【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水溶液元素分析的前处理领域，具体涉及一种用于水溶液前处理的超重力-微波辅助浓缩装置及浓缩方法。
技术介绍
1、液体浓缩是将溶剂蒸发从而提高溶液浓度的方法，实验室分析中常会用浓缩的方式将水溶液中多余水分蒸发出去，从而使水溶液中原本含量较低的氟、氯、硫、铁、铜、镍等元素浓度提高，便于分析检测。现有水溶液浓缩装置的浓缩方法通常是采用蒸发浓缩方式，通过加热使物体表面升温，然后通过热传导将热量传导到液体内部，实现液体的加热-挥发，从而增加水溶液浓度，达到浓缩的效果。然而由于水溶液成分通常较为复杂，在蒸发过程中有些成分易扩散或受空气氧化变性，还有一些元素如氟、氯、氮、铁等在溶液蒸发过程中极易被污染或损失；且加热过程液体受热面积有限，物料传质传热速度较慢，加热浓缩耗时长；同时，这种浓缩方式还需要对非必要加热装置进行加热和传热处理，增加加热时间同时增大能耗，提高浓缩成本，浓缩效率较低。
2、超重力技术是强化多相流传递及反应过程的新技术，由于其设备体积小，能耗低，应用灵活，安全性高，在超重力气-液传质技术中具有极大的应用价值。超重力技术利用超重力条件，使气液的流速极大的提高，液体在高分散、强混合以及界面急速更新的情况下，与液体以极大的相对速度充分接触，强化两相流体接触与传质，能够有效促进分离过程，实现了高效的传质传热。目前，国外对超重力技术的应用主要在精馏、有害物质的去除和吸收、旋转电化学反应器及燃料电池、旋转聚合反应器等领域，而国内对于超重力技术的应用研究起步相对较晚，目前主要应用在制备纳米材料、强化除尘和强化生化反应
3、在液体加热方式中，常规的加热方法，如蒸汽加热、电加热等，要达到一定的温度，需要一定的时间。而微波加热通过产生的高频微波，直接作用于水分子，使水分子剧烈震动，水分子在剧烈运动过程中产生大量热能，而水分子本身未发生改变。微波加热可在几秒的时间内迅速地将微波功率调到所需的数值，加热到适当的温度，使物体均匀受热。且微波加热的惯性很小，可以实现温度升降的快速控制。目前，关于该新型超重力-微波辅助浓缩装置及浓缩方法，相关专利及文献均未有类似报道。
4、专利技术专利cn201510072678.5涉及到一种微波式中药蒸发浓缩设备及蒸发浓缩方法。对比文件设计包含有浓缩装置，外筒体连接聚四氟乙烯衬套，聚四氟乙烯衬套内装有搅拌桨，起搅拌作用，搅拌腔体绕圆周连接微波发生器，微波发生头插入搅拌腔体内。对比文件虽有搅拌桨将微波加热的液体搅拌，但搅拌桨搅拌液体的工作效率较低，对气液接触的比表面积增大无明显效果，对于提高液体蒸发速度的效果较小；无控温装置，无法监测装置内部浓缩情况，影响浓缩效果与速率；微波发生浓缩过程液体与空气接触，未进行惰性气体保护，易使液体中的组分在高温下被空气氧化或污染。
5、专利技术专利cn201410696066.9涉及到一种化工原料微波浓缩装置及其浓缩方法。对比文件设计通过化工原料微波浓缩装置中的反应釜与散热单元之间的微波发生器的设置，同时在反应釜的底端设置气泡发生机构，进而通过气泡发生机构产生的气泡对反应釜中的化工原料液进行搅拌处理，并通过微波发生器对其进行照射处理，目的是使浓缩终温度降低。对比文件采用气泡发生机构对液体进行搅拌，工作效率较低，对气液接触的比表面积增大效果较小，对于提高液体蒸发速度的效果较差；且浓缩过程液体与空气接触，未进行惰性气体保护，易使液体中的组分在浓缩过程中被空气氧化、污染或损失。
6、专利技术cn201821256175.9涉及到一种蒸发浓缩系统。对比文件设计包含热交换器、超重力浓缩装置及蒸气压缩式热泵，该热交换器用于加热含挥发性液体的混合流体，该超重力浓缩装置连通至该热交换器，用于通过离心力将流体分散。蒸气压缩式热泵连通至该超重力浓缩装置及该热交换器，用于通过机械式蒸气再压缩使该挥发性液体的蒸气升温得到高温蒸气。对比文件的浓缩装置内未采用气体保护措施，液体在浓缩过程中，高温状态下部分组分极易被氧化、污染或损失；加热过程热量容易聚集，造成局部温度过高或过低；无控温装置，无法监控浓缩时的液体温度，易导致浓缩过程中液体出现温度过高或过低现象，影响浓缩效果和效率。
7、专利技术cn201810033947.0涉及到一种微波-超重力联合处理稀土生产氨氮废水的装置和应用方法。对比文件中装置中废水水槽底部通过输液泵和输液管连通微波炉液体入口，微波炉底部加热液体出口通过输液泵和输液管连通超重力旋转填料床侧部中间位置设置的喷水管，超重力旋转填料床内部设有旋转盘，旋转盘均通过旋转抽连接电机，旋转盘间设有网带，超重力旋转填料床顶部设有气体出口、底部设有液体出口以及侧部底部设有空气入口，气体出口通过出气管连接废气吸收瓶，液体出口通过出液管连接吸收液水槽，空气入口通过进气管连接鼓风机。对比文件中装置内部非密封状态，使用鼓风机将空气送入装置内，液体在高温状态下与空气密切接触，极易使其中较不稳定的组分被氧化或污染；液体先进入微波炉中加热，再送入超重力旋转填料床中浓缩，无法监测浓缩过程中液体的温度变化，无控温设计，易导致浓缩过程中液体出现温度过高或过低，影响浓缩效果和效率。
8、专利技术cn201811010704.1涉及到一种应用超重力提纯工业级碳酸锂系统及方法，对比文件中所述系统包括通过管路依次连接的碳化器、固液分离装置、耦合微波的超重力装置、离心装置。超重力装置内为填料床，而输出的料液中包含固体产品和清液，其中的固体物质极易造成超重力装置内的填料床孔隙的堵塞，影响超重力装置的正常运行，降低浓缩效率浓缩效率；装置内未进行密封以及气体保护，极易使其中部分组分被氧化或污染。
9、专利技术cn201811010704.1涉及到一种应用超重力提纯工业级碳酸锂系统及方法。对比文件中对比文件中超重力装置的液体进口与循环罐的出口连通，液体出口与循环罐进口连通，与循环罐形成循环体系。由于超重力装置内的液体分布器插入填料中心，含有木质素的固液混合液在填料中向外扩散，极易导致填料孔隙的堵塞，影响超重力的反应效果；超重力反应装置的气体进口通入反应气为氧气或氢气，若用于液体浓缩中，极易使液体在高温状态下被氧化、还原、污染或损失；循环罐上无排气、补压等稳压设施，易使装置内部压力过高或过低。
技术实现思路
1、鉴于上述技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于水溶液元素分析的超重力-微波辅助浓缩装置及浓缩方法，可以克服上述技术缺点，极大缩短浓缩时间，提高浓缩效率。该装置采用超重力浓缩方式，通过超重力将流体在导流板上分散成膜，增大传质传热面积，缩短浓缩时长；装置采用密闭系统，惰性气体保护且温度可控，避免浓缩过程组分被污染或损失；利用微波能量直接作用于水分子，使水分子剧烈运动摩擦碰撞产生热量，辅助溶液快速升温，避免对非必要加热装置加热耗能。
2、本专利技术提供一种用于水溶液元素分析的超重力-微波辅助浓缩装置，包括：内腔体，外腔体、热交换器、冷凝液储槽；所述内腔体内设有微波发生器，侧壁有进气口，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于水溶液元素分析的超重力-微波辅助浓缩装置，其特征在于，所述装置包括：内腔体，外腔体、热交换器、冷凝液储槽；
2.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，所述导流板与水平面夹角为10°-45°，呈扇形沿内腔体内壁倾斜向上，所述导流板的尾部延长线通过内腔体轴心，所述导流板弧形外沿的弦切角为10°-50°。
3.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，其特征在于：所述外腔体为金属材质，固定于固定轴上，与装置管路形成密封环境，内部填充惰性气体；
4.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，所述水溶液储槽与内腔体连通，水溶液储槽上连接惰性气体管线，用压力调节阀调节水溶液储槽内压力，并设有进料口，通过质量流量计调节水溶液流量。
6.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，其特征在于：装置内部填充气体及补压气体选自氮气和氩气中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，其特征在于：水溶液储槽出料量为0.1
8.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，其特征在于：所述内腔体转速为700r/min-1300r/min。
9.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，其特征在于：所述微波发生器的数量为2-4个。
10.根据如权利要求1-9任一所述的超重力-微波辅助浓缩装置进行的超重力-微波辅助浓缩方法，其特征在于：进行浓缩之前，通过惰性气体管线中的惰性气体对反应釜进行吹扫，置换装置内的空气，使内部充满惰性气体。水溶液储槽中的水溶液在质量流量计控制下进入热交换器，在热交换器中与热蒸汽进行热交换，预热后的水溶液进入内腔体，在微波作用下迅速加热，并在超重力作用下，沿液体运动方向被导流板分散成小液滴、液丝或液膜，惰性气体通过内腔体下方进风口进入，携带热蒸汽进入热交换器，与水溶液进行热交换后，热蒸汽被冷凝，进入冷凝液储槽，多余惰性气体通过冷凝液储槽排气阀排出。水溶液通过热蒸汽的能量被预加热，进入内腔体进行浓缩。内腔体中得到的浓缩液通过下方浓缩液出口管线输送至浓缩液储槽。反应釜内测温点监控内腔体温度，调节微波发生器加热功率。
...【技术特征摘要】
1.一种用于水溶液元素分析的超重力-微波辅助浓缩装置，其特征在于，所述装置包括：内腔体，外腔体、热交换器、冷凝液储槽；
2.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，所述导流板与水平面夹角为10°-45°，呈扇形沿内腔体内壁倾斜向上，所述导流板的尾部延长线通过内腔体轴心，所述导流板弧形外沿的弦切角为10°-50°。
3.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，其特征在于：所述外腔体为金属材质，固定于固定轴上，与装置管路形成密封环境，内部填充惰性气体；
4.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，所述水溶液储槽与内腔体连通，水溶液储槽上连接惰性气体管线，用压力调节阀调节水溶液储槽内压力，并设有进料口，通过质量流量计调节水溶液流量。
6.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，其特征在于：装置内部填充气体及补压气体选自氮气和氩气中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的超重力-微波辅助浓缩装置，其特征在于：水溶液储槽出料量为0.1l...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐婷婷，冯彬，孙维，赵铁凯，刘通，荣丽丽，王磊，张岩，梁立伟，曲家波，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
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