CN211122138U - 智能化学反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能化学反应装置，属于实验用具技术领域。本实用新型包括取样暂存室和反应搅拌室，取样暂存室的顶部安装蠕动泵，蠕动泵下方的空腔内放置有放置架，放置架上安装有液位传感器，反应搅拌室的顶部安装有光源，光源下方的空腔内放置有自动搅拌器；蠕动泵通过软管分别连接取样试管和反应容器。本实用新型利用蠕动泵取样样品，取样精准度高；利用自动搅拌器、定时器和液位传感器，自动取样和存放，节省人力物力；利用的取样方法，取样时间可控且取样时间合理。

Description

智能化学反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种智能化学反应装置，属于实验用具技术领域。

背景技术

目前，在化学实验中的取样方式多为人工取样，会增加研究人员的工作量，甚至无法完成实验，比如在实验中要求取样的时间过长(如一个反应过程超过24小时)，取样间隔较短(如要求取样间隔短于10秒)或间隔为连续但较不均匀的时间点(如化学反应速度随时间变化)等。此外，还有一些化学实验的反应条件对人体有明显危害，如有害射线和辐射，紫外光灯照射，强光照射，微波辐射等条件，因此亟需自动化的化学实验装置。但是目前的设备还无法达到这一目的。主要原因就是化学实验装置没有将化学实验原理与模型进行耦合。此外由于缺乏对化学实验的了解，而无法开发相应的实验装置，具体如下：

(1)现有的实验装置一般是采用取样针的方式，通过在反应器中吸取样品，转移到一定的容器中，此外还可以通过多通道阀门的切换达到取样的目的。但是不管使用哪种方式，都存在取样器中样品残留的问题，从而导致再次取样时的样品的污染，从而直接影响实验的精度。即使是在取样过后使用清洗液进行清洗，也无法完全保证整个管路中既不存在残留反应样品也不存在残留的清洗液。

(2)样品转移过程或样品接收装置采用较为复杂的机械装置如转盘或三维移动机构等，增加了样品取样的死时间即用于机械装置运动而不能用于监控反应的时间，使反应过程中取样的间隔时间变长，不利于考察化学反应的初始也是最关键的阶段。

(3)实验中的取样量难以控制，目前可以使用柱塞泵或定量环的方式，都比较容易受到残留液体的污染，此外定量环的体积一般较小，不利于样品体积较大的实验。

(4)样品在收集之后需要一定的条件进行保存，特别是避光、温度、气氛等条件，目前少有相应的设备。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提出了一种智能化学反应装置，可以实现定时取样、取样精度高、取样后自动放置，且取样时间合理的效果。

本实用新型所述的智能化学反应装置，包括外壳，以及位于外壳内并通过隔板分割而成的取样暂存室和反应搅拌室，取样暂存室的顶部安装有若干规则排列的蠕动泵，蠕动泵下方的空腔内放置有至少一个放置架，放置架上安装有若干个用于检测取样试管液位的液位传感器，取样暂存室的侧部设置有密封门Ⅰ，密封门Ⅰ上设置有观察窗Ⅰ；反应搅拌室的顶部安装有由若干UV灯和若干日光灯构成的光源，光源下方的空腔内放置有自动搅拌器，自动搅拌器包括水浴容器，以及位于水浴容器内加热管和温度传感器，水浴容器内放置有反应容器，反应搅拌室的侧部设置有密封门Ⅱ，密封门Ⅱ上设置有观察窗Ⅱ，以及便于移液枪插入的弹性阀；蠕动泵通过软管分别连接取样试管和反应容器，软管通过位于取样暂存室侧壁上的管卡固定在反应容器上方；外壳的外表面设置有定时显示板。

优选地，所述定时显示板包括控制器和定时器，控制器分别连接自动搅拌器、光源、蠕动泵、定时器和液位传感器，控制器控制自动搅拌器的搅拌速度和时长，控制光源的开关时间和时长；控制器通过定时器依次令蠕动泵的开启，并通过液位传感器反馈至控制器令蠕动泵关闭。

优选地，所述外壳侧部开设有气管Ⅰ和气管Ⅱ，气管Ⅰ连接至取样暂存室的外接头Ⅰ，气管Ⅱ连接至反应搅拌室的外接头Ⅱ，气管Ⅰ和气管Ⅱ分别与气体的进气管路相连，气管Ⅰ、气管Ⅱ与进气管路之间开设有单向阀。

优选地，所述自动搅拌器的水浴容器的侧壁上还开设有循环口Ⅰ、循环口Ⅱ，水浴容器通过循环口Ⅰ和循环口Ⅱ连接至温控器。

优选地，所述蠕动泵包括泵体、入液口和出液口，泵体通过挤压令管体样品沿入液口向出液口方向运动；每个蠕动泵对应一个取样试管，至少一个蠕动泵对应一个定时器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的智能化学反应装置，利用蠕动泵取样样品，取样精度高；利用自动搅拌器、定时器、液位传感器，分别在搅拌环节、取样环节和存储环节节省人力物力。

附图说明

图1是本实用新型装置的剖视图。

图2是取样暂存室的敞开状态的左视图。

图3是取样暂存室的关闭状态的左视图。

图4是反应搅拌室的敞开状态的主视图。

图5是反应搅拌室的关闭状态的主视图。

图6是本实用新型装置的原理连接图。

图7是本实用新型装置的蠕动泵剖视图。

图中：1、外壳；11、定时显示板；12、气管Ⅰ；13、气管Ⅱ；2、隔板；3、取样暂存室；31、外接头Ⅰ；32、蠕动泵；321、泵体；322、入液口；323、出液口；33、液位传感器；34、放置架；35、取样试管；36、观察窗Ⅰ；37、密封门Ⅰ；4、反应搅拌室；41、外接头Ⅱ；42、管卡；43、光源；44、弹性阀；45、移液枪；46、观察窗Ⅱ；47、密封门Ⅱ；48、挂钩；5、自动搅拌器；51、加热管和温度传感器；52、水浴容器；53、反应容器；6、温控器；61、循环口Ⅰ；62、循环口Ⅱ。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图7所示，本实用新型所述的智能化学反应装置，智能化学反应装置，包括外壳1，以及位于外壳1内并通过隔板2分割而成的取样暂存室3和反应搅拌室4，取样暂存室3的顶部安装有若干规则排列的蠕动泵32，蠕动泵32下方的空腔内放置有至少一个放置架34，放置架34上安装有若干个用于检测取样试管35液位的液位传感器33，取样暂存室3的侧部设置有密封门Ⅰ37，密封门Ⅰ37上设置有观察窗Ⅰ36；反应搅拌室4的顶部安装有由若干UV灯和若干日光灯构成的光源43，光源43下方的空腔内放置有自动搅拌器5，自动搅拌器5包括水浴容器52，以及位于水浴容器52内加热管和温度传感器51，水浴容器52内放置有反应容器53，反应搅拌室4的侧部设置有密封门Ⅱ47，密封门Ⅱ47上设置有观察窗Ⅱ46，以及便于移液枪45插入的弹性阀44；蠕动泵32通过软管分别连接取样试管35和反应容器53，软管通过位于取样暂存室3侧壁上的管卡42固定在反应容器53上方；外壳1的外表面设置有定时显示板11。

本实用新型的原理是：所述定时显示板11包括控制器和定时器，控制器分别连接自动搅拌器5、光源43、蠕动泵32、定时器和液位传感器33，控制器控制自动搅拌器5的搅拌速度和时长，控制光源43的开关时间和时长；控制器通过定时器依次令蠕动泵32的开启，并通过液位传感器33反馈至控制器令蠕动泵32关闭。

首先，关于外壳1，如图1所示。外壳1整体呈长方体设置，在长方体顶部安装有定时显示板11，定时显示板11内置有控制器和定时器。外壳1内部设置有隔板2，通过隔板2一分为多，至少包括两个腔体，即至少包括取样暂存室3和反应搅拌室4。隔板2上开设有若干孔，用于放置连接取样暂存室3和反应搅拌室4的若干软管。在外壳1的侧壁开设有气管Ⅰ12和气管Ⅱ13，用于通入气体，气管Ⅰ12连接至取样暂存室3的外接头Ⅰ31，气管Ⅱ13连接至反应搅拌室4的外接头Ⅱ41；此处的气体可以是氮气、氩气等惰性气体用以保护反应不受氧气的影响，也可以是氧气、氯气等反应气用以控制特定反应条件。

其次，关于取样暂存室3，如图2至图3所示。取样暂存室3位于外壳1的后部，其主要包括蠕动泵32和放置架34。蠕动泵32的优点是可以避免取样过程中样品残留的问题，由于其包括泵体321、入液口322和出液口323，如图7所示，泵体321通过挤压令管体样品沿入液口322向出液口323方向运动，实际上样品不跟蠕动泵32发生过多接触，明显区别于其他驱动泵。放置架34分为两排，每排设置有若干取样试管35，在每个取样试管35对应的放置架34中部安装有一个液位传感器33，即液位传感器33与取样试管35的数量相一致。而蠕动泵32的数量也与取样试管35的数量相一致，要求一个蠕动泵32连接一个取样试管35，一一对应。通过一一对应，取样的蠕动泵32将样品放置到取样试管35后即停止使用，避免软管中残留的样品对于紧接而来的下次取样造成污染。在取样暂存室3的侧部开设有一个比放置有取样试管35的放置架34尺寸还要大的密封门Ⅰ37，为了便于从外部观察取样的状态，密封门Ⅰ37上还开设了一个茶色的透明观察窗。采用茶色的原因是避免外部光源43对于取样试管35内的样品造成影响。

再次，关于反应搅拌室4，如图4至图5所示。反应搅拌室4位于外壳1的前部，其主要包括光源43和自动搅拌器5。光源43为复合式结构，至少包括UV灯和日光灯，满足不同的实验环境需求；光源43位于自动搅拌器5的反应容器53正上方。反应搅拌室4的前面开设有一个密封门Ⅱ47，当需要进行试验反应时，通过关闭密封门Ⅱ47营造密封环境，避免外界干扰。自动搅拌器5通常采用常见的磁搅拌器。自动搅拌器5包括带有温度传感器和加热器的底盘，在底盘上设有水浴容器52。当反应需要不同的反应温度时，通过控制器控制加热器的加热时间来实现。水浴容器52内放置反应容器53，反应容器53内放置有连接蠕动泵32的软管。连接蠕动泵32的软管需要固定于反应容器53的上方，因此在反应搅拌室4的侧壁上设置有两个挂钩48，通过挂钩48固定有一根横向的管卡42，管卡42上设置有若干凹槽，软管通过凹槽的固定作用，由隔板2的水平伸展方向发生变向改为朝向反应容器53的内部。在上面提及的密封门Ⅱ47上，也设置有观察窗Ⅱ46，观察窗Ⅱ46也采用茶色透明玻璃，降低外界光源43对于反应造成的影响。同时，由于实验过程中，需要通过移液枪45加入特定的催化剂，因此在观察窗或者密封门Ⅱ47上向下倾斜开设有弹性阀44，弹性阀44在移液枪45的推动作用下向内开启，在移液枪45抽走后在弹簧作用下复位。弹性阀44的倾斜方向满足，沿倾斜通道移液枪45能伸到反应容器53的正上方。

最后，关于温控器6，如图6所示。在自动搅拌器5本身的加热管满足不了的情况下，利用温控器6实现对于温度的精准调节。尤其是快速实现低温的情况。在自动搅拌器5的水浴容器52侧部开设有循环口Ⅰ61、循环口Ⅱ62，水浴容器52通过循环口Ⅰ61和循环口Ⅱ62连接至温控器6。温控器6根据需要可以通过串口连接至控制器，通过控制器对于温度进行调节。

本实用新型所述的智能化学反应装置的使用过程如下：根据反应类型R、反应时长T、反应程度P和取样点N，设定自动搅拌器的搅拌时间以及对应的温度，设定定时器的取样时间和取样次数，放置架34上的取样试管35通过活动平台移动到对应的蠕动泵32处。例如，第一个取样时间t1到达时，定时器控制对应的蠕动泵32启动，蠕动泵32一端伸入反应容器53内通过入液口322将样品取样至取样试管35中，直至所有取样工作完成；此时，放置架34上的取样试管35存放有各个取样时间的样品，暂存于装置内部，待人员拿取。

需要说明的是：

自动搅拌器5可以选择常见的机械搅拌器。反应容器53通常选择为烧杯。定时器，配合蠕动泵32，定时将需要取样的样品输送到取样试管35中；定时器选择为时间继电器。通过定时器定时取样，取样时间可控且取样时间合理，在取样环节节省人力物力。

当实验完毕，同时打开密封门Ⅰ和密封门Ⅱ，将软管的两端分别从腔体内拉出，将末端全部放置于清水或特定清洗液，如酸碱溶液中，开启蠕动泵反复循环冲洗即可完成清洗工作，简单方便。

本实用新型可广泛运用于实验用具场合，尤其是适用于化学反应实验用具场合。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种智能化学反应装置，其特征在于，包括外壳(1)，以及位于外壳(1)内并通过隔板(2)分割而成的取样暂存室(3)和反应搅拌室(4)，取样暂存室(3)的顶部安装有若干规则排列的蠕动泵(32)，蠕动泵(32)下方的空腔内放置有至少一个放置架(34)，放置架(34)上安装有若干个用于检测取样试管(35)液位的液位传感器(33)，取样暂存室(3)的侧部设置有密封门Ⅰ(37)，密封门Ⅰ(37)上设置有观察窗Ⅰ(36)；反应搅拌室(4)的顶部安装有由若干UV灯和若干日光灯构成的光源(43)，光源(43)下方的空腔内放置有自动搅拌器(5)，自动搅拌器(5)包括水浴容器(52)，以及位于水浴容器(52)内加热管和温度传感器(51)，水浴容器(52)内放置有反应容器(53)，反应搅拌室(4)的侧部设置有密封门Ⅱ(47)，密封门Ⅱ(47)上设置有观察窗Ⅱ(46)，以及便于移液枪(45)插入的弹性阀(44)；蠕动泵(32)通过软管分别连接取样试管(35)和反应容器(53)，软管通过位于取样暂存室(3)侧壁上的管卡(42)固定在反应容器(53)上方；外壳(1)的外表面设置有定时显示板(11)。

2.根据权利要求1所述的智能化学反应装置，其特征在于，所述定时显示板(11)包括控制器和定时器，控制器分别连接自动搅拌器(5)、光源(43)、蠕动泵(32)、定时器和液位传感器(33)，控制器控制自动搅拌器(5)的搅拌速度和时长，控制光源(43)的开关时间和时长；控制器通过定时器依次令蠕动泵(32)的开启，并通过液位传感器(33)反馈至控制器令蠕动泵(32)关闭。

3.根据权利要求1所述的智能化学反应装置，其特征在于，所述外壳(1)侧部开设有气管Ⅰ(12)和气管Ⅱ(13)，气管Ⅰ(12)连接至取样暂存室(3)的外接头Ⅰ(31)，气管Ⅱ(13)连接至反应搅拌室(4)的外接头Ⅱ(41)，气管Ⅰ(12)和气管Ⅱ(13)分别与气体的进气管路相连，气管Ⅰ(12)、气管Ⅱ(13)与进气管路之间开设有单向阀。

4.根据权利要求1所述的智能化学反应装置，其特征在于，所述自动搅拌器(5)的水浴容器(52)的侧壁上还开设有循环口Ⅰ(61)、循环口Ⅱ(62)，水浴容器(52)通过循环口Ⅰ(61)和循环口Ⅱ(62)连接至温控器(6)。

5.根据权利要求1所述的智能化学反应装置，其特征在于，所述蠕动泵(32)包括泵体(321)、入液口(322)和出液口(323)，泵体(321)通过挤压令管体样品沿入液口(322)向出液口(323)方向运动；每个蠕动泵(32)对应一个取样试管(35)，至少一个蠕动泵(32)对应一个定时器。

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