专用微色谱低温液氮装置及其控制系统研制

发布时间：2022-10-10 14:33

　　专用微色谱是一种用于氢同位素分离分析的分析装置,随着分离技术的改进和高性能低成本填料的开发,专用微色谱分离和定量分析氢同位素技术将得到进一步发展,应用也将会更广泛。然而专用微色谱的关键组件——色谱分离柱需要在液氮和300℃温度下交替工作,目前市面上没有成熟的产品,需要进行定制和开发。如何设计一种满足色谱柱工作要求小体积、节约型低温液氮装置是专用微色谱的一项关键技术,也是本课题的主要研究内容。本文通过理论计算、模拟分析和实验测量相结合的方式对低温装置低温液氮装置进行了结构设计、校核和测试,研制出两种满足专用微色谱需求的低温液氮装置。通过文献查阅和理论计算,设计一种采用低导热率的轻质硅酸钙隔热板为保温层和另一种以真空绝热方式作为隔热层的装置样机,根据设计输入选择不锈钢作为内胆和外壁的结构材料,通过设计负荷理论计算出保温层、内胆厚度,外壁厚度分别为50mm、1mm、1.5mm;选择片状云母加热器和不锈钢螺旋加热器作为两种结构的加热方法,保证加热器在液氮和300℃两种环境下长时间使用;在控制系统上,采用RS485总线结构和PLC自控模块实现低温液氮装置中液氮的自动加注、液面液位的控制、加热器控... 

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 专用微色谱液氮低温技术发展现状
        1.2.1 液氮容器技术概述
        1.2.2 低温液氮在专用微色谱上的应用
    1.3 液氮容器设计和制造技术进展
        1.3.1 液氮性质和使用安全
        1.3.2 液氮容器设计
        1.3.3 液氮液面自动控制方法
    1.4 小结
第二章 专用微色谱低温液氮装置及其控制系统设计
    2.1 设计原理
    2.2 设计输入
    2.3 专用微色谱低温液氮装置及其控制系统设计方案
        2.3.1 设计方案一:保温隔热式低温液氮装置
            2.3.1.1 液氮容器总体结构
            2.3.1.2 罐体盖
            2.3.1.3 罐体
            2.3.1.4 内胆设计
            2.3.1.5 加热器设计
            2.3.1.6 隔热层设计
            2.3.1.7 低温装置控制系统设计
        2.3.2 设计方案二:真空绝热式低温液氮装置
            2.3.2.1 总体设计
            2.3.2.2 液氮杜瓦设计
            2.3.2.3 真空层设计
            2.3.2.4 保温封盖设计
            2.3.2.5 色谱柱加热装置
            2.3.2.6 Pt100液氮液位计
            2.3.2.7 控制系统设计
    2.4 本章小结
第三章 专用微色谱低温液氮装置传热分析
    3.1 方案一保温隔热式液氮装置传热分析
        3.1.1 高温工况下热分布计算
        3.1.2 低温液氮工况下热分布计算
    3.2 方案二真空绝热式液氮装置传热分析
        3.2.1 高温工况下热分布计算
        3.2.2 低温液氮工况下热分布计算
    3.3 本章小结
第四章 专用微色谱低温液氮装置及其控制系统性能测试
    4.1 设计方案一:保温隔热式低温液氮装置性能测试
        4.1.1 静态下低温容器中液氮消耗量随时间变化规律
        4.1.2 静态下低温容器中液氮加注周期
        4.1.3 专用微色谱活化状态下色谱柱温度随时间变化规律
        4.1.4 低温装置对专用微色谱分析测试功能影响
            4.1.4.1 实验原理与实验装置
            4.1.4.2 低温装置对专用微色谱分析测试功能影响
    4.2 设计方案二:真空绝热式低温液氮装置性能测试
        4.2.1 静态下低温容器中液氮消耗量随时间变化规律
        4.2.2 低温装置对专用微色谱分析测试功能影响
    4.3 两种结构低温液氮装置性能对比
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]低温压力容器及低温低应力容器的设计[J]. 林建.  化工设计通讯. 2019(05)
[2]一种用于CD高温超导电缆的过冷液氮低温系统[J]. 张俊峰,滕健,丁怀况,宗曦华,汤涛,张大义.  低温与超导. 2017(04)
[3]液氮容器蒸发流量对压力阶跃变化的动态响应[J]. 刘惠民,邵雪锋,冯慧华.  低温工程. 2013(04)
[4]气相色谱的微型化研究进展[J]. 杨柳,黄根益,潘勇,曹树亚,刘卫卫.  现代仪器. 2012(03)
[5]环境温度对高真空多层绝热性能影响的试验研究[J]. 刘根仓,汪荣顺.  低温工程. 2010(03)
[6]低温容器蒸发率试验及蒸发量波动分析[J]. 陈喜海,汪荣顺.  低温工程. 2010(02)
[7]用于氢同位素分离的置换色谱分离材料的研究进展[J]. 邓潇君,罗德礼,钱晓静.  同位素. 2010(01)
[8]适用于真空管道交通的高温超导磁悬浮车低温液氮容器[J]. 张耀平.  低温与超导. 2009(12)
[9]微型气相色谱的研究进展[J]. 关亚风,王建伟,段春凤.  色谱. 2009(05)
[10]液氮容器爆炸事故预防[J]. 潘六林.  劳动保护. 2009(03)



本文编号：3689797