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        節(jié)能型實(shí)驗(yàn)用冷卻水循環(huán)水箱的設(shè)計(jì)

        2018-03-10 02:56:58范嘉園張立華金遠(yuǎn)航尹小瑞霍春紅
        山東化工 2018年1期
        關(guān)鍵詞:循環(huán)泵冷凝水物理化學(xué)

        范嘉園,張立華,金遠(yuǎn)航,尹小瑞,霍春紅

        (遼寧科技大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,遼寧 鞍山 114051)

        高?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的許多實(shí)驗(yàn)通常要用到大量的冷凝水[1-4]。目前,冷凝水多是利用自來水直接冷凝,水只能一次性的使用,使用后冷卻水則直接排放至下水道。

        在一堂基礎(chǔ)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)之一的“液體飽和蒸汽壓測定”[4]實(shí)驗(yàn)中,每套儀器都要用到冷凝水,實(shí)驗(yàn)時(shí)間長約4 h,實(shí)驗(yàn)班級(jí)較多,浪費(fèi)了大量的水資源。在實(shí)驗(yàn)的過程中有時(shí)會(huì)遇到突然的停水,實(shí)驗(yàn)將無法繼續(xù)進(jìn)行。

        我國的淡水資源十分缺乏,高校的實(shí)驗(yàn)用冷卻水造成的浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重,研制一種節(jié)水裝置,耗能少又能使冷凝用水得以循環(huán)使用,還可以解決在實(shí)驗(yàn)過程中的突然停水問題十分必要。

        調(diào)研結(jié)果表明,目前市場上沒有符合上述要求的專門的裝置出售,因此這項(xiàng)工作實(shí)際意義極大。

        1 水箱的設(shè)計(jì)

        結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件,設(shè)計(jì)了一種小型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)用冷凝水循環(huán)裝置[5]。將每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)儀器配置的冷凝管用乳膠管串聯(lián),采用循環(huán)泵代替以往的直流方法將冷凝水循環(huán)使用,在儲(chǔ)水池中加入冰盒(冰盒可以更換重復(fù)使用),可以降低水的溫度;即使實(shí)驗(yàn)過程中突然停水,儲(chǔ)水池里的水也可以完成后面的實(shí)驗(yàn)。

        1.1 主要元件

        外箱(390 mm×290 mm×250 mm),智能控溫儀(TN99)、報(bào)警器、熱電偶、循環(huán)泵(Typ SP2766,35W)、儲(chǔ)水箱(260 mm×190 mm×160 mm),冰盒(可用礦泉水瓶代替),銅閥門、管接頭、開關(guān)、電線、螺絲、熱縮管。

        1.2 水箱結(jié)構(gòu)示意圖

        1水箱本體、2出水管、3回水管、4冷凝管、5外箱、6箱蓋、7內(nèi)水箱(儲(chǔ)水池)、8循環(huán)泵、9冰盒、10溫控器、11溫控器開關(guān)、 12聲光報(bào)警器、13電源開關(guān)、14容量刻度圖1 冷卻水循環(huán)水箱結(jié)構(gòu)圖

        節(jié)能型冷凝水循環(huán)水箱結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

        1.3 工作原理

        利用冷凝水循環(huán)水箱,可以將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的各冷凝管用乳膠管串聯(lián),使冷卻水由儲(chǔ)水池經(jīng)循環(huán)泵帶動(dòng)流進(jìn)第一個(gè)冷凝管,依次進(jìn)入第二、第三個(gè)……冷凝管,再從最后一個(gè)冷凝管流回到儲(chǔ)水池。實(shí)驗(yàn)過程中,冷凝水經(jīng)過幾個(gè)冷凝管后,水溫會(huì)有所上升,當(dāng)水溫超過設(shè)定溫度時(shí),警報(bào)器會(huì)閃動(dòng)并發(fā)出警報(bào)。此時(shí)向儲(chǔ)水池內(nèi)加入冰盒,水溫會(huì)迅速降低,達(dá)到設(shè)定要求,警報(bào)器不再閃動(dòng)和報(bào)警,保證冷凝效果。也可以提前在儲(chǔ)水池內(nèi)加入幾個(gè)密封冰盒,儲(chǔ)水池的水溫會(huì)遠(yuǎn)低于設(shè)定溫度。

        2 節(jié)能效果

        實(shí)驗(yàn)用水的消耗量計(jì)算(以遼寧科技大學(xué)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)“液體飽和蒸汽壓的測定”實(shí)驗(yàn)為例):

        實(shí)驗(yàn)臺(tái)上7臺(tái)儀器的冷凝管串聯(lián)在一起,每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3.5 h。

        使用水箱前每學(xué)年耗水量:自來水流速2000 mL/min=120 L/h,

        耗水量:120 L/h×3.5 h =420L = 0.42 m3

        使用水箱后:

        儲(chǔ)水池中水4000 mL,冷凝管內(nèi)水300 mL×7,連接的橡膠管內(nèi)水500 mL,冰盒體積500 mL(可重復(fù)使用)。

        4000 mL+300 mL×7+500 mL = 6600 mL = 6.6 L = 0.007 m3

        節(jié)水效果:使用前/使用后 = 0.007 m3÷ 0.42 m3= 1/60

        水箱耗電量:水泵的功率15W,實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3.5 h的操作,耗電15 W×3.5 h=52.5W·h=0.053度,能源消耗很少。

        每學(xué)年62個(gè)班次進(jìn)行該項(xiàng)實(shí)驗(yàn),未使用水箱時(shí)0.42 m3×62=26.04 m3,使用水箱仍然是0.007 m3,節(jié)水效果:使用前/使用后 = 0.007 m3÷ 26.04 m3= 1/3720,節(jié)約了大量的自來水資源。耗電15 W×3.5 h× 62=3255 W·h=3.3度。

        3 水箱的優(yōu)點(diǎn)

        (1)使實(shí)驗(yàn)用冷凝水得到循環(huán)利用,節(jié)約了大量的自來水資源。

        (2)外置冰盒,既能降低循環(huán)水的溫度,又不增加冷凝用水的體積。

        (3)對(duì)于密閉性要求較嚴(yán)格裝置上的冷凝管,清洗時(shí)直接在水池內(nèi)加入清洗劑即可。

        (4)實(shí)驗(yàn)過程中遇突然停水,也能保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

        (5)功率小,節(jié)約電能。

        (6)箱體小,方便移動(dòng),實(shí)用性強(qiáng)。

        [1]周建敏,蔡 潔.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M]. 北京:中國石化出版社,2012:47-50.

        [2]呂仁剛,胡耀云,朱珮珣,等.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中水冷凝系統(tǒng)的改進(jìn)[J].山東化工,2015,44(2):105-106.

        [3]王 蕊,趙 晶,王俊茹,等.化學(xué)實(shí)驗(yàn)冷凝水的循環(huán)再利用[J].天津化工,2002(4):29-30,34.

        [4]邱金恒,劉爾康,吳 強(qiáng).物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:高等教育出版社,2010:25-28.

        [5]范嘉園,張立華.節(jié)能型實(shí)驗(yàn)用冷卻水循環(huán)水箱:中國,201621297200.9[P].2017-05-02.

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