專(zhuān)利名稱(chēng)：Co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及致冷技術(shù)，具體地說(shuō)是CO2帶壓凈化液化的方法及裝置和在區(qū)域致冷上的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
致冷技術(shù)在化工、制藥、分析、加工中都得到廣泛的應(yīng)用，通常采用的致冷劑有空氣、水、冰、氟利昂、液氮、液氧、干冰等(文獻(xiàn)1白經(jīng)天等，化工原料全書(shū)第三分冊(cè)，化工工業(yè)出版社，北京，1993；1009-1019)。從深冷的角度，主要有液氮、液氧、干冰、氟利昂等；液氮、液氧可以冷至-200℃以下，但來(lái)源、輸送都不方便，而且設(shè)備投資和原料價(jià)格昂貴。由于與空氣的溫差大，在運(yùn)輸和使用過(guò)程中保溫要求嚴(yán)格，冷量損失大。氟利昂由于環(huán)保問(wèn)題應(yīng)用受到很大的限制。干冰是液態(tài)CO2減壓相變形成，來(lái)源方便，價(jià)格便宜，致冷可達(dá)-56℃以下，在使用時(shí)對(duì)設(shè)備基本不用什么大的投資，所以干冰作為致冷源被廣泛應(yīng)用，且多采用干冰浴或直接使用。盡管如此，溫度可控制的冷源多采用液氮。
干冰作為致冷劑雖有氣源方便，價(jià)格便宜，幾乎沒(méi)有輔助設(shè)備要求的優(yōu)點(diǎn)，但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的CO2大多從合成氨或氫氣生產(chǎn)過(guò)程中的原料氣、白酒生產(chǎn)的發(fā)酵氣、石灰窯氣和煙道氣中提取和回收。用于化工、焊接、致冷等用途的工業(yè)液體CO2采用GB 6025-85(國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局)的標(biāo)準(zhǔn)，含有水分、礦物油、及其他雜質(zhì)；實(shí)驗(yàn)室采用的CO2多是白酒生產(chǎn)的副產(chǎn)品，內(nèi)含大量的乙醇、水、壓縮機(jī)油和灰塵(文獻(xiàn)1白經(jīng)天等，化工原料全書(shū)第三分冊(cè)，化工工業(yè)出版社，北京，1993；1009-1019)；具體的指標(biāo)參見(jiàn)表1。這些雜質(zhì)在直接放干冰做冷浴時(shí)一般不會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題，但在用于化工、焊接、致冷等用途時(shí)，有時(shí)會(huì)帶來(lái)有害的影響，尤其是可控使用時(shí)，這些雜質(zhì)給控制部分帶來(lái)極大的麻煩這是由于在可控使用時(shí)，液體CO2是被輸送到使用處瞬間減壓，相變成干冰，同時(shí)釋放出大量的冷量；瞬間減壓是通過(guò)閥件或阻力器，CO2內(nèi)含有的大量乙醇、水、壓縮機(jī)油和灰塵等會(huì)對(duì)閥件和阻力器造成堵塞(乙醇、水是由于相變時(shí)驟冷而結(jié)冰)或阻力變化。
表1 液體CO2產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

此外，從CO2的溫-熵圖，即圖1(文獻(xiàn)2Cramer，F(xiàn).，ChemieIngenieut-Technik，1955；27(8/9)，181-197)可以看出CO2的臨界點(diǎn)為31.04℃，壓力為72.85atm；三相點(diǎn)為-56.57℃，壓力為0.518Mpa。因此瓶裝的CO2作為致冷劑受室溫限制在高于31.04℃時(shí)全部以氣體形式存在，隨著溫度的降低，氣瓶中的液體CO2逐漸增多，氣瓶的壓力隨之降低，所以液體CO2作為致冷劑的應(yīng)用受氣瓶溫度影響。目前，氣相CO2帶壓凈化、液化后，控制相變形成干冰作為冷源致冷的技術(shù)尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。
在凈化問(wèn)題上，液體CO2在凈化和運(yùn)送過(guò)程，對(duì)壓力和溫度的變化要求很高，壓力和溫度的變化都很容易引起相變，造成冷量的損失，解決這問(wèn)題在技術(shù)上很困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種受氣瓶溫度影響小，冷量損失少的氣相CO2帶壓凈化液化的方法及其作為區(qū)域致冷源的應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為CO2帶壓凈化液化的方法，其為氣相CO2在壓力不小于4.0Mpa條件下(同時(shí)氣瓶的溫度不應(yīng)低于5℃)凈化，除去有機(jī)物、灰塵和水，然后再于冰-水條件下帶壓液化；為實(shí)現(xiàn)上述方法本發(fā)明設(shè)計(jì)的裝置為其由CO2氣源、壓力計(jì)、內(nèi)裝活性碳的凈化器a、內(nèi)裝硅膠的凈化器b、盤(pán)管和氣體阻力器通過(guò)管道串連而成，其中盤(pán)管置于冰-水浴中，并且在凈化器a和凈化器b的出口均堵塞有燒結(jié)的不銹鋼網(wǎng)；本發(fā)明方法及裝置在區(qū)域致冷上的應(yīng)用，是將液化CO2通過(guò)氣體阻力器驟然減壓，利用液體CO2相變成干冰的同時(shí)釋放出的大量的冷量來(lái)致冷，并達(dá)到可控的目的。
其中所述區(qū)域致冷在作為全二維氣相色譜區(qū)域致冷源應(yīng)用時(shí)取得了較好的效果。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.成本低。CO2致冷技術(shù)在化工、制藥、分析、加工、實(shí)驗(yàn)室研究中都得到廣泛的應(yīng)用，由于干冰來(lái)自于液態(tài)CO2，來(lái)源方便、價(jià)格便宜、致冷可達(dá)-56℃以下、致冷速度快、操作性能良好、在使用時(shí)對(duì)設(shè)備基本不用什么大的投資，所以干冰作為致冷源被廣泛應(yīng)用。
2.應(yīng)用范圍廣。通過(guò)液態(tài)CO2控制相變形成干冰作為區(qū)域性冷源，由于雜質(zhì)和室溫的影響，限制了其應(yīng)用；而本發(fā)明采用氣相高壓CO2帶壓凈化，在冰-水條件下帶壓液化，再通過(guò)阻力器驟然減壓，利用高壓液體CO2相變成干冰的同時(shí)連續(xù)釋放出的大量冷量，使區(qū)域溫度可達(dá)負(fù)的60度以下；并可以通過(guò)改變噴口的大小和阻力的大小，改變致冷區(qū)域的范圍和致冷的效果；并且可以通過(guò)氣瓶的開(kāi)關(guān)或氣路的電磁閥控制致冷。
3.本發(fā)明方法既簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，又方便可行。
4.本發(fā)明被用做全二維氣相色譜的區(qū)域致冷源，可得到很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。


圖1為CO2的溫-熵圖。
圖2為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為CO2的壓-焓圖。
圖4為本發(fā)明噴口附近區(qū)域溫度的分布圖。
圖5為全二維氣相色譜分析工作過(guò)程示意圖。
圖6為三苯分離色譜圖。
圖7為汽油分離色譜圖。
圖8為汽油分離的局部放大色譜圖1。
圖9為汽油分離的局部色譜圖2。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例為了解決雜質(zhì)和外界溫度對(duì)使用的影響，本實(shí)施例采用CO2在氣相帶壓凈化，冰-水條件下帶壓液化，通過(guò)阻力器驟然減壓，利用液體CO2相變成干冰的同時(shí)釋放出的大量的冷量來(lái)致冷，并達(dá)到可控的目的。具體的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2其中壓力計(jì)2量程為10Mpa，凈化器a3內(nèi)裝脫烴劑(例如活性碳等，本實(shí)施例采用的是活性碳)；凈化器b 4內(nèi)裝脫水劑(例如硅膠、無(wú)機(jī)鹽硫酸鎂等，本實(shí)施例采用的是硅膠)，每個(gè)凈化器的出口用燒結(jié)不銹鋼網(wǎng)堵塞，管道和盤(pán)管6用外徑3mm的銅管，氣體阻力器7用1/16不銹鋼管局部壓扁或用液體CO2電磁閥，可以根據(jù)冷量要求的大小來(lái)決定阻力的大小。
氣體CO2經(jīng)過(guò)活性碳脫除有機(jī)物和礦物油，硅膠脫除水，凈化器出口的燒結(jié)不銹鋼網(wǎng)脫除灰塵和破碎的凈化劑；從圖3可以看出在氣瓶溫度為5℃和帶壓條件下(＞4.0Mpa)，通過(guò)冰-水降溫(0℃)的氣態(tài)CO2會(huì)變成帶壓的液態(tài)CO2。液態(tài)的CO2通過(guò)氣體阻力器7后減壓膨脹形成干冰，同時(shí)在氣體阻力器7的噴口附近區(qū)域釋放出大量的冷量，致冷可以通過(guò)電磁閥或氣瓶1開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。
從圖3可以看出氣體CO2在凈化和輸送過(guò)程對(duì)壓力和溫度沒(méi)有嚴(yán)格的要求，在輸送過(guò)程中高壓氣態(tài)CO2的壓力和溫度在一定范圍變化時(shí)，氣態(tài)CO2能量的損失小，這樣通過(guò)圖2結(jié)構(gòu)就可以解決以上提出的CO2作為致冷劑控制使用時(shí)出現(xiàn)的兩個(gè)問(wèn)題。
噴口附近區(qū)域致冷的溫度分布在圖2結(jié)構(gòu)中采用噴口做氣體阻力器，用外徑0.5mm的熱電偶(EU-2)K做敏感元件，用上海銀河儀器廠的XL43數(shù)顯表測(cè)溫，距噴口正前方不同距離的溫度分布如圖4和表2所示。
從表2可以看出噴口的溫度不僅與距離有關(guān)，而且與氣體CO2的壓力有關(guān)。當(dāng)氣瓶溫度較低時(shí)，氣瓶中CO2的壓力也較低(見(jiàn)圖3)，相應(yīng)噴口的溫度較高(僅3mm處由于流速影響例外)，而且溫度梯度大，反之亦然。采用冰-水浴冷卻時(shí)，在氣-液平衡條件下，Pcn2＝3.5Mpa，若氣瓶溫度低于5℃時(shí)，氣瓶中Pcn2＜4.0Mpa，噴口出來(lái)的僅有CO2氣體，而看不見(jiàn)干冰形成。因此冬天氣瓶應(yīng)放在室內(nèi)，不低于5℃(以保證氣-液平衡時(shí)Pcn2∴4.0Mpa)。氣瓶溫度高于5℃使用時(shí)，氣瓶的壓力低于4.0Mpa時(shí)就應(yīng)該換瓶。這樣就可以保證一年四季都可以正常使用CO2作為致冷源。
表2 不同CO2壓力下噴口附近區(qū)域溫度的分布

應(yīng)用例1獲用于全二維氣相色譜分析三苯樣品全二維氣相色譜分析工作過(guò)程見(jiàn)圖5，由于其具有很強(qiáng)的分離效率，在近幾年的分析領(lǐng)域中得到很大的重視，其技術(shù)關(guān)鍵之一是連續(xù)致冷源的設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)3Jan Beens，Mohamed Adahchour，Rene J.，J.Vreuls，Klaas VAN Altena，Udo A.Th.Brinkman，J.Chromatogr.A.，2001；919，127-132)。本例采用如圖2所示本發(fā)明裝置提供連續(xù)的致冷源。
氣相色譜分析條件色譜儀上?？苿?chuàng)色譜儀器公司GC-900采集處理系統(tǒng)浙江大學(xué)智能信息工程研究所N-2000雙通道工作站色譜柱a2 DB-5 10m

0.25mm

0.25μm色譜柱b4 carbowax 0.50m

0.10mm

0.10μm汽化室1300℃；氫火焰檢測(cè)器5140℃；熱噴管6250℃柱溫35℃；分流比1∶100；載氣∶氮?dú)狻?br> 熱噴管氮?dú)鈮毫?.5Mpa，用電磁閥控制，周期6.5秒，開(kāi)啟時(shí)間200毫秒。
樣品苯、甲苯、乙苯、二甲苯。
其中；7為熱噴管；3為柱接頭。
色譜分析譜圖見(jiàn)圖6，從色譜分離圖可以看出每個(gè)色譜峰都被冷捕獲獲，而后又被每個(gè)周期200ms脈沖的熱氣解析后沖出；結(jié)果是一個(gè)色譜峰被分割成若干個(gè)脈沖，每個(gè)脈沖的周期為6.5秒。
應(yīng)用例2冷捕獲用于全二維氣相色譜分析復(fù)雜樣品氣相色譜分析條件柱溫程序升溫35℃(3分鐘)-5℃/分-70℃；熱管溫度300℃；樣品汽油；其余同例2。
色譜分離圖見(jiàn)圖7，局部色譜圖放大后見(jiàn)圖8、9；從圖8、9可以看出在柱1未分離的色譜峰(4.4分、7分、7.4分、8.1分附近，實(shí)際是甲苯、乙苯、二甲苯與相應(yīng)的烷烴)，由于兩柱極性的不同，經(jīng)過(guò)很短的極性柱2得到很好的分離，充分體現(xiàn)全二維氣相色譜高分離的優(yōu)越性。
權(quán)利要求
1.一種CO2帶壓凈化液化的方法，其特征在于氣相CO2在壓力不小于4.0Mpa條件下凈化，除去有機(jī)物、灰塵和水，然后再于冰-水條件下帶壓液化。
2.一種按照權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于由CO2氣源(1)、壓力計(jì)(2)、內(nèi)裝脫烴劑的凈化器a(3)、內(nèi)裝脫水劑的凈化器b(4)、盤(pán)管(6)和氣體阻力器(7)通過(guò)管道串連而成，其中所述盤(pán)管(6)置于冰-水浴(5)中，并且在凈化器a(3)和凈化器b(4)的出口均堵塞有燒結(jié)的不銹鋼網(wǎng)。
3.一種權(quán)利要求1所述方法在區(qū)域致冷上的應(yīng)用，其特征在于液化CO2通過(guò)氣體阻力器驟然減壓，利用液體CO2相變成干冰的同時(shí)釋放出的大量的冷量來(lái)致冷。
4.按照權(quán)利要求3所述方法在區(qū)域致冷上的應(yīng)用，其特征在于其中所述區(qū)域致冷是指作為全二維氣相色譜區(qū)域致冷源。
全文摘要
本發(fā)明涉及致冷技術(shù)，具體地說(shuō)是CO
文檔編號(hào)F25B7/00GK1502398SQ02144879
公開(kāi)日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2002年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月20日
發(fā)明者孔宏偉, 葉芬, 路鑫, 董明荃, 許國(guó)旺 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所