CN211652276U - 共沉淀装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种共沉淀装置，其包括多个反应模块以及对所述反应模块的工作过程进行监测和控制并产生状态信息的多个反应控制模块；所述反应模块和所述反应控制模块的数量相同，所述一个反应控制模块对一个所述反应模块进行监测和控制；所述共沉淀装置还包括总体控制模块，所述总体控制模块接收来自所述反应控制模块的状态信息，根据所述状态信息对所述反应控制模块中的至少一个施加控制指令，所述总体控制模块还控制所述共沉淀装置的开启和关闭。通过采用上述技术方案，共沉淀装置能够同时对多组尿液进行前处理，提高了尿液前处理的工作效率的同时避免了操作人员忍受尿液的异味和试剂产生的酸雾，也降低了操作人员的劳动强度。

Description

共沉淀装置

技术领域

本实用新型涉及液体实验装置领域，特别涉及一种共沉淀装置。

背景技术

在核工业领域，乏燃料后处理过程中的工作人员长期处于放射性核素的辐射环境中，放射性核素产生的射线会对人体细胞产生损伤，可能会导致癌症发病率的上升。

因此，需要对乏燃料后处理过程中的工作人员体内的照射剂量进行估算。放射性核素会随人体的代谢从尿液中排出，现有的照射剂量估算的方法是采集工作人员的尿液，对尿液进行分析，对尿液进行分析一般可以分为四个步骤：1.样品前处理；2.化学分离和纯化；3.电沉积制源；4.测量。其中，样品前处理的过程包括加热消解和搅拌共沉淀两个步骤。

样品前处理的具体步骤参考中华人民共和国核工业部批准的《尿中钚的分析方法》，具体过程如下：取750mL尿样，加入浓HNO₃ 10mL、5mL 30％H₂O₂，在加热炉上加热煮沸，保持20min，转入80±5℃恒温水浴中，加入浓H₃PO₄ 2mL，搅拌，在转速1000～1500rpm中加入氨水，调节pH值至8～9后，搅拌20min，静置沉淀。

由于样品前处理的步骤复杂多变，现有的对尿液进行样品前处理的方法是人工进行操作，在操作过程中，操作人员需要忍受尿液及试剂的异味且操作人员无法在保证满足工作要求的前提下同时对多份尿液进行前处理。目前市面上的代替人工进行操作的仪器仅能实现单一功能，例如萃取功能、浓缩功能或净化功能等，无法完整地执行样品前处理的步骤。

因此，现有技术中迫切需要一种能够替代人工进行尿液前处理的共沉淀装置，其能够避免操作人员忍受异味且能够同时在保证满足工作要求的前提下对多组尿液同时进行前处理。

实用新型内容

本实用新型的实施例的目的是提供一种共沉淀装置，所述共沉淀装置包括多个反应模块以及对所述反应模块的工作过程进行监测和控制并产生状态信息的多个反应控制模块；所述反应模块和所述反应控制模块的数量相同，所述一个反应控制模块对一个所述反应模块进行监测和控制；所述共沉淀装置还包括总体控制模块，所述总体控制模块接收来自所述反应控制模块的状态信息，根据所述状态信息对所述反应控制模块中的至少一个施加控制指令，所述总体控制模块还控制所述共沉淀装置的开启和关闭。

根据本实用新型的实施例，所述多个反应控制模块中的任一个被设置成能够控制所述多个反应模块中的任一个。

根据本实用新型的实施例，所述多个反应控制模块中的每一个设置成彼此独立地操作。

根据本实用新型的实施例，所述反应模块包括反应釜以及与设置在所述反应釜底部的反应炉。

根据本实用新型的实施例，所述反应釜包括反应容器以及容器塞，所述反应容器设置有进液口；所述容器塞设置在所述反应容器的进液口，所述容器塞上贯穿设置有总引流管。

根据本实用新型的实施例，所述总引流管包括用于引流不同试剂的多根引流管。

根据本实用新型的实施例，所述反应控制模块包括与所述反应炉电连接的温度控制单元、通过所述引流管向所述反应模块中添加试剂的试剂添加单元，所述试剂添加单元、设置在所述反应炉内的搅拌单元、贯穿设置在所述容器塞上的pH检测单元以及贯穿设置在所述容器塞上的中和滴定单元。

根据本实用新型的实施例，所述反应控制模块还包括：对所述反应模块的工作过程进行监测和报警的报警单元。

根据本实用新型的实施例，所述容器塞还包括：贯穿所述容器塞并伸入所述待测液体中的温度探测件，所述温度探测件与所述报警单元以及所述温度控制单元通信连接。

根据本实用新型的实施例，所述总体控制模块包括与每一个所述反应控制模块的温度控制单元通信连接的总体温度控制单元、与每一个所述反应控制模块的试剂添加单元通信连接的试剂添加控制单元、与每一个所述反应控制模块的搅拌单元通信连接的搅拌控制单元、与每一个所述反应控制模块的pH检测单元通信连接的pH检测控制单元以及与每一个所述反应控制模块的中和滴定单元通信连接的中和滴定控制单元。

根据本实用新型的实施例，所述总体控制模块还包括：与每一个所述反应控制模块的报警单元通信连接的总体报警单元。

根据本实用新型的实施例，所述总体控制模块通过PLC系统及PID系统与所述多个反应控制模块通信连接。

通过采用上述技术方案，本实用新型主要有以下技术效果：

1.通过设置多个反应模块能够同时对多组尿液进行前处理，提高了尿液前处理的处理效率；

2.多个反应控制模块中的任一个被设置成能够控制多个反应模块中的任一个，能够提高反应控制模块的兼容性，从而提高了共沉淀装置的兼容性；

3.总体控制模块与反应控制模块之间通过PLC和PID系统相连，操作人员可以通过总体控制模块便捷的同时控制至少一个反应模块的的反应过程，提高了共沉淀装置的可靠性和灵活性。

附图说明

图1为根据本实用新型的实施例的共沉淀装置的示意图；

图2为根据本实用新型的实施例的反应模块的示意图。

图中：1、反应模块；11、反应釜；111、反应容器；112、容器塞；1121、温度探测件；1122、玻璃pH电极；113、总引流管；12、反应炉。

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本实用新型的具体实施方式。

参照图1，本实用新型公开了一种共沉淀装置，其包括：多个反应模块1、对反应模块1的工作过程进行监测和控制并产生状态信息的多个反应控制模块以及总体控制模块。其中，反应控制模块和反应模块1的数量相同，一个反应控制模块对一个反应模块1进行监测和控制。总体控制模块接收反应控制模块的状态信息，总体控制模块根据状态信息对反应控制模块中的至少一个施加控制指令，总体控制模块还控制共沉淀装置的开启和关闭。

通过设置多个反应模块1与多个反应控制模块，共沉淀装置能够同时处理多组尿液，提升了共沉淀装置的工作效率。总体控制模块对反应控制模块进行控制，操作人员能够通过总体控制模块监测和控制每一个反应控制模块及其所控制的反应模块1的工作状态。其中，上述多个反应控制模块中的任一个被设置成能够控制多个反应模块1中的一个，通过上述设置，操作人员可以将任一反应模块1和任一反应控制模块相连，提高了反应控制模块的兼容性和操作弹性。同时，若某一反应控制模块出现故障，操作人员将出现故障的反应控制模块连接的反应模块1连接至任一能够正常工作的反应控制模块，保证共沉淀反应继续进行；同样地，若反应模块1出现故障，操作人员将故障的反应模块1取下，更换其他的反应模块1与反应控制模块相连执行共沉淀工作过程。

请一并参照图2，为执行共沉淀工作过程，反应模块1包括反应釜11和反应炉12，其中，反应釜11中盛装有需要进行共沉淀处理的液体，反应炉12设置在反应釜11底部，反应炉12对反应釜11中的液体进行加热消解。

反应釜11包括反应容器111和容器塞112，其中，反应容器111用于盛装液体，反应容器111上设置有进液口，容器塞112设置在反应容器111的进液口处。共沉淀过程中，反应容器111中的液体会加热至沸腾且液体需要进行搅拌，在搅拌过程中为防止液体从反应容器111中飞出且防止尿液中易挥发成分对环境的污染，在反应容器111的进液口处设置有容器塞112。在此对反应容器111的种类不作限定，优选地，为了提高共沉淀装置的兼容性，本实施例中的反应容器111为2L烧杯，采用烧杯作为反应容器111提高了共沉淀装置的兼容性，为避免交叉污染，反应容器111通常为一次性使用，在实验室中普遍使用的2L烧杯作为反应容器111也能满足一次使用的要求，操作人员向烧杯中添加液体的操作简便，同时，在共沉淀装置工作过程中，烧杯是透明的，可以直接观测烧杯中液体的消解过程。在此对容器塞112的材料不作限定，优选地，由于共沉淀装置在进行中和滴定之前会向反应容器111的液体中加入酸性试剂，因此本实施例中的容器塞112选用特氟龙(聚四氟乙烯)塞，特氟龙塞具有耐高温和耐强酸腐蚀的特点，能够满足共沉淀装置的工作要求。容器塞112的顶部设置有总引流管113，试剂通过总引流管113加入反应容器111中，为避免试剂的交叉污染，总引流管113包括用于引流不同试剂的多根引流管。优选地，为提高引流管的使用寿命，本实施例中的引流管也采用防酸防腐蚀性能较好的聚四氟乙烯材料制成。

反应控制模块包括温度控制单元、试剂添加单元、搅拌单元、pH监测单元和中和滴定单元。其中，温度控制单元与反应模块1的反应炉12通信连接，温度控制单元获取反应釜11内液体的温度，通过向反应炉12发送控制信号控制反应炉12对反应釜11中的液体进行加热消解以及恒温水浴等处理；试剂添加单元通过容器塞112顶部的引流管向反应釜11中添加试剂；搅拌单元设置在反应炉12内，优选地，本实施例中的搅拌单元为磁力搅拌组件，磁力搅拌组件耦合在反应炉12内，磁力搅拌组件对反应釜11内的液体进行搅拌；pH检测单元检测反应釜11内液体的pH值，并将pH值传输至中和滴定单元中，中和滴定单元根据pH值控制中和滴定过程。在此对pH检测单元不作限定，优选地，本实施例中的pH检测单元包括贯穿设置在容器塞112上的玻璃pH电极1122以及和玻璃pH电极1122通信连接的pH控制器，pH控制器读取玻璃pH电极1122测得的pH值并传输至中和滴定单元，中和滴定单元通过向液体中加入氨水调节液体的pH值。

优选地，本实施例中的反应控制模块还包括报警单元，报警单元监测反应模块1中的工作过程，在反应模块1中的液体出现意外情况时，报警单元进行报警并停止该反应模块1的运行。上述意外情况包括反应模块1中的液位异常、温度异常和/或pH值异常，还包括反应釜11碎裂等反应模块1的非正常运行情况。

为了对多个反应控制模块进行控制，总体控制模块对应反应控制模块中的不同单元设置了对应的控制单元进行控制，因此，总体控制模块包括与每一个反应控制模块的温度控制单元通信连接的总体温度控制单元、与每一个反应控制模块的试剂添加单元通信连接的试剂添加控制单元、与每一个反应控制模块的搅拌单元通信连接的搅拌控制单元、与每一个反应控制模块的pH检测单元通信连接的pH检测控制单元以及与每一个反应控制模块的中和滴定单元通信连接的中和滴定控制单元。

优选地，本实施例中的总体控制模块还包括与每一个反应控制模块的报警单元通信连接的总体报警单元。总体报警单元获取每一个报警单元的状态信息。

在此对总体控制模块和多个反应控制模块之间的通信连接方式不作限定，优选地，本实施例中的总体控制模块通过PLC(可编程逻辑控制器)系统和PID系统(比例积分微分控制系统)实现总体控制模块和多个反应控制模块之间的通信连接。同样地，反应控制模块也通过PLC系统和PID系统与反应模块1通信连接。

具体地，本实施例中容器塞112上设置有温度探测件1121，温度探测件1121贯穿容器塞112，温度控制模块通过温度变送器获取温度探测件1121测量的温度信息，并将温度信息转化成为标准化信号，本实施例中温度控制模块还包括与温度变送器连接的贴片热电阻，PLC系统通过贴片热电阻和温度变送器获取反应釜11中液体的温度信息并通过温度变送器根据温度信息运算出操作指令传输至PID系统中。PID系统输出4-20mA信号给继电器，继电器控制反应炉的工作过程，即，继电器控制反应炉对反应釜11进行加热以及恒温水浴。反应釜11中的液体进入恒温水浴后，PLC系统向搅拌单元传输操作指令，搅拌单元包括用于对反应釜11中液体进行搅拌的马达和直流电机，PLC系统将操作指令传输至直流电机调速器中，直流电机调速器根据操作指令开启和停止搅拌单元对反应釜11内液体的搅拌。pH检测单元通过pH控制器读取玻璃pH电极1122测量的反应釜11内液体的pH值，并将pH值传输至中和滴定单元，中和滴定单元对试剂添加单元发送操作指令，试剂添加单元向反应釜11中添加试剂，执行中和滴定操作。

优选地，本实施例中的试剂添加单元包括步进电机、添加部件和支架，添加部件与步进电机电连接且与支架可移动地连接，步进电机控制添加部件在支架上进行相互垂直的x轴、y轴和z轴方向的运动。添加部件的一端与引流管相连，步进电机控制添加部件移动至不同试剂存储部件处，添加部件移动至不同的位置时，添加部件的另一端与相应位置的试剂存储部件的出液口对齐，试剂通过添加部件加入至反应釜11中，本实施例中共有八个反应控制模块，每个反应控制模块中的试剂添加模块均为试剂添加通道，即，所有反应控制模块共用同一台步进电机以及添加部件，添加部件中共有八个试剂添加通道，每个试剂添加单元控制对应的试剂添加通道的开闭。本实施例中的试剂包括硝酸溶液、过氧化氢溶液、磷酸溶液以及氨水，其中氨水用于对反应釜11中的液体进行中和滴定。优选地，本实施例中的试剂通过高精度蠕动泵泵送，试剂的加入速率和加入量可以精确调整。

优选地，本实施例中的报警系统包括蜂鸣报警器，PLC系统对共沉淀全过程进行监测，若出现异常情况，例如反应釜11中液体液位异常、温度异常、pH异常和/或反应容器111碎裂时，PLC系统对蜂鸣报警器传输操作指令，蜂鸣报警器发出报警信号。

优选地，本实施例中总体控制模块的PLC系统为人机交互界面，总体控制模块接收反应控制模块中的信息并将其展示在人机交互界面，具体为一显示屏上。操作人员通过该人机交互界面获取每个反应控制模块的状态信息以及对每个反应控制模块具体的参数进行更改，例如，操作人员能够对每种试剂的加入量、加入速度以及加入顺序进行更改，操作人员也能够对加热时间、加热温度、恒温水浴的温度、恒温水浴的时间以及中和滴定的目标pH值进行更改以满足不同的实验需求。

优选地，为保证试剂添加单元添加试剂时不出现位置偏差，试剂添加控制单元的PLC系统选用绝对位置下的SCR(顺控继电器)，向SCR中预设运动参数，SCR根据运动参数带动试剂添加单元进行定点、定速、定时和定量的多轴协同运动。试剂添加单元的位置为绝对位置，避免试剂添加单元在加速和减速运动中产生的运动误差，确保试剂添加单元添加试剂时的精确度以及试剂添加控制单元控制的精确度。

优选地，使用本实施例公开的共沉淀装置对尿液进行处理时，尿液会产生异味且加入的试剂会产生酸雾，为保护操作人员的身体健康，共沉淀装置还设置有外壳，外壳采用防腐蚀性能好的铝制成。共沉淀装置工作时，操作人员不会闻到异味的同时也不会接触酸雾，外壳内设置有通风系统，及时将试剂产生的酸雾排出。

本实施例的具体操作方式如下：操作人员向多个反应容器111中各加入750mL尿液；将多个装有尿液的反应容器111放置在多个反应炉12内，每个反应炉12连接一个反应容器111；通过显示屏设置反应过程的参数并开始共沉淀反应，操作人员可以调节试剂添加单元的运动参数以及反应参数等；反应结束后，操作人员将所有反应容器111从加热炉中取出，弃去上清液，将沉淀物转移至其他容器中；操作人员清洗玻璃pH电极1122和温度探测件1121，清洗完毕后即可开始执行下一批尿液共沉淀过程。

通过采用本实施例中公开的共沉淀装置，能够同时对多组尿液进行共沉淀处理，相比于传统的人工进行共沉淀处理的方法，提高了尿液共沉淀处理的工作效率的同时操作人员无需忍受尿液产生的异味和试剂产生的酸雾，也降低了操作人员的劳动强度。传统的人工进行共沉淀的方法中，操作人员每天完成5个样品的前处理需要250分钟左右，使用本实施例中公开的共沉淀装置自动完成8个样品前处理仅需90分钟且共沉淀装置能够24小时不停机工作，大大提高了样品前处理的工作效率。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (12)

1.一种共沉淀装置，其特征在于，所述共沉淀装置包括：

多个反应模块(1)；以及

多个反应控制模块，所述反应控制模块对所述反应模块(1)的工作过程进行监测和控制并产生状态信息；

所述反应模块(1)和所述反应控制模块的数量相同，所述一个反应控制模块对一个所述反应模块(1)进行监测和控制；

所述共沉淀装置还包括：

总体控制模块，所述总体控制模块接收来自所述反应控制模块的状态信息，根据所述状态信息对所述反应控制模块中的至少一个施加控制指令，所述总体控制模块还控制所述共沉淀装置的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的共沉淀装置，其特征在于：

所述多个反应控制模块中的任一个被设置成能够控制所述多个反应模块(1)中的任一个。

3.根据权利要求1所述的共沉淀装置，其特征在于：

所述多个反应控制模块中的每一个设置成彼此独立地操作。

4.根据权利要求1所述的共沉淀装置，其特征在于：

所述反应模块(1)包括：

反应釜(11)；以及

反应炉(12)，所述反应炉(12)设置在所述反应釜(11)底部。

5.根据权利要求4所述的共沉淀装置，其特征在于：

所述反应釜(11)包括：

反应容器(111)，所述反应容器(111)设置有进液口；以及

容器塞(112)，所述容器塞(112)设置在所述反应容器(111)的进液口，所述容器塞(112)上贯穿设置有总引流管(113)。

6.根据权利要求5所述的共沉淀装置，其特征在于：

所述总引流管(113)包括用于引流不同试剂的多根引流管。

7.根据权利要求5所述的共沉淀装置，其特征在于：

所述反应控制模块包括：

温度控制单元，所述温度控制单元与所述反应炉(12)电连接；

试剂添加单元，所述试剂添加单元通过所述引流管(113)向所述反应模块(1)中添加试剂；

搅拌单元，所述搅拌单元设置在所述反应炉(12)内；

pH检测单元，所述pH检测单元贯穿设置在所述容器塞(112)上；以及

中和滴定单元，所述中和滴定单元贯穿设置在所述容器塞(112)上。

8.根据权利要求7所述的共沉淀装置，其特征在于：

所述反应控制模块还包括：

报警单元，所述报警单元对所述反应模块(1)的工作过程进行监测和报警。

9.根据权利要求8所述的共沉淀装置，其特征在于：

所述容器塞(112)还包括：

温度探测件(1121)，所述温度探测件(1121)贯穿所述容器塞(112)，所述温度探测件(1121)与所述报警单元以及所述温度控制单元通信连接。

10.根据权利要求8所述的共沉淀装置，其特征在于：

所述总体控制模块包括：

总体温度控制单元，所述总体温度控制单元与每一个所述反应控制模块的温度控制单元通信连接；

试剂添加控制单元，所述试剂添加控制单元与每一个所述反应控制模块的试剂添加单元通信连接；

搅拌控制单元，所述搅拌控制单元与每一个所述反应控制模块的搅拌单元通信连接；

pH检测控制单元，所述pH检测控制单元与每一个所述反应控制模块的pH检测单元通信连接；以及

中和滴定控制单元，所述中和滴定控制单元与每一个所述反应控制模块的中和滴定单元通信连接。

11.根据权利要求10所述的共沉淀装置，其特征在于：

所述总体控制模块还包括：

总体报警单元，所述总体报警单元与每一个所述反应控制模块的报警单元通信连接。

12.根据权利要求1至11中任一项权利要求所述的共沉淀装置，其特征在于：

所述总体控制模块通过PLC系统及PID系统与所述多个反应控制模块通信连接。

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