一种CO*区域致冷的冷喷口及将该冷喷口用做液体CO*致冷源的阻力器制造技术

一种ＣＯ↓［２］区域致冷的冷喷口，其特征在于：包括内外双层套管，内层套管一端与液体ＣＯ↓［２］输送管道相连接，另一端靠近气体出口处内部设置有一楔型狭缝形成内喷口，外层套管套设于内层套管外面，并且外层套管与内层套管的楔型狭缝处外管壁相卡接，内喷口位于外层套管气体出口的管口里边。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及致冷技术，具体地说是一种CO2区域致冷的冷喷口(阻力器)及其应用。
技术介绍
近年发展的全二维气相色谱是新出现的一种分离分析新技术，它是把分离机理不同而又互相独立的两支色谱柱通过一个特殊设计的调制器以串联方式结合成二维气相色谱；与通常的气相色谱相比，它具有分辨率高、灵敏度好、分析速度快、定性更有规律可循等特点；近年来已在石化、环保及临床等领域复杂样品的分析中发挥了很大作用，解决了很多由于常规气相色谱峰容量不足而长期分不开的复杂样品分析，在色谱分离技术方面是一次革命性突破，受到了国内外科学工作者越来越多的关注。全二维气相色谱与通用的气相色谱差异的是采用了调制器，调制器为全二维色谱分析的核心；调制器的作用是将柱1流出的色谱峰以每1～10秒为一周期冷捕获在调制器中，每周期再以100～300ms脉冲的加热将调制柱中捕获的组分热解析冲入第二根柱，这样调制器将两根色谱柱连接起来，起捕集、聚焦、再传送的作用；经第一根色谱柱分离的每一个色谱峰，都被分割成几个区带相继进入调制器聚焦，再以脉冲方式送到第二根色谱柱进一步分离(称之为调制)。最后得到以第一根柱的保留时间为X轴，第二根柱的保留时间为Y轴，信号强度为Z轴的三维色谱图(称之为全二维色谱图)。由于采用不同分离机理的两根柱子，使样品中所有组分在二维平面的峰容量为组成它的二柱各自峰容量的乘积。。1991年Liu和Phillips设计了第一个调制器，典型的调制流程见图1。在所有的调制器中，由于热解析多采用电加热，实现容易，因此研究的重点和难度都集中在冷调制的设计，冷调制现已实现的有移动式、转动式或阀控式，具有代表性的是Zoex公司的两段冷喷调制，其采用液氮作为气源，被电磁阀控制的氮气经液氮冷阱冷却后从直径5mm左右管中喷出，调制管上的温度可低至-70℃以下。此流程的缺点是冷源的设备投资大，液氮消耗量大；其次其冷量的是由液氮→氮气(常温)→冷阱→氮气(低温)而来，从冷量的利用角度来看是极不合理的，而且在低温氮气输送过程，冷量的损失也是不可忽略的问题。液体CO2是极好的制冷剂，在全二维气相色谱的调制器中，采用液体CO2做制冷剂较为成功的有Beens和Tuulia。Beens是利用两个电磁阀控制液体CO2做冷喷，直接捕获调制管中被分析组分，用炉温热解析；冷喷的最低温度可以获得-50℃。Tuulia是将液体CO2直接从内径0.17mm的细管喷出，细管以一定的速度围绕调制器旋转，CO2以一定的旋转的周期对调制管进行调制，二者都是利用高压CO2喷出时压力骤降的Joule-Thompson效应获得冷量，从热力学的角度，其获得的冷量不如液体CO2低温相转变的冷量大；而且二者都必须消耗大量的CO2(～40ml/分的液体CO2)，CO2造成的污染和排放成为其必须考虑的问题；从运行的角度看，液体CO2在输送和使用过程都不允许有冷量的损失和压力的降低，否则中途相变造成大量冷量的损失，这在设计上都必须严格保证的。中国科学院大连化学物理研究所申请的中国专利提出不仅可以从液体CO2获得很低的温度(可低达-70℃)，而且对CO2纯度和CO2的输送都没有严格的要求；其采用CO2在气相带压净化(除去有机物、灰尘和水)，冰-水条件下带压液化(也可以用水/乙醇/干冰获得更低的温度，如在压力小于4.0Mpa条件时)，通过阻力器骤然减压，利用液体CO2相变成干冰的同时释放出的大量的冷量来致冷，并达到可控的目的；具体的流程见图2，图2中压力计量程为10Mpa，净化器A内装脱烃剂(例如活性碳)；净化器B内装脱水剂(例如3A分子筛、硅胶、无机盐硫酸镁等)，每个净化器的出口用烧结不锈钢网堵塞，管道和盘管用外径3mm的铜管，气体阻力器用内径0.75mm，外径1/16英寸的不锈钢管局部压扁形成阻力或用液体CO2电磁阀，可以根据冷量要求的大小来决定阻力的大小。气体带压液化的机理是带压的气体CO2在低于这压力下气液共存的平衡温度，就会相转化成液体的CO2；为了实现带压液化，就必须保证压力；流程中的阻力器就是为了控制压力和流量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种致冷效果佳，冷量损失少的CO2区域致冷的冷喷口(即阻力器)及其应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种CO2区域致冷的冷喷口，包括内外双层套管，内层套管一端与液体CO2输送管道相连接，另一端靠近气体出口处内部设置有一楔型狭缝形成内喷口，外层套管套设于内层套管外面侧，外层套管与内层套管的楔型狭缝处外管壁相卡接，内喷口位于外层套管气体出口的管口里边。所述内层套管的楔型狭缝尖端线性处与内层套管气体出口距离为1～3mm；为了避免周围空气中的水分冷凝在喷口出口(此处温度最低)，逐步造成喷口堵塞，在外层套管外套一铜管，其内侧壁与外层套管壁狭缝相距1mm，铜管端口与外层套管气体出口的管口相平齐，出口处壁间狭缝封死；整个喷口的长度最好为60～150mm。本申请中采用带狭缝的喷口作为阻力器，其设计的最终目的是为全二维气相色谱调制管的一小段获得很低的温度，而且CO2的流速应该较为缓慢，以便当热气以垂直方向吹扫时，此段温度能以极快的速度升至炉温以上，以利于捕获组份的解吸；为符合此要求，在使用条件下，喷口出口的气体CO2的流量以1000～1500ml/分为宜。当本申请的冷喷口用做液体CO2致冷源的阻力器，其液体CO2是通过作为冷源的气相CO2带压净化、液化获得时，由于气瓶中CO2的压力与周围温度有关，因此狭缝的阻力随之而异；当作为冷源的气体CO2压力为5.5～7.2Mpa时，狭缝的阻力以(未通过冷浴的)4.5Mpa CO2气体通过时的流量为400～500ml/分为宜(本专利技术实例中采用的喷口C)；当作为冷源的气体CO2压力为4.0～5.5Mpa时，狭缝的阻力以(未通过冷浴的)1.55Mpa CO2通过时的流量为130～150ml/分为宜(本专利技术实例中采用的喷口A)；当作为冷源的气体CO2压力为3.0～4.0Mpa时，冷浴采用乙醇/水/干冰以获得更低的温度时，狭缝的阻力以(未通过冷浴的)1.55Mpa CO2通过时的流量为250ml/分为宜(参见文献6中采用的喷口B)；所述液体CO2致冷源的阻力器可用于柱前富集冷捕获或用于全二维色谱分析调制器的冷捕获。本专利技术的优点为采用特殊设计的双层喷口作为阻力器，当带压液体CO2通过内喷口时，在楔型阻力的作用下，CO2的压力瞬间剧降，随之相转化释放大量的冷量；由于有内、外两层喷口，在外喷口的内腔，由内喷口出来的CO2继续在低温下膨胀降压，有利于CO2的相转化和释放出更大量的冷量，因此可以获得更低的温度；这样设计的喷口不仅可以用于柱前冷捕获，而且也成功地用于全二维气相色谱分离的冷捕获。喷口不仅为调制器的一小段调制管提供很低的温度，而且由于CO2的流速较为缓慢，当热气以垂直方向吹扫时，此段温度能以极快的速度升至炉温以上，对捕获组份的解析十分有利。这样CO2的冷喷可以连续吹扫，不用任何控制，通过脉冲热喷就可以对调制管实现调制，从而保证了流程的简单可靠；本专利中采用的阻力喷口消耗的CO2量很少(～1.7ml/分的液体CO2)，冷量的利用极为合理，这对调制器的应用和推广是很有意义的。附图说明图1为现有的典型调制流程图，其中3为调制管，5为汽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶芬，孔宏伟，杨军，郭蕾，许国旺，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：