CN110174475A - 一种多通道在线连续voc去除率评价工作站 - Google Patents

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何丹农
徐荣
袁静
赵昆峰
蔡婷
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Abstract

本发明提供一种多通道在线连续VOC去除率评价工作站，该工作站需要外接用于控制挥发性有机物气体发生装置、气固反应单元模块、气路控制单元模块和双FID气相色谱仪的台式或者移动电脑一套，同时电脑需要安装数据收集、处理以及实时显示的软件。该工作站温度控制稳定、精度高，VOC气体浓度、流量稳定，工作站结构紧凑、性能可靠，是科研院所、高校企业研究人员高效、在线、连续检测催化或者吸附材料VOC去除率的理想设备。

Description

一种多通道在线连续VOC去除率评价工作站
技术领域
本发明涉及一种多通道在线连续VOC去除率评价工作站，所述工作站用于科研院所、高校企业研究人员高效、在线、连续检测催化或者吸附材料的VOC去除率。
背景技术
在室外，VOC的主要来自燃料燃烧产生的工业废气、汽车尾气、光化学污染等；在室内，则主要来自燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等的烟雾，建筑和装饰材料、家具、家用电器、汽车内饰件生产、清洁剂和人体本身的排放等。VOC对人体健康的影响主要是刺激眼睛和呼吸道，使皮肤过敏，使人产生头痛、咽痛与乏力，其中还包含了很多致癌物质。
由于VOC的危害性较强，因此引起了国家的重视。《室内空气质量标准》（GB/T18883-2002）中均规定总挥发性有机物TVOC最高容许浓度为0.6 mg/m3；《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB 50325-2010）规定I类民用建筑工程中TVOC最高容许浓度为0.5mg/m3。
国家对VOC的管控越来越严格，因此众多科研院所、高校和企业均在开发不同种类的除VOC材料。这一过程中缺乏一种连续高效的VOC去除率评价装置，从而降低了科研人员开发除VOC材料的效率。
本发明的目的就是解决上述问题，为众多科研院所、高校和企业提供一种有效的VOC去除率评价工作站，通过该工作站的推广使用来提高科研人员的开发效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种高效在线连续除VOC材料评价的工作站，弥补现有的评测手段间歇操作、温度控制不稳定、VOC气流不稳定、稳定时间长、数据手工记录等不足。
本发明目的通过下述技术方案实现：一种多通道在线连续VOC去除率评价工作站，由计算机控制系统控制，工作站需要外接用于控制挥发性有机物气体发生装置、气固反应单元模块、气路控制单元模块和双FID气相色谱仪，通过计算机控制系统进行数据收集、处理以及实时显示；至少包括：
高纯空气发生源、氢气发生源和高纯氮气钢瓶分别与过滤器单元模块连接，所述的过滤器单元模块分别与气体流量控制单元模块连接；所述的气体流量控制单元模块分别与气流方向控制单元模块连接；所述的气流方向控制单元模块出来的气流分别与双FID气相色谱仪、色谱进样单元模块、两位四通阀和混气装置连接；所述的两位四通阀依次与挥发性有机物气体发生装置和混气装置连接；所述的混气装置与气体分配装置连接；所述的气体分配装置与气体流量控制单元模块连接；气体流量控制单元模块与气路控制单元模块相连；所述气路控制单元模块分别与气固反应单元模块和色谱进样单元模块连接；色谱进样单元模块分别与尾气缓冲装置和双FID气相色谱仪相连。
所述的挥发性有机物气体发生装置包含一种温控范围为-20~30℃、精度为0.1℃的低温循环装置，该低温循环装置含有保温层；装置内包含一个完全浸没其中的圆柱状容器。
所述的低温循环装置的保温层为玻璃棉；圆柱状容器为双层不锈钢。
所述的混气装置含有聚四氟乙烯内衬；所述的气体流量控制单元模块为转子流量计。
所述的气固反应单元模块包含一种温度在室温20-300℃可控，精度为1℃的气固反应单元加热装置，该加热装置含有保温层；加热装置内可安放数个气固反应玻璃管。
该气固反应单元加热装置的保温层为玻璃棉；气固反应玻璃管材质为石英材质。
所述的尾气缓冲装置为不锈钢材质，从两位四通阀到到气固反应单元模块加热带缠绕保温。
从气固反应单元模块到双FID气相色谱仪加热带缠绕保温。
本发明可以2通道同时检测VOC去除率，并且具有扩展性，通过增加气体流量控制单元模块、气路控制单元模块、气固反应单元模块、色谱进样单元模块和双FID气相色谱仪的数量，形成4通道同时检测VOC去除率的功能。
VOC成分复杂，可根据实际需要在挥发性有机物气体发生装置内预先放入具有代表性优级纯VOC溶剂一种或者数种的混合物，如苯、甲苯、二甲苯等，根据VOC种类和配气浓度要求确定挥发性有机物气体发生装置内加热装置的温度，产生对应VOC蒸汽。VOC蒸汽常温下容易在气路上冷凝，因此从两位四通阀到气固反应单元模块，气固反应单元模块到双FID气相色谱仪需要分别用加热带缠绕保温，以得到稳定的VOC气体。
本发明工作站温度控制稳定、精度高，VOC气体浓度、流量稳定，工作站结构紧凑、性能可靠，数据电脑自动监测记录，是科研院所、高校企业研究人员高效、在线、连续检测催化或者吸附材料VOC去除率的理想设备。
本发明工作站需要外接用于控制挥发性有机物气体发生装置、气固反应单元模块、气路控制单元模块和双FID气相色谱仪的台式或者移动电脑一套，同时电脑需要安装数据收集、处理以及实时显示的软件。高纯空气发生源、氢气发生源和高纯氮气钢瓶分别与过滤器单元模块、气体流量控制单元模块、气流方向控制单元模块；气流方向控制单元模块出来的气流分别与双FID气相色谱仪、气路控制单元模块、两位四通阀和混气装置连接；两位四通阀依次与挥发性有机物气体发生装置、混气装置、气体分配装置、气体流量控制单元模块、气路控制单元模块、气固反应单元模块、色谱进样单元模块、尾气缓冲装置和双FID气相色谱仪相连。该工作站温度控制稳定、精度高，VOC气体浓度、流量稳定，工作站结构紧凑、性能可靠，是科研院所、高校企业研究人员高效、在线、连续检测催化或者吸附材料VOC去除率的理想设备。
本发明优越性在于：气固反应单元模块中，通过一定温度范围内温度控制，可以研究该温度区间内材料的除VOC性能，从而拓宽了研究范围；
同时，可以2通道同时检测VOC去除率，并且具有扩展功能，通过增加气体流量控制单元模块、气路控制单元模块、气固反应单元模块、色谱进样单元模块和双FID气相色谱仪的数量，形成4通道同时检测VOC去除率的功能。
附图说明
图1为工作站示意图；
图2为挥发性有机物气体发生装置示意图；
图3为气固反应单元模块示意图；
图中标号说明：
1——高纯空气发生源；2——氢气发生源；3——高纯氮气钢瓶；
4——过滤器单元模块；5——气体流量控制单元模块；
6——气流方向控制单元模块；7——两位四通阀；
8——挥发性有机物气体发生装置；81——低温循环装置；82——圆柱状容器；
9——混气装置；
10——气体分配装置；11——气体流量控制单元模块；
12——气路控制单元模块；
13——气固反应单元模块；
131——气固反应单元加热装置；132——气固反应玻璃管；
14——色谱进样单元模块；15——尾气缓冲装置；
16——双FID气相色谱仪；17——计算机控制系统。
具体实施方式
以下实例用于更详细地说明本发明，但本发明并不限于此。
参见图1-3，一种多通道在线连续VOC去除率评价工作站，由计算机控制系统控制，工作站需要外接用于控制挥发性有机物气体发生装置8、气固反应单元模块13、气路控制单元模块12和双FID气相色谱仪16，通过计算机控制系统进行数据收集、处理以及实时显示；
高纯空气发生源1、氢气发生源2和高纯氮气钢瓶3分别与过滤器单元模块4连接，所述的过滤器单元模块4分别与气体流量控制单元模块5连接；所述的气体流量控制单元模块5分别与气流方向控制单元模块6连接；所述的气流方向控制单元模块6出来的气流分别与双FID气相色谱仪16、色谱进样单元模块14、两位四通阀7和混气装置9连接；所述的两位四通阀7依次与挥发性有机物气体发生装置8和混气装置9连接；所述的混气装置9与气体分配装置10连接；所述的气体分配装置10与气体流量控制单元模块11连接；气体流量控制单元模块11与气路控制单元模块12相连；所述气路控制单元模块12分别与气固反应单元模块13和色谱进样单元模块14连接；色谱进样单元模块14分别与尾气缓冲装置15和双FID气相色谱仪16相连。
本实施例选用热电Model 111零气发生器提供稳定的高纯空气源1，输出压力设定为25psi。选用QPH-500II型氢气发生器提供稳定的高纯氢气发生源2，输出压力设定为0.3MPa。
选用GP1-2气体净化器作为过滤器单元模块4。
气体流量控制单元模块5分别选用了Brook Instrument公司配套质量流量计，流量控制范围为0-100ml/min，以及七星华创的D07-11C，流量控制范围为0-3000ml/min。
选用FITOK FISS-FL4-7单向阀作为气流方向控制单元模块6。
两位四通阀7和气路控制单元模块12中的二个两位四通阀均为不锈钢材质。
挥发性有机物气体发生装置8里面的低温循环装置81选用DX-204低温循环机，水槽容积4L，温控范围为-20~30℃，精度为0.1℃。DX-204低温循环机内包含一个完全浸没其中的圆柱状容器82，材质为双层不锈钢，直径40mm，高120mm。
混气装置9为内衬聚四氟乙烯的不锈钢容器，VOC气体在此处被稀释。
气体分配装置10为内衬聚四氟乙烯的不锈钢容器。
气体流量控制单元模块11选用了KD800-6F玻璃转子流量计，流量控制范围为0-800ml/min。
气固反应单元模块13中的气固反应单元加热装置131选用了玻璃棉保温的加热装置，温度范围室温-300℃，精度为1℃，其中，气固反应玻璃管132选用了U型石英材质的反应管，管内径为5mm。
色谱进样单元模块14选用了含有1ml定量管的六通阀，并配备VICI的Valco气相色谱进样阀。
尾气缓冲装置15为定制的不锈钢容器，尺寸为250*40*150mm。
双FID气相色谱仪16选用了福立9790II双FID气相色谱仪。
计算机控制系统17通过数据采集器、数据采集线等与挥发性有机物气体发生装置8、气固反应单元模块13、色谱进样单元模块14和双FID气相色谱仪16等连接，同时安装色谱分析软件进行数据实时监测、记录和处理。
两位四通阀7到气固反应单元模块13，以及从气固反应单元模块13到双FID气相色谱仪16采用加热带缠绕保温，温度控制在150℃。
更具体来说，在DX-204低温循环机81内的圆柱状容器82中装入100ml苯溶液，DX-204低温循环机81控制为0℃，气体流量控制单元模块5中带出苯蒸气的气体流量设定为3.6ml/min，稀释气体流量设定为47.5ml/min，可以得到浓度稳定在1000ppm左右的苯。
工作站温度控制稳定，得到的VOC气体浓度、流量稳定，工作站结构紧凑便于安放，工作站性能可靠，数据电脑实时自动记录，是科研院所、高校企业研究人员高效在线连续检测催化或者吸附材料VOC去除率的理想设备。
以上实施例的描述是便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多通道在线连续VOC去除率评价工作站，由计算机控制系统控制，其特征在于：工作站需要外接用于控制挥发性有机物气体发生装置（8）、气固反应单元模块（13）、气路控制单元模块（12）和双FID气相色谱仪（16），通过计算机控制系统进行数据收集、处理以及实时显示；至少包括：
高纯空气发生源（1）、氢气发生源（2）和高纯氮气钢瓶（3）分别与过滤器单元模块（4）连接，所述的过滤器单元模块（4）分别与气体流量控制单元模块（5）连接；所述的气体流量控制单元模块（5）分别与气流方向控制单元模块（6）连接；所述的气流方向控制单元模块（6）出来的气流分别与双FID气相色谱仪（16）、色谱进样单元模块（14）、两位四通阀（7）和混气装置（9）连接；所述的两位四通阀（7）依次与挥发性有机物气体发生装置（8）和混气装置（9）连接；所述的混气装置（9）与气体分配装置（10）连接；所述的气体分配装置（10）与气体流量控制单元模块（11）连接；气体流量控制单元模块（11）与气路控制单元模块（12）相连；所述气路控制单元模块（12）分别与气固反应单元模块（13）和色谱进样单元模块（14）连接；色谱进样单元模块（14）分别与尾气缓冲装置（15）和双FID气相色谱仪（16）相连。
2.如权利要求1所述的一种多通道在线连续VOC去除率评价工作站，其特征在于，所述的挥发性有机物气体发生装置（8）温控范围为-20~30℃、精度为0.1℃的低温循环装置（81），该低温循环装置（81）有保温层，一底部完全浸没在低温循环装置（81），上部带有进气、出气和进液口的圆柱状容器（82）。
3.如权利要求2所述的多通道在线连续VOC去除率评价工作站，其特征在于，该低温循环装置（81）的保温层为玻璃棉；圆柱状容器（82）为双层不锈钢。
4.如权利要求1所述的多通道在线连续VOC去除率评价工作站，其特征在于，所述的混气装置（9）含有聚四氟乙烯内衬。
5.如权利要求1所述的多通道在线连续VOC去除率评价工作站，其特征在于，所述的气体流量控制单元模块（11）为转子流量计。
6.如权利要求1所述的多通道在线连续VOC去除率评价工作站，其特征在于，所述的气固反应单元模块（13）包含一种温度在20℃-300℃可控，精度为1℃的气固反应单元加热装置（131），该加热装置含有保温层；加热装置内可安放二个以上有进、出气口的气固反应玻璃管（132）。
7.如权利要求6所述的多通道在线连续VOC去除率评价工作站，其特征在于，该气固反应单元加热装置（131）的保温层为玻璃棉；气固反应玻璃管（132）材质为石英材质。
8.如权利要求1所述的一种多通道在线连续VOC去除率评价工作站，其特征在于，所述的尾气缓冲装置（15）为不锈钢材质，从两位四通阀（7）到气固反应单元模块（13）加热带缠绕保温。
9.如权利要求1所述的多通道在线连续VOC去除率评价工作站，其特征在于，从气固反应单元模块（13）到双FID气相色谱仪（16）加热带缠绕保温。
10.如权利要求1所述的多通道在线连续VOC去除率评价工作站，其特征在于，2通道同时检测VOC去除率，通过增加气体流量控制单元模块（11）、气路控制单元模块（12）、气固反应单元模块（13）、色谱进样单元模块（14）和双FID气相色谱仪的数量（16），形成4通道同时检测VOC去除率。
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