CN104332083A - 吸附剂吸附再生演示装置及其演示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及吸附剂吸附再生演示装置及其演示方法，演示装置的空气泵经管道连接至吸附器的底部，吸附器顶部安装水蒸气检测器，吸附器整体设置在微波反应器内；吸附器内填充吸附质含钴变色硅胶，水蒸气检测器内装有吸附质检测剂无水硫酸铜；在管道上设置流量控制器和两个三通阀，两个三通阀分别连接至吸附瓶顶部和侧壁的水蒸气进出口。首先吸附质水蒸气经管道输入吸附器，吸附剂吸附水蒸气后变色，演示吸附过程，然后停止输入吸附质，采用微波快速再生过程，使吸附剂脱除水蒸气颜色还原，演示再生过程。实现可视化教学，能够反复使用，提高实验教学的质量与效率。

Description

吸附剂吸附再生演示装置及其演示方法

技术领域

    本发明涉及一种吸附剂的吸附再生过程演示装置及其演示方法。

背景技术

吸附法是去除气态污染物的有效方法之一，但原理抽象晦涩，在教学中，学生普遍表示难以对该知识点熟练掌握，主要体现在：容易将穿透时间与吸附饱和时间混淆；对吸附传质区、饱和度等概念认识不清。演示实验是一种比较直观的教学方式，可以加深学生对理论知识的理解和认识，但现有的气态污染物的吸附净化演示装置可视化程度低，学生无法观察到吸附器的内部情况，即使部分吸附器采用透明材料能够看到内部的吸附剂，由于大部分吸附质是无色气体，仍难以直观地展示吸附的实时进展。因此，研发一种可视化吸附演示实验装置，对于提高教学效果具有重要意义。因为，实验教学具有课时短、人数多、实验需多次重复的特点，因而实验教学中的演示实验装置应高效便捷。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种吸附剂吸附再生演示装置及其演示方法，将气体吸附与微波快速再生过程结合，实现可视化教学，能够反复使用，提高实验教学的质量与效率。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

吸附剂吸附再生演示装置，空气泵经管道连接至吸附器的底部，吸附器顶部安装水蒸气检测器，吸附器整体设置在微波反应器内；

吸附器内填充吸附质含钴变色硅胶，水蒸气检测器内装有吸附质检测剂无水硫酸铜；

在管道上设置流量控制器和两个三通阀，三通阀设置在流量控制器的后方，两个三通阀分别连接至鼓泡式吸收瓶顶部和侧壁的水蒸气进出口，两个三通阀之间的气体管道和蒸气发生器形成回路；

蒸气发生器由鼓泡式吸收瓶和恒温水浴锅组成，三通阀连接至鼓泡式吸收瓶的水蒸气出口与管道之间。

前述的吸附剂吸附再生演示装置，所述的吸附器为透明的圆柱型石英管反应塔，载气输入口在底部。

前述的吸附剂吸附再生演示装置，所述的水蒸气检测器是直型一球干燥管。

前述的吸附剂吸附再生演示装置，蒸气发生器至吸附器之间的管道设置保温套或电热带。

吸附剂吸附再生演示方法，步骤如下：

1）开启恒温水浴锅，设定实验要求的温度，该步骤的水浴温度调整为1~99℃；温度不同，水蒸气的饱合蒸气压不同，由空气运载至吸附器的水蒸气量也不同，温度越低水蒸气量越小，温度越高则蒸气量越大。0℃时水的饱合蒸气压为611Pa，表明即使在0℃，只要增压也是有水蒸气存在的，但0℃时水为冰水混合物，有冰的存在会影响鼓泡效果，因而该装置的适用温度应大于0℃，取值为1℃；100℃时，水的饱合蒸气压为一个大气压，蒸气量较大，该温度下水浴锅内水沸腾，不适于长期使用，因此最高温度取为100℃以下，取值99℃。

2）打开两个三通阀，使整个气体管道保持通畅，水蒸气能够进出水蒸气发生器，空气能输入管道；

3）开启空气泵，通过流量控制器设定载气流量，吸附空速为50～10000h^-1；

4）打开微波发生器，观察吸附实验，随着吸附剂含钴变色硅胶对输入吸附器的吸附质水蒸气的吸附，逐渐由蓝色变为粉色，吸附穿透后蒸气检测器中无水硫酸铜由白色变为蓝色；

5）关闭空气泵，关闭微波发生器门，完成吸附演示实验；

6）进行再生演示实验：调节三通阀，短路蒸气发生器，停止向吸附器供应水蒸气，仅空气泵所提供的空气经流量控制器后经气体输送管道输入吸附器；

7）调整流量控制器，调整空气流量，再生空速为100～50000 h^-1，设定微波发生器工作功率，微波频率为2.45GHz，微波功率为300~900W，开启微波发生器，进行微波再生，待变色硅胶变回蓝色，蒸汽检测器中指示剂变为白色后，关闭微波发生器，完成再生实验。

本发明利用含钴变色硅胶在无水情况下呈蓝色，吸附水蒸气后变为淡粉色的特点，以透明的石英管反应塔为吸附器，以干燥的含钴变色硅胶为吸附剂，以易得无污染的水蒸气为吸附质，以无水硫酸铜为水蒸气检测药剂，构建出气体吸附实验装置，吸附过程中吸附剂的颜色变化显著，清晰地反映了吸附的实时进展，可视化程度高；吸附完毕后，利用微波辐照将吸附有水的变色硅胶快速干燥，实现吸附剂的快速再生。吸附与再生循环进行，耗时少、效率高，易操作，无药剂消耗。原料价格低廉、容易获取、无环境污染，使用成本低，便于推广使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中，1. 空气泵；2. 流量控制器；3. 三通阀；4. 三通阀；5. 水蒸气发生器；6. 鼓泡式吸收瓶；7. 恒温水浴锅；8. 吸附器；9. 水蒸汽检测器；10.微波反应器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

图1是本发明的结构示意图，如图1所示，提供空气的空气泵1（电磁式空气泵，型号为HP-1116）连接流量控制器2（转子式气体流量计，型号为DK800-4），流量控制器2经气体管道连接至吸附器8的底部，吸附器8内装有含钴变色硅胶；吸附器8顶部安装水蒸气检测器9，水蒸气检测器9内装有无水硫酸铜。吸附器8设置在微波反应器（型号为WBFY-201型，工作频率为2.45GHz）内。

在气体输送管道上设置三通阀3、4，用于切换吸附与再生过程水蒸汽的不同路径，三通阀3、4连接至蒸气发生器5，蒸气发生器5是由鼓泡式吸收瓶6和恒温水浴锅7（型号为HH-1）组成的，水蒸气的含量通过调节恒温水浴锅7的水温改变水蒸气饱和蒸气压来调节。三通阀3、4分别连接至鼓泡式吸收瓶6顶部和侧壁的水蒸气进出口，这样三通阀3、4之间的气体输送管道和蒸气发生器5能形成回路。

在该实施例中，吸附器8材质为石英，呈圆柱型，内径30mm，高度150mm，载气从吸附器底部输入，通过兼具承托功能的布气板后进入吸附器主体，穿过吸附器内装的变色硅胶从顶部排出，变色硅胶粒径为1~2mm。水蒸气检测器9是直型一球干燥管，直径17mm，全长50mm。

本发明的操作过程如下：

1）开启恒温水浴锅，设定实验要求的温度（本实施例为30℃）；

2）调节三通阀3、4，使整个气体输送管道通畅，使水蒸气能够流出水蒸气发生器，空气能输入管道；

3）开启空气泵，通过流量控制器设定载气流量（本实施例控制流量为30L/h）；

4）打开微波发生器，观察吸附实验，随着吸附剂含钴变色硅胶对输入吸附器的吸附质水蒸气的吸附，逐渐由蓝色变为粉色，吸附穿透后蒸气检测器中无水硫酸铜由白色变为蓝色；

5）关闭空气泵，关闭微波发生器门，完成吸附演示实验；

6）进行再生演示实验：调节三通阀，短路蒸气发生器，停止向吸附器8供应水蒸气，仅空气泵所提供的空气经流量控制器后经气体输送管道输入吸附器；

7）调整流量控制器，加大空气流量（本实施例控制流量为100L/h），设定微波发生器工作功率（本实施例使用微波功率为800W），开启微波发生器，进行微波再生，待变色硅胶变回蓝色，蒸汽检测器中指示剂变为白色后，关闭微波发生器，完成再生实验。

上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.吸附剂吸附再生演示装置，其特征在于空气泵经管道连接至吸附器的底部，吸附器顶部安装水蒸气检测器，吸附器整体设置在微波反应器内；

吸附器内填充吸附质含钴变色硅胶，水蒸气检测器内装有吸附质检测剂无水硫酸铜；

在管道上设置流量控制器和两个三通阀，三通阀设置在流量控制器的后方；

蒸气发生器由鼓泡式吸收瓶和恒温水浴锅组成，三通阀连接至鼓泡式吸收瓶的水蒸气出口与管道之间。

2.根据权利要求1所述的吸附剂吸附再生演示装置，其特征在于所述的吸附器为透明的圆柱型石英管反应塔，载气输入口在底部。

3.根据权利要求1所述的吸附剂吸附再生演示装置，其特征在于所述的水蒸气检测器是直型一球干燥管。

4.根据权利要求1所述的吸附剂吸附再生演示装置，其特征在于蒸气发生器至吸附器之间的管道设置保温套或电热带。

5.根据权利要求1所述的吸附剂吸附再生演示装置，其特征在于两个三通阀分别连接至鼓泡式吸收瓶顶部和侧壁的水蒸气进出口，两个三通阀之间的气体管道和蒸气发生器形成回路。

6.基于权利要求1所述的吸附剂吸附再生演示装置的吸附剂吸附再生演示方法，其特征在于步骤如下：

1）开启恒温水浴锅，设定实验要求的温度，该步骤的水浴温度调整为1~99℃；

2）打开两个三通阀，使整个气体管道保持通畅，水蒸气能够流出水蒸气发生器，空气能泵入管道；

3）开启空气泵，通过流量控制器设定载气流量，吸附空速为50～10000h^-1；

4）打开微波发生器，观察吸附实验，随着吸附剂含钴变色硅胶对输入吸附器内的吸附质水蒸气的吸附，逐渐由蓝色变为粉色，吸附穿透后蒸气检测器中无水硫酸铜由白色变为蓝色；

5）关闭空气泵，关闭微波发生器门，完成吸附演示实验；

6）进行再生演示实验：调节三通阀，短路蒸气发生器，停止向吸附器供应水蒸气，仅空气泵所提供的空气经流量控制器后经气体输送管道输入吸附器；

7）调整流量控制器，调整空气流量，再生空速为100～50000 h^-1，设定微波发生器工作功率，微波频率为2.45GHz，微波功率为300~900W，开启微波发生器，进行微波再生，待变色硅胶变回蓝色，蒸汽检测器中指示剂变为白色后，关闭微波发生器，完成再生实验。