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不同的介質(zhì)對消化爐的品質(zhì)和能耗有直接關(guān)系

[2015/11/18]

  消化爐在實驗室里是一個耗能大戶,且又決定了定氮的質(zhì)量,一個鋁錠或石墨20孔的消化爐功率一般都在3500W左右,且工作一般都在二個小時以上。如何降低耗能而又滿足消化的要求是選擇消化爐的要考慮的。目前國內(nèi)市場上供應(yīng)的消化爐加熱均通過電加熱,而熱傳導(dǎo)通過介質(zhì)到消化管,所以不同的介質(zhì)對消化爐的品質(zhì)和能耗有直接關(guān)系,在此討論不同的介質(zhì)特性,(假設(shè)消化爐保溫性都是良好的)。

  1.鋁錠為介質(zhì)
  優(yōu)點:鋁錠熱傳導(dǎo)較快(導(dǎo)熱系數(shù)可達237W/mK),導(dǎo)熱系數(shù)高使得樣品間溫差較小。如果有足夠體積的鋁錠,就能保障樣品溫度的穩(wěn)定性減小溫度波動,且即便和硫酸接觸便生成密致的硫酸鋁層,不會深入鋁錠內(nèi)部,所以鋁錠也是很好的防腐的選擇。
  缺點:鋁錠是通過熱的接觸傳導(dǎo),要溫度恒定必須有足夠大的體積(薄薄一片鋁錠效果較差)電加熱產(chǎn)生的可見光和近紅外光都沒有利用,所以熱能利用效率低,能耗較高。
  由于鋁錠的穩(wěn)定性和樣品間溫差較小。受到市場的認(rèn)可。(加熱方式和鋁錠的大小都會影響消化爐的質(zhì)量,在此不做討論)

  2.石墨為介質(zhì)
  優(yōu)點:同體積鋁錠價格是石墨的3倍,所以石墨消化爐成本低得明顯。
  缺點:由于石墨非金屬特性即熱傳導(dǎo)慢(導(dǎo)熱系數(shù)只有129W/m.k,比鋁錠237W/m.k低多了。),且石墨導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低,更使得介質(zhì)上面的消化管溫度不一,溫差大,容易掛壁,影響消化質(zhì)量。所以石墨一般在200以下作為傳導(dǎo)介質(zhì)尚可,畢竟有價格優(yōu)勢,400以上石墨導(dǎo)熱系數(shù)明顯下降,石墨的缺點明顯顯現(xiàn)。價格優(yōu)勢的代價是消化質(zhì)量明顯下降,掛壁嚴(yán)重。

  3.紅外石英輻射加熱
  石英加熱元件采用珠光乳白石英管配用電熱材料,具有優(yōu)良可靠的遠紅外輻射特性通電后,電阻絲發(fā)出的紅外光波與可見光波中97%被乳白管所阻擋吸收,使石英管壁溫度升高產(chǎn)生硅氧鍵分子振動輻射出遠紅外光波這樣使97%可見光和近紅外光可轉(zhuǎn)為遠紅外輻射?朔藛渭兪褂猛该魇⒉A淼耐高^可見和近紅外的弊端,從而有效地使電能轉(zhuǎn)化為遠紅外光波。        
  靠熱輻射來加熱樣品,特點是:升溫快,樣品間溫差小、傳導(dǎo)極快,溫控準(zhǔn)確。一般應(yīng)用于有高要求樣品的消化,例:牛奶、食品、飼料、保健品等容易掛壁的樣品。例如:有較快的升溫和降溫速度。程序升溫可以根據(jù)樣品的特點來選擇升溫曲線,有利高質(zhì)量樣品的消化,從而杜絕樣品的掛壁現(xiàn)象、進而使得樣品消化效率的大大提高,
  優(yōu)點:樣品間溫差小,由于采用熱輻射使得消化管間溫差變小。
  溫度控制性能優(yōu)良:由于石英輻射熱慣性小,在溫控時溫度超調(diào)小,能使?fàn)t溫盡快達到目的溫度,這是鋁錠和石墨介質(zhì)無法媲美的。
  減低能耗:由于鋁錠和石墨通過接觸傳導(dǎo),且大量的可見和近紅外光不能利用,使得能量浪費,而石英輻射利用了97%的可見和近紅外光波轉(zhuǎn)換成遠紅外光波輻射,電、熱能轉(zhuǎn)換效率高。
  由于石英化學(xué)特性穩(wěn)定,即便和硫酸接觸不會影響石英的功能,具有高品質(zhì)的防腐性能,延長電加熱絲的使用壽命。而石墨的熱慣性大而使得溫度超調(diào)大,那么電阻絲的表面溫度和石墨溫差很大,使得電阻絲壽命短,容易斷。石英的一定的溫度下產(chǎn)生輻射的特性決定了電阻絲表面溫度的限定,使得消化管和電阻絲溫差很小,電阻絲壽命明顯延長。
  缺點: 由于珠光乳白石英管加工要求高,且生產(chǎn)成本較高,但由于使用成本很低(相比較鋁錠和石墨)從長時間看石英輻射加熱性價比很高,用戶接受度越來越高。