CN113231118A - 一种有机化学实验的分馏装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种有机化学实验的分馏装置，包括水浴桶、原料瓶、分馏柱、调节机构、馏分收集机构以及控制箱，馏分收集机构包括冷却管、收集瓶、电磁阀、数显屏以及折光率检测机构，水浴桶对原料瓶进行加热，使原料瓶中的液体混合物蒸发，蒸发后的馏分可以进入到分馏柱中，通过在分馏柱上设置的高度不同的冷却管可以对不同的馏分进行收集，提高分馏的效率，而所设置的折光率检测机构可以对收集瓶内的馏分液体进行折光率的检测，控制箱根据折光率检测机构传输的数据对所有的收集瓶中的馏分液体的折光率进行排序，并在数显屏上显示对应的数字顺序，从而学生可以在实验结束后针对收集瓶中的馏分液体进行判别以及检验。

Description

一种有机化学实验的分馏装置

技术领域

本发明涉及分馏技术领域，特别涉及一种有机化学实验的分馏装置。

背景技术

分馏是分离几种不同沸点的混合物的一种方法，过程中没有新物质生成，只是将原来的物质分离，属于物理变化，分馏作为一种简单的试验被广泛应用到学校的有机化学实验中，可以帮助学生进一步理解分馏的过程，然而目前的分馏过程中，需要对多种不同的馏分进行接收，因此在获得第一种馏分后，往往需要更换接收杯进行第二种馏分的接收，一方面导致分馏效率降低，另一方面由于容器通用，在进行第二种馏分的分馏时，会与第一种馏分残留在容器内壁上的部分相溶，导致后续馏分中含有其他物质，最终影响到分馏的效果，同时目前的有机化学实验在完成后，学生稍加疏忽就会忘记接收杯中的液体，无法高效的完成化学实验。

发明内容

鉴以此，本发明提出一种有机化学实验的分馏装置，可以根据温度的不同开启不同的冷却管，提高分馏的效率，并且通过设置的折光率检测机构可以对多个馏分按照折光率大小进行排序显示，方便学生对馏分进行判别以及检验。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种有机化学实验的分馏装置，包括水浴桶、原料瓶、分馏柱、调节机构、馏分收集机构以及控制箱，所述原料瓶设置在水浴桶中，所述分馏柱与原料瓶顶部连通，所述调节机构设置在分馏柱顶部，所述馏分收集机构包括冷却管、收集瓶、电磁阀、数显屏以及折光率检测机构，所述冷却管一端与分馏柱连接，另一端伸入到收集瓶中，所述电磁阀设置在冷却管与分馏柱的连接处，若干个所述冷却管与分馏柱的连接处处于不同的高度，所述折光率检测机构设置在收集瓶内部，所述数显屏设置在收集瓶外壁；所述水浴桶内设置有加热机构，所述调节机构包括调节板以及第一电动推杆，所述调节板位于分馏柱内顶部，所述第一电动推杆设置在分馏柱顶部外侧，其输出轴伸入到分馏柱内部，并与调节板顶面连接，所述控制箱设置在水浴桶一侧，并分别与电磁阀、数显屏、折光率检测机构、加热机构以及第一电动推杆电连接。

优选的，所述折光率检测机构包括红外发射管以及若干红外接收管，所述红外发射管设置在收集瓶内壁，所述红外接收管紧密排列在收集瓶内部底面上，所述控制箱分别与红外发射管以及红外接收管电连接。

优选的，还包括用于驱动红外发射管以及所有的红外接收管进行移动的升降机构，所述折光率检测机构还包括超声波液位计，所述超声波液位计设置在收集瓶内部，所述控制箱分别与超声波液位计以及升降机构电连接。

优选的，所述升降机构包括升降板、第二电动推杆、第三电动推杆以及磁铁环，所述升降板设置在收集瓶内部，其侧壁设置有金属环，所述红外接收管设置在升降板上表面，所述磁铁环套设在收集瓶外壁，并位于金属环一侧，所述第二电动推杆设置在收集瓶外表面，其输出轴与磁铁环上表面连接，所述第三电动推杆设置在收集瓶内壁，其输出轴与红外发射管连接，所述控制箱与第二电动推杆以及第三电动推杆电连接。

优选的，所述加热机构包括电加热丝，所述电加热丝设置在水浴桶内壁上，所述水浴桶内部设置有微型电动水轮，所述微型电动水轮呈三角排列，所述微型电动水轮所组成的三角形中心与水浴桶中心重叠，所述控制箱分别与电加热丝以及微型电动水轮电连接。

优选的，还包括温度传感器，所述温度传感器设置在水浴桶内壁上，所述控制箱与温度传感器电连接。

优选的，还包括按压按钮，所述按压按钮设置在分馏柱内壁上，并位于冷却管与分馏柱的连接处上方，所述控制箱与按压按钮电连接。

优选的，还包括蒸气检测机构，所述蒸气检测机构包括扇叶、转轴以及转速传感器，所述转轴一端与调节板底面连接，另一端设置有扇叶，所述转速传感器设置在转轴上，所述控制箱与转速传感器电连接。

优选的，所述冷却管包括冷却套管、液化管道以及输气管道，所述输气管道包括主管道以及子管道，所述主管道一端与分馏柱连接，另一端与子管道连接，所述子管道远离主管道的一端沿液化管道外壁切线方向伸入到液化管道内，所述子管道关于液化管道的中心中心对称，所述液化管道远离子管道的一端设置有弯管，所述弯管伸入到收集瓶中，所述冷却套管套设在液化管道外部。

优选的，所述冷却套管上设置有进液管以及出液管，所述进液管高度低于出液管高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种有机化学实验的分流装置，将待分馏原料倒入到原料瓶中后，通过水浴桶对原料瓶进行加热，温度升高过程中，待分馏原料中的物质会汽化后进入到分馏柱中，在分馏柱的不同高度设置了若干冷却管，可以针对不同的馏分进行开启，从而使不同的馏分进入到不同的收集瓶中进行收集，省去更换收集瓶的过程，提高分馏的效率，而所设置的调节机构可以在针对不同的馏分收集时缩小分馏柱的内部空腔，进一步提高分馏的效率，在收集瓶内设置的折光率检测机构可以对收集瓶内的物质进行折光率的检测，由控制箱对所有的收集瓶的液体的折光率进行对比后，在数显屏上按照折光率大小进行数字显示，从而学生在实验结束后可以根据数显屏的提示立即获悉收集瓶内的馏分液体类别，方便学生进行判别以及检验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种有机化学实验的分馏装置的结构示意图；

图2为本发明的一种有机化学实验的分馏装置的收集瓶的内部结构示意图；

图3为本发明的一种有机化学实验的分馏装置的冷却管的结构示意图；

图中，1为水浴桶，2为原料瓶，3为分馏柱，4为控制箱，5为冷却管，6为收集瓶，7为电磁阀，8为数显屏，9为调节板，10为第一电动推杆，11为红外发射管，12为红外接收管，13为超声波液位计，14为升降板，15为第二电动推杆，16为第三电动推杆，17为磁铁环，18为金属环，19为电加热丝，20为微型电动水轮，21为温度传感器，22为按压按钮，23为扇叶，24为转轴，25为转速传感器，26为冷却套管，27为液化管道，28为主管道，29为子管道，30为弯管，31为进液管，32为出液管。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供一具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1至图3，本发明提供的一种有机化学实验的分馏装置，包括水浴桶1、原料瓶2、分馏柱3、调节机构、馏分收集机构以及控制箱4，所述原料瓶2设置在水浴桶1中，所述分馏柱3与原料瓶2顶部连通，所述调节机构设置在分馏柱3顶部，所述馏分收集机构包括冷却管5、收集瓶6、电磁阀7、数显屏8以及折光率检测机构，所述冷却管5一端与分馏柱3连接，另一端伸入到收集瓶6中，所述电磁阀7设置在冷却管5与分馏柱3的连接处，若干个所述冷却管5与分馏柱3的连接处处于不同的高度，所述折光率检测机构设置在收集瓶6内部，所述数显屏8设置在收集瓶6外壁；所述水浴桶1内设置有加热机构，所述调节机构包括调节板9以及第一电动推杆10，所述调节板9位于分馏柱3内顶部，所述第一电动推杆10设置在分馏柱3顶部外侧，其输出轴伸入到分馏柱3内部，并与调节板9顶面连接，所述控制箱4设置在水浴桶1一侧，并分别与电磁阀7、数显屏8、折光率检测机构、加热机构以及第一电动推杆10电连接。

本发明的一种有机化学实验的分馏装置，用于有机化学实验的教学使用，将待分馏原料添加到原料瓶2中后，将原料瓶2置于水浴桶1中，开启水浴桶1对原料瓶2进行加热，温度升高过程中，原料瓶2中的物质会蒸发变成气态馏分以后进入到分馏柱3中，气态馏分经分馏柱3进入到冷却管5中，在冷却管5的冷却作用下变成液态馏分，并最终流入到收集瓶6中进行收集，从而实现分馏过程。

由于待分馏原料中存在多种馏分，为了提高分馏的效率，本发明在分馏柱3上设置了若干根冷却管5，冷却管5呈向下倾斜的状态，且每根冷却管5所处的高度不同，冷却管5上设置了电磁阀7，用于开启冷却管5通道，初始对水浴桶1进行升温时，温度上升到最低沸点的馏分沸点，此时最上方的冷却管5的电磁阀7打开，其余的电磁阀7关闭，气态馏分经最上方的冷却管5输送到分馏柱3外部进行冷却以及收集，当该馏分收集完毕后，关闭最上方的冷却管5的电磁阀7，对水浴桶1的温度进行提升，开启高度第二的冷却管5的电磁阀7，收集沸点倒数第二低的馏分，以此类推，通过开启不同的电磁阀7，可以实现使不同的馏分经过不同的冷却管5冷却后进入到收集瓶6中，一方面可以提高分馏的整体效率，另一方面可以避免气态馏分与其他的冷却管5接触时与附着在管壁上的其他馏分混合而造成分馏效果不佳。

在开启不同的冷却管5的电磁阀7时，设置在分馏柱3上的第一电动推杆10还会带动调节板9向下移动，使调节板9移动到开启的电磁阀7上方，使分馏柱3内部用于容纳气体的空腔缩小，从而气体到达调节板9时，可以直接进入到冷却管5中，提高分馏的效率。

不同的馏分的折光率不同，在已知原料瓶2中的待分馏原料的组成成分下，可以对应的获取不同组分的折光率，进行相应的排序后可以得到排序表，为保证实验结束后学生可以快速获知收集瓶6中的馏分种类，本发明在收集瓶6中设置了折光率检测机构，折光率检测机构可以对收集瓶6中的馏分的折光率进行检测，并将检测的数据传输给控制箱4，控制箱4根据接收的信息对各收集瓶6中的馏分的折光率进行排序，并在数显屏8上按照从大到小或从小到大的顺序进行数字的显示，根据数显屏8显示的数字与排序表进行对照可以快速判断出收集瓶6中的馏分种类，从而方便学生对馏分进行判别以及检验。

优选的，所述折光率检测机构包括红外发射管11以及若干红外接收管12，所述红外发射管11设置在收集瓶6内壁，所述红外接收管12紧密排列在收集瓶6内部底面上，所述控制箱4分别与红外发射管11以及红外接收管12电连接。

气态馏分经冷却管5冷却后变为液态并进入到收集瓶6中，红外发射管11设置在收集瓶6的内壁上，其高度高于收集瓶6内的液位，本发明所用的收集瓶6型号、尺寸一致，保证折光率检测不会发生偏差，在收集瓶6的内部底面设置了若干朝向红外发射管11的红外接收管12，红外发射管11发出的红外光穿过空气与液态馏分的分界面后进入到液态馏分中，并发生折射，对应的会有一个红外接收管12可以接收到折射的红外光，红外接收管12接收到红外光以后产生电信号发送给控制箱4，本发明在控制箱4内设置了多个单片机，单片机的多个输入引脚与红外接收管12连接，根据接收到电信号的引脚标号可以判断出接收到红外光的红外接收管12的位置，并以此可以计算得到折光率的大小，控制箱4则根据不同收集瓶6中接收到红外光的红外接收管12的位置不同来对所有的液态馏分的折光率进行排序，并在数显屏8上进行显示。

优选的，还包括用于驱动红外发射管11以及所有的红外接收管12进行移动的升降机构，所述折光率检测机构还包括超声波液位计13，所述超声波液位计13设置在收集瓶6内部，所述控制箱4分别与超声波液位计13以及升降机构电连接。

为防止液态馏分液位高度的不同而影响到折光率的计算，在收集完所有的液态馏分后，首先由超声波液位计13对收集瓶6中的液态馏分进行液位高度的检测，并将液位高度发送给控制箱4，控制箱4以液位最低的收集瓶6作为标准瓶，通过驱动升降机构带动其他收集瓶6内的红外发射管11和红外接收管12上升一定的高度，上升的高度为该收集瓶6的液位与标准瓶的液位的差值，从而可以保证每一个收集瓶6中的红外发射管11距离液态馏分顶面的高度相同，保证红外接收管12距离液态馏分顶面的高度相同，保证进行折光率的对比时其他条件相同。

优选的，所述升降机构包括升降板14、第二电动推杆15、第三电动推杆16以及磁铁环17，所述升降板14设置在收集瓶6内部，其侧壁设置有金属环18，所述红外接收管12设置在升降板14上表面，所述磁铁环17套设在收集瓶6外壁，并位于金属环18一侧，所述第二电动推杆15设置在收集瓶6外表面，其输出轴与磁铁环17上表面连接，所述第三电动推杆16设置在收集瓶6内壁，其输出轴与红外发射管11连接，所述控制箱4与第二电动推杆15以及第三电动推杆16电连接。

在调节红外发射管11的高度时，由第三电动推杆16带动红外发射管11上升一定的高度，在调节红外接收管12时，由第二电动推杆15带动磁铁环17上升，磁铁环17带动设置了金属环18的升降板14上升，从而使升降板14上的红外接收管12上升。

优选的，所述加热机构包括电加热丝19，所述电加热丝19设置在水浴桶1内壁上，所述水浴桶1内部设置有微型电动水轮20，所述微型电动水轮20呈三角排列，所述微型电动水轮20所组成的三角形中心与水浴桶1中心重叠，所述控制箱4分别与电加热丝19以及微型电动水轮20电连接。

电加热丝19可以对水浴桶1内的水进行加热，所设置的微型电动水轮20呈三角形排列后，可以使水浴桶1中的水按照顺时针或逆时针方向转动，从而可以保证水的受热均匀，从而可以均匀的传递热量给原料瓶2。

优选的，还包括温度传感器21，所述温度传感器21设置在水浴桶1内壁上，所述控制箱4与温度传感器21电连接。

所设置的温度传感器21可以检测水浴桶1内的水温，并将温度信息传输给控制箱4，控制箱4根据温度信息调节水浴桶1内的电加热丝19的功率。

优选的，还包括按压按钮22，所述按压按钮22设置在分馏柱3内壁上，并位于冷却管5与分馏柱3的连接处上方，所述控制箱4与按压按钮22电连接。

第一电动推杆10在带动调节板9下降时，会与按压按钮22接触，使按压按钮22被触发，按压按钮22产生电信号并发送给控制箱4后，控制箱4可以停止第一电动推杆10的驱动，并同时开启按压按钮22处的电磁阀7的开启，每一个按压按钮22对应一个冷却管5，按压按钮22作为第一电动推杆10的停止信号以及电磁阀7的开启信号。

优选的，还包括蒸气检测机构，所述蒸气检测机构包括扇叶23、转轴24以及转速传感器25，所述转轴24一端与调节板9底面连接，另一端设置有扇叶23，所述转速传感器25设置在转轴24上，所述控制箱4与转速传感器25电连接。

当对原料瓶2进行加温时，待分馏原料内的馏分蒸发后进入到分馏柱3中，当气态馏分与扇叶23接触时，会使扇叶23以转轴24为轴转动，此时转速传感器25可以检测到转速信息并发送给控制箱4，控制箱4根据扇叶23是否转动来判断是否有气态馏分的产生，当扇叶23停止转动后，控制箱4可以控制第一电动推杆10带动调节板9下降到下一个冷却管5处，并控制电加热丝19提高加热功率。

优选的，所述冷却管5包括冷却套管26、液化管道27以及输气管道，所述输气管道包括主管道28以及子管道29，所述主管道28一端与分馏柱3连接，另一端与子管道29连接，所述子管道29远离主管道28的一端沿液化管道27外壁切线方向伸入到液化管道27内，所述子管道29关于液化管道27的中心中心对称，所述液化管道27远离子管道29的一端设置有弯管30，所述弯管30伸入到收集瓶6中，所述冷却套管26套设在液化管道27外部，所述冷却套管26上设置有进液管31以及出液管32，所述进液管31高度低于出液管32高度。

为保证气态馏分在冷却管5内的均匀冷却，对气态馏分的输气管道进行了相应的改进，气态馏分从分馏柱3会先进入到主管道28中，然后经过两个子管道29进入到液化管道27，其中两个子管道29的一端与液化管道27的外壁相切设置，并且子管道29以液态管道的中心旋转180后可以与另一个子管道29重叠，因此两个子管道29的朝向相反，气态馏分通过子管道29进入到液化管道27内时，由于方向不同，会在液化管道27内形成旋流，通过进液管31和出液管32向冷却套管26内输送制冷剂时，可以对液化管道27内旋转输送的气态馏分进行均匀的冷却。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机化学实验的分馏装置，其特征在于，包括水浴桶、原料瓶、分馏柱、调节机构、馏分收集机构以及控制箱，所述原料瓶设置在水浴桶中，所述分馏柱与原料瓶顶部连通，所述调节机构设置在分馏柱顶部，所述馏分收集机构包括冷却管、收集瓶、电磁阀、数显屏以及折光率检测机构，所述冷却管一端与分馏柱连接，另一端伸入到收集瓶中，所述电磁阀设置在冷却管与分馏柱的连接处，若干个所述冷却管与分馏柱的连接处处于不同的高度，所述折光率检测机构设置在收集瓶内部，所述数显屏设置在收集瓶外壁；所述水浴桶内设置有加热机构，所述调节机构包括调节板以及第一电动推杆，所述调节板位于分馏柱内顶部，所述第一电动推杆设置在分馏柱顶部外侧，其输出轴伸入到分馏柱内部，并与调节板顶面连接，所述控制箱设置在水浴桶一侧，并分别与电磁阀、数显屏、折光率检测机构、加热机构以及第一电动推杆电连接。

2.根据权利要求1所述的一种有机化学实验的分馏装置，其特征在于，所述折光率检测机构包括红外发射管以及若干红外接收管，所述红外发射管设置在收集瓶内壁，所述红外接收管紧密排列在收集瓶内部底面上，所述控制箱分别与红外发射管以及红外接收管电连接。

3.根据权利要求2所述的一种有机化学实验的分馏装置，其特征在于，还包括用于驱动红外发射管以及所有的红外接收管进行移动的升降机构，所述折光率检测机构还包括超声波液位计，所述超声波液位计设置在收集瓶内部，所述控制箱分别与超声波液位计以及升降机构电连接。

4.根据权利要求3所述的一种有机化学实验的分馏装置，其特征在于，所述升降机构包括升降板、第二电动推杆、第三电动推杆以及磁铁环，所述升降板设置在收集瓶内部，其侧壁设置有金属环，所述红外接收管设置在升降板上表面，所述磁铁环套设在收集瓶外壁，并位于金属环一侧，所述第二电动推杆设置在收集瓶外表面，其输出轴与磁铁环上表面连接，所述第三电动推杆设置在收集瓶内壁，其输出轴与红外发射管连接，所述控制箱与第二电动推杆以及第三电动推杆电连接。

5.根据权利要求1所述的一种有机化学实验的分馏装置，其特征在于，所述加热机构包括电加热丝，所述电加热丝设置在水浴桶内壁上，所述水浴桶内部设置有微型电动水轮，所述微型电动水轮呈三角排列，所述微型电动水轮所组成的三角形中心与水浴桶中心重叠，所述控制箱分别与电加热丝以及微型电动水轮电连接。

6.根据权利要求1所述的一种有机化学实验的分馏装置，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器设置在水浴桶内壁上，所述控制箱与温度传感器电连接。

7.根据权利要求1所述的一种有机化学实验的分馏装置，其特征在于，还包括按压按钮，所述按压按钮设置在分馏柱内壁上，并位于冷却管与分馏柱的连接处上方，所述控制箱与按压按钮电连接。

8.根据权利要求1所述的一种有机化学实验的分馏装置，其特征在于，还包括蒸气检测机构，所述蒸气检测机构包括扇叶、转轴以及转速传感器，所述转轴一端与调节板底面连接，另一端设置有扇叶，所述转速传感器设置在转轴上，所述控制箱与转速传感器电连接。

9.根据权利要求1所述的一种有机化学实验的分馏装置，其特征在于，所述冷却管包括冷却套管、液化管道以及输气管道，所述输气管道包括主管道以及子管道，所述主管道一端与分馏柱连接，另一端与子管道连接，所述子管道远离主管道的一端沿液化管道外壁切线方向伸入到液化管道内，所述子管道关于液化管道的中心中心对称，所述液化管道远离子管道的一端设置有弯管，所述弯管伸入到收集瓶中，所述冷却套管套设在液化管道外部。

10.根据权利要求9所述的一种有机化学实验的分馏装置，其特征在于，所述冷却套管上设置有进液管以及出液管，所述进液管高度低于出液管高度。

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