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消化爐熱傳導(dǎo)介質(zhì)對消化質(zhì)量的影響
日期：2024-11-23 02:53
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摘要：
消化爐熱傳導(dǎo)介質(zhì)對消化質(zhì)量的影響
消化爐在實驗室里是個耗能大戶，且又決定了定氮的質(zhì)量，如何降低耗能而又滿足消化的要**選擇消化爐的要考慮的。一個鋁錠或石墨20孔的消化爐功率一般都在3500W左右，（沛歐石英輻射消化爐功率僅僅2200W）。目前國內(nèi)市場上供應(yīng)的消化爐加熱均通過電加熱，而熱傳導(dǎo)是通過介質(zhì)傳導(dǎo)到消化管，所以不同的介質(zhì)對消化爐的品質(zhì)和能耗有直接關(guān)系，在此我們討論一下消化爐熱傳導(dǎo)介質(zhì)對消化質(zhì)量的影響。（假設(shè)消化爐保溫性都是良好的）。
1 鋁錠為傳導(dǎo)介質(zhì)的消化爐
優(yōu)點：鋁錠熱傳導(dǎo)較快（導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)237W/mK)，導(dǎo)熱系數(shù)高使得樣品間溫差較小。如果有足夠體積的鋁錠，就能保障樣品溫度的穩(wěn)定性減小溫度波動，且即便和硫酸接觸便生成密致的硫酸鋁層，不會深入鋁錠內(nèi)部，所以鋁錠也是很好的防腐的選擇。
缺點：鋁錠是通過熱的接觸傳導(dǎo)，要溫度恒定必須有足夠大的體積（薄薄一片鋁錠效果較差）電加熱產(chǎn)生的可見光和近紅外光都沒有利用，所以熱能利用效率低，能耗較高。
由于鋁錠的穩(wěn)定性和樣品間溫差較小。受到市場的認(rèn)可。（加熱方式和鋁錠的大小都會影響消化爐的質(zhì)量，在此不做討論）
2 石墨為傳導(dǎo)介質(zhì)的消化爐
優(yōu)點：同體積鋁錠價格是石墨的3倍，所以石墨消化爐成本低得明顯。
缺點：由于石墨非金屬特性即熱傳導(dǎo)慢（導(dǎo)熱系數(shù)只有129W/m.k，比鋁錠237W/m.k低多了。),且石墨導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，更使得介質(zhì)上面的消化管溫度不一，溫差大，容易掛壁，影響消化質(zhì)量。所以石墨一般在200度以下作為傳導(dǎo)介質(zhì)尚可，畢竟有價格優(yōu)勢，400度以上石墨導(dǎo)熱系數(shù)明顯下降，石墨的缺點明顯顯現(xiàn)。價格優(yōu)勢的代價是消化質(zhì)量明顯下降，掛壁嚴(yán)重。
3 紅外石英輻射消化爐
石英加熱元件采用珠光乳白石英管配用電熱材料，具有優(yōu)良可靠的遠(yuǎn)紅外輻射特性,通電后,電阻絲發(fā)出的紅外光波與可見光波中97％被乳白管所阻擋吸收，使石英管壁溫度升高產(chǎn)生硅氧鍵分子振動輻射出遠(yuǎn)紅外光波,這樣使97％可見光和近紅外光可轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)紅外輻射?？朔藛渭兪褂猛该魇⒉Ａ淼耐高^可見和近紅外的弊端,從而有效地使電能轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)紅外光波。
靠熱輻射來加熱樣品，特點是：升溫快，樣品間溫差小、傳導(dǎo)極快，溫控準(zhǔn)確。一般應(yīng)用于有高要求樣品的消化，例：牛奶、食品、飼料、保健品等容易掛壁的樣品。例如：有較快的升溫和降溫速度。程序升溫可以根據(jù)樣品的特點來選擇升溫曲線，有利高質(zhì)量樣品的消化，從而杜絕樣品的掛壁現(xiàn)象、進(jìn)而使得樣品消化效率的大大提高，
優(yōu)點：樣品間溫差小，由于采用熱輻射使得消化管間溫差變小。
溫度控制性能優(yōu)良：由于石英輻射熱慣性小，在溫控時溫度超調(diào)小，能使?fàn)t溫盡快達(dá)到目的溫度，這是鋁錠和石墨介質(zhì)無法媲美的。
減低能耗：由于鋁錠或石墨通過接觸傳導(dǎo)，且大量的可見和近紅外光不能利用，使得能量浪費，而石英輻射利用了97%的可見和近紅外光波轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)紅外光波輻射，電、熱能轉(zhuǎn)換效率高。
由于石英化學(xué)特性穩(wěn)定，即便和硫酸接觸不會影響石英的功能，具有高品質(zhì)的防腐性能，延長電加熱絲的使用壽命。而石墨的熱慣性大而使得溫度超調(diào)大，那么電阻絲的表面溫度和石墨溫差很大，使得電阻絲壽命短，容易斷。石英的一定的溫度下產(chǎn)生輻射的特性決定了電阻絲表面溫度的限定，使得消化管和電阻絲溫差很小，電阻絲壽命明顯延長。
缺點：由于珠光乳白石英管加工要求高，且生產(chǎn)成本較高，但由于使用成本很低（相比較鋁錠和石墨）從長時間看石英輻射加熱性價比很高，用戶接受度越來越高。
消化爐在實驗室里是個耗能大戶，且又決定了定氮的質(zhì)量，如何降低耗能而又滿足消化的要**選擇消化爐的要考慮的。一個鋁錠或石墨20孔的消化爐功率一般都在3500W左右，（沛歐石英輻射消化爐功率僅僅2200W）。目前國內(nèi)市場上供應(yīng)的消化爐加熱均通過電加熱，而熱傳導(dǎo)是通過介質(zhì)傳導(dǎo)到消化管，所以不同的介質(zhì)對消化爐的品質(zhì)和能耗有直接關(guān)系，在此我們討論一下消化爐熱傳導(dǎo)介質(zhì)對消化質(zhì)量的影響。（假設(shè)消化爐保溫性都是良好的）。
1 鋁錠為傳導(dǎo)介質(zhì)的消化爐
優(yōu)點：鋁錠熱傳導(dǎo)較快（導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)237W/mK)，導(dǎo)熱系數(shù)高使得樣品間溫差較小。如果有足夠體積的鋁錠，就能保障樣品溫度的穩(wěn)定性減小溫度波動，且即便和硫酸接觸便生成密致的硫酸鋁層，不會深入鋁錠內(nèi)部，所以鋁錠也是很好的防腐的選擇。
缺點：鋁錠是通過熱的接觸傳導(dǎo)，要溫度恒定必須有足夠大的體積（薄薄一片鋁錠效果較差）電加熱產(chǎn)生的可見光和近紅外光都沒有利用，所以熱能利用效率低，能耗較高。
由于鋁錠的穩(wěn)定性和樣品間溫差較小。受到市場的認(rèn)可。（加熱方式和鋁錠的大小都會影響消化爐的質(zhì)量，在此不做討論）
2 石墨為傳導(dǎo)介質(zhì)的消化爐
優(yōu)點：同體積鋁錠價格是石墨的3倍，所以石墨消化爐成本低得明顯。
缺點：由于石墨非金屬特性即熱傳導(dǎo)慢（導(dǎo)熱系數(shù)只有129W/m.k，比鋁錠237W/m.k低多了。),且石墨導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，更使得介質(zhì)上面的消化管溫度不一，溫差大，容易掛壁，影響消化質(zhì)量。所以石墨一般在200度以下作為傳導(dǎo)介質(zhì)尚可，畢竟有價格優(yōu)勢，400度以上石墨導(dǎo)熱系數(shù)明顯下降，石墨的缺點明顯顯現(xiàn)。價格優(yōu)勢的代價是消化質(zhì)量明顯下降，掛壁嚴(yán)重。
3 紅外石英輻射消化爐
石英加熱元件采用珠光乳白石英管配用電熱材料，具有優(yōu)良可靠的遠(yuǎn)紅外輻射特性,通電后,電阻絲發(fā)出的紅外光波與可見光波中97％被乳白管所阻擋吸收，使石英管壁溫度升高產(chǎn)生硅氧鍵分子振動輻射出遠(yuǎn)紅外光波,這樣使97％可見光和近紅外光可轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)紅外輻射?？朔藛渭兪褂猛该魇⒉Ａ淼耐高^可見和近紅外的弊端,從而有效地使電能轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)紅外光波。
靠熱輻射來加熱樣品，特點是：升溫快，樣品間溫差小、傳導(dǎo)極快，溫控準(zhǔn)確。一般應(yīng)用于有高要求樣品的消化，例：牛奶、食品、飼料、保健品等容易掛壁的樣品。例如：有較快的升溫和降溫速度。程序升溫可以根據(jù)樣品的特點來選擇升溫曲線，有利高質(zhì)量樣品的消化，從而杜絕樣品的掛壁現(xiàn)象、進(jìn)而使得樣品消化效率的大大提高，
優(yōu)點：樣品間溫差小，由于采用熱輻射使得消化管間溫差變小。
溫度控制性能優(yōu)良：由于石英輻射熱慣性小，在溫控時溫度超調(diào)小，能使?fàn)t溫盡快達(dá)到目的溫度，這是鋁錠和石墨介質(zhì)無法媲美的。
減低能耗：由于鋁錠或石墨通過接觸傳導(dǎo)，且大量的可見和近紅外光不能利用，使得能量浪費，而石英輻射利用了97%的可見和近紅外光波轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)紅外光波輻射，電、熱能轉(zhuǎn)換效率高。
由于石英化學(xué)特性穩(wěn)定，即便和硫酸接觸不會影響石英的功能，具有高品質(zhì)的防腐性能，延長電加熱絲的使用壽命。而石墨的熱慣性大而使得溫度超調(diào)大，那么電阻絲的表面溫度和石墨溫差很大，使得電阻絲壽命短，容易斷。石英的一定的溫度下產(chǎn)生輻射的特性決定了電阻絲表面溫度的限定，使得消化管和電阻絲溫差很小，電阻絲壽命明顯延長。
缺點：由于珠光乳白石英管加工要求高，且生產(chǎn)成本較高，但由于使用成本很低（相比較鋁錠和石墨）從長時間看石英輻射加熱性價比很高，用戶接受度越來越高。
以下三種介質(zhì)對消化爐質(zhì)量的影響
SKD-20S2紅外石英消化爐 | 鋁錠介質(zhì)消化爐 | 石墨介質(zhì)消化爐 | |
加熱功率（W） | 2200 | 3500 | 3500 |
升溫速度（400度） | 20分 | 35-40分 | 35-40分 |
保溫功率 | 50%-80%額定功率 | 70%-100%額定功率 | 70%-100%額定功率 |
熱傳導(dǎo)系數(shù)(考察孔間溫差） | 沒有傳導(dǎo)延遲 | 237W/mk | 129W/mk（隨溫度升高而下降） |
溫度均勻性 | 紅外輻射，均勻 | 均勻 | 不均勻（傳導(dǎo)溫度低） |
能耗 | 節(jié)能40% | 較好能 | 耗能 |
溫控方式 | 程序升溫 | 直接到目標(biāo)溫度 | 直接到目標(biāo)溫度 |
介質(zhì)價格/m2 | ------- | 4.6萬RMB | 2萬RMB |
溫度控制精度 | **，超調(diào)小 | **，超調(diào)不大 | 超調(diào)大，精度低 |
