. - без бюкса. На фиг.2 и 3 показаны варианты принципиальных конструкций концентратора-выпаривателя с заданным количеством испарительных чаш 2 с одним тепловентилятором 7 и воздуховодом 8.

Устройство работает следующим образом:

Концентратор-выпариватель помещают в вытяжной шкаф, включают в сеть, затем нагреватель, тепловентилятор и фотодатчик. Ручку настройки температуры испарительной воронки устанавливают на соответствующее положение переключателя, в зависимости от температуры кипения используемого растворителя. По достижении заданного режима нагрева, который определяется помещением в воронку термометра, или по времени, указанному в инструкции по эксплуатации, экстракт или растворитель заливают в испарительную емкость.

По окончании процесса выпаривания жидкости, т.е. при достижении уровня испаряемой жидкости светового потока фотодатчика, проходящего через прозрачный сборник концентрата, происходит скачкообразное изменение величины светового потока, попадаемого на фоторезистор, срабатывает реле, подается световой и звуковой сигнал и отключается электропитание нагревателя и тепловентилятора. Отключают тумблером автоматику. Отжимают прижимное устройство, одновременно другой рукой придерживают сборник концентрата, а затем вынимают его из чаши и отправляют его на анализ.

Далее тампоном из ваты, смоченным спиртом или чистым растворителем, протирают внутреннюю полость испарительной чаши, устанавливают новый сменный сборник концентрата, поджимают его пружинным механизмом. Аппарат вновь готов к работе. Комплект сменных сборников концентрата рассчитан на количество обрабатываемых проб за один рабочий день.

В случае выпаривания большего объема, чем объем испарительной емкосги, работа устройства аналогична вышеописанному режиму, только жидкость заливают порциями дискретно по мере испарения или с определенным расходом из напорной емкости с учетом скорости ее испарения. Обслуживание концентратора-выпаривателя с большим количеством (обычно 4 или 6) испарительных чаш аналогично. Так как условия выпаривания одинаковы для всех испарительных чаш, то окончание работы аппарата можно задавать как по сигналу одного фотодатчика, так и по заданному времени выпаривания. Когда работа производится по одной пробе, нагреватели остальных испарительных чаш отключаются от электросети. Время и режим выпаривания задается в зависимости от вида используемых растворителей и объема обрабатываемой смеси и объема получаемого концентрата. Дополнительная сменная чаша позволяет производить выпаривание досуха, для этого внутрь испарительной чаши помещается дополнительная сменная чаша (без отверстия на дне).

Когда согласно методике анализа необходимо выпаривание досуха обрабатываемой смеси, используют сменную чашу, которую устанавливают во внутреннюю полость испарительной чаши, датчик уровня концентрата отключают, и окончание работы фиксируется автоматически по заданному времени.

Проведения испытания в соответствии с методиками анализа загрязнений объектов окружающей среды в системе экологического мониторинга, ветнадзора и станции защиты растений показали следующие преимущества:

- увеличение производительности в 5-10 раз, в зависимости от вида растворителей и количества обрабатываемых смесей;

- уменьшение потерь микропримесей и объема получаемого концентрата с 20-40% до 0,1-0,5%;

- безопасность и удобство обслуживания;

- уменьшение расхода электроэнергии в 4-5 раз и габаритов в 2-3 раза;

- унификация использования: для выпаривания одной и заданного количества проб (4-6 шт.) одновременно и выпаривание досуха или до определенного объема концентрата;

- возможность использования концентратора-выпаривателя передвижными лабораториями и комплексами.