不同的介质对消化炉的品质和能耗有直接关系

[2015/11/18]

　　消化炉在实验室里是一个耗能大户，且又决定了定氮的质量，一个铝锭或石墨20孔的消化炉功率一般都在3500W左右，且工作一般都在二个小时以上。如何降低耗能而又满足消化的要求是选择消化炉的要考虑的。目前国内市场上供应的消化炉加热均通过电加热，而热传导通过介质到消化管，所以不同的介质对消化炉的品质和能耗有直接关系，在此讨论不同的介质特性，（假设消化炉保温性都是良好的）。

　　1.铝锭为介质
　　优点：铝锭热传导较快（导热系数可达237W/mK），导热系数高使得样品间温差较小。如果有足够体积的铝锭，就能保障样品温度的稳定性减小温度波动，且即便和硫酸接触便生成密致的硫酸铝层，不会深入铝锭内部，所以铝锭也是很好的防腐的选择。
　　缺点：铝锭是通过热的接触传导，要温度恒定必须有足够大的体积（薄薄一片铝锭效果较差）电加热产生的可见光和近红外光都没有利用，所以热能利用效率低，能耗较高。
　　由于铝锭的稳定性和样品间温差较小。受到市场的认可。（加热方式和铝锭的大小都会影响消化炉的质量，在此不做讨论）。

　　2.石墨为介质
　　优点：同体积铝锭价格是石墨的3倍，所以石墨消化炉成本低得明显。
　　缺点：由于石墨非金属特性即热传导慢（导热系数只有129W/m.k，比铝锭237W/m.k低多了。），且石墨导热系数随温度升高而降低，更使得介质上面的消化管温度不一，温差大，容易挂壁，影响消化质量。所以石墨一般在200℃以下作为传导介质尚可，毕竟有价格优势，400℃以上石墨导热系数明显下降，石墨的缺点明显显现。价格优势的代价是消化质量明显下降，挂壁严重。

　　3.红外石英辐射加热
　　石英加热元件采用珠光乳白石英管配用电热材料，具有优良可靠的远红外辐射特性，通电后，电阻丝发出的红外光波与可见光波中97％被乳白管所阻挡吸收，使石英管壁温度升高产生硅氧键分子振动辐射出远红外光波，这样使97％可见光和近红外光可转为远红外辐射。克服了单纯使用透明石英玻璃带来的透过可见和近红外的弊端，从而有效地使电能转化为远红外光波。
　　靠热辐射来加热样品，特点是：升温快，样品间温差小、传导极快，温控准确。一般应用于有高要求样品的消化，例：牛奶、食品、饲料、保健品等容易挂壁的样品。例如：有较快的升温和降温速度。程序升温可以根据样品的特点来选择升温曲线，有利高质量样品的消化，从而杜绝样品的挂壁现象、进而使得样品消化效率的大大提高，
　　优点：样品间温差小，由于采用热辐射使得消化管间温差变小。
　　温度控制性能优良：由于石英辐射热惯性小，在温控时温度超调小，能使炉温尽快达到目的温度，这是铝锭和石墨介质无法媲美的。
　　减低能耗：由于铝锭和石墨通过接触传导，且大量的可见和近红外光不能利用，使得能量浪费，而石英辐射利用了97%的可见和近红外光波转换成远红外光波辐射，电、热能转换效率高。
　　由于石英化学特性稳定，即便和硫酸接触不会影响石英的功能，具有高品质的防腐性能，延长电加热丝的使用寿命。而石墨的热惯性大而使得温度超调大，那么电阻丝的表面温度和石墨温差很大，使得电阻丝寿命短，容易断。石英的一定的温度下产生辐射的特性决定了电阻丝表面温度的限定，使得消化管和电阻丝温差很小，电阻丝寿命明显延长。
　　缺点：由于珠光乳白石英管加工要求高，且生产成本较高，但由于使用成本很低（相比较铝锭和石墨）从长时间看石英辐射加热性价比很高，用户接受度越来越高。

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