【文章內容簡介】 tory, but also in the medicine experiment, as well as in other chemical plant experiment. Key words: Experiment。 narrow mouth flask。 Cleaner 東北大學繼續(xù)教育學院（自考）畢業(yè)設計論文 3 前言 能夠快速的把實驗瓶刷洗干凈一直是實驗工作者的追求，化學老師做實驗或者其他專業(yè)老師做科研時需要用到很多像容量瓶這類細頸瓶，由于結構特殊，雖然可以人工刷洗干凈，卻需要很長時間，而且在大量清洗時，還增加了勞動強度。此外，大量洗滌液的排放造成了資源的浪費和對環(huán)境的污染。 通過查找相關資料，我們發(fā)現(xiàn)目前還沒有適用于清洗細頸瓶的機器。基于此況 ，為了在短時間內將實驗用細頸瓶沖洗干凈且使洗滌液循環(huán)利用，我設計了該實驗用細頸瓶清洗機。 東北大學繼續(xù)教育學院（自考）畢業(yè)設計論文 4 1 實驗用細頸瓶清洗機 發(fā)展狀況以及研究意義 國內外發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國內已經(jīng)研究和制造了清洗啤酒瓶以及其他罐裝飲料的瓶子的機器。主要有 單端全自動洗瓶機和雙端全自動洗瓶機以及三片罐洗瓶機等。最近，合肥某公司又生產了處于國內領先地位的 YPWT 型雙端洗瓶機，主要用于乳品飲料回收瓶的洗滌和消毒 [1]。 但是，在清洗實驗室的器皿方面，我國大部分實驗室還是 采用了較為傳統(tǒng)的人工清洗， 尤其是圖 1所示的實驗用細頸瓶，其形狀特殊，清洗非常不方便， 只有很少一部分醫(yī)學或者化學實驗室采用了超聲波清洗的方法。 圖 1 實驗用細頸瓶 在國外，有一些國家 主要是德國 研究生產了相關的設備： 20xx 年， 德國 生產了 RIEBESAM 系列實驗器皿清洗機 [2]， 如圖 2 所示： 整機采用不銹鋼材質，規(guī)格齊全，性能卓越， RIEBESAM 系列產品 能夠 滿足以下需要： 一臺最高質量的實驗清洗、消毒與干燥設備；具備卓越的性能特點；具備選擇功能；最適宜的性價比。 RIEBESAM 實驗玻璃器皿清洗機基本配置包括：清洗溫度：可任意選擇，最高可達 93℃ ；主清洗循環(huán)隨意選定：從 1 秒至 99 分鐘；現(xiàn)代預定標準清洗程序、保養(yǎng)程序與 BGA 程序； 使用者 自定義循環(huán)程序：最多可達 7個；溫度與循環(huán)數(shù)改編簡單而快捷；可選擇激活打印機或計算機接口，全程記錄清洗過程（依據(jù) DIN ISO 9000 系列標準）；高通量循環(huán)泵；清潔劑東北大學繼續(xù)教育學院（自考）畢業(yè)設計論文 5 與中和劑雙液體定量供料泵，可選擇功能擴展；儀器內外全部采用不銹鋼材質；高性能聚酯加熱與噪音絕緣。 且 RIEBESAM 實驗室玻璃清洗機 93℃ 熱消毒 10 分鐘已獲完全認可，另外在 70℃ 條件下化學熱消毒也或德國有關機構注冊認可。所有機型符合 GMP 規(guī)定并獲認可。 此外， Miele 公司于 20xx 年推出嶄新設計的 G7883 及 G7883CD 清洗機， 如圖 3 所示：其 洗得更干凈，更安靜，也更安全。其 用于清洗實驗室玻璃器皿， 是 專門化設計的全系列清洗系統(tǒng)產品。由清洗主機，器皿筐，插件和專門的清潔劑組成的清洗系統(tǒng)， 8種程序，時間溫度可調， 它 的清洗效果可以保證重復進行分析試驗工作。無論是清洗移液管，燒杯，試管，長頸容量瓶，量筒，長頸錐形瓶，培養(yǎng)皿， BOD 瓶或其他試驗器皿， 都有完善的解決方案。主要性能參數(shù)如下： 三只噴淋臂：決無死角 ； 循環(huán)泵每 分鐘 400 公升：高循環(huán)的低壓水，可使玻璃器具洗 得干凈 且不易 損壞 ； 水汽冷凝裝置 : 可避免水汽 帶來 溫度上 升 及感染的 問題 ； 可用來記錄 并確認如清洗溫度、過程及時間的正確性 ； 圖 2 RIEBESAM 實驗器皿清洗機 圖 3 G7883 實驗室玻璃器皿 清洗機 發(fā)展趨勢 與研究意義 對于 實驗用細頸瓶清洗機來說，其主要發(fā)展方向是：（ 1）適用性強：一臺機器可以洗滌不同種類，不同規(guī)格的實驗瓶。（ 2）效率高：由于某些實驗受到溫度，時間等條件的制約，所以需要實驗瓶及時的洗干凈，最好可以保證不同規(guī)格的瓶同時進行清洗。（ 3）節(jié)約能源： 與世界環(huán)保接軌，水資源和洗滌液資源以及電能等，都需要有效的節(jié)約。 （ 4）自動化程度高：為了最大東北大學繼續(xù)教育學院（自考）畢業(yè)設計論文 6 限度的減小勞動者的工作強度，機器的設計應操作簡便而運行敏捷。 本 實驗用細頸瓶清洗機 能夠在較短的時間內把多個實驗瓶沖洗干凈， 同時，把洗滌液回收再利用，且整個過程只需要一個人， 極大限度的實現(xiàn)了自動化， 不但很好的解決了化學實驗用細頸瓶的清洗問題， 還 可以推廣應用到其他的各個洗瓶領域當中， 如生物分析實驗和醫(yī)學分析實驗 。 2 方案設計 設計要求 （ 1） 保證把瓶沖洗干凈，即在待洗瓶沖洗后，其內壁有一層較薄的水膜，瓶子潔凈透明 [3]。 （ 2） 清洗過程中，對瓶無損害。 （ 3） 清洗機接觸到化學物質的部分的材料要耐腐蝕，且不發(fā)生化學反應。 （ 4）保證該實驗用細頸瓶清洗機的工 作效率，每次清洗用時小于 2 分鐘并且可以清洗 16 個瓶 。 實驗用細頸瓶清洗機 的 方案選擇 洗滌方法的選擇 目前，洗瓶的基本方法主要有三種 [4]： （ 1）浸泡：將待洗瓶浸沒于一定濃度，一定溫度的洗滌劑中，利用其化學能和熱能來軟化，乳化或溶解黏附于瓶上的不潔凈物，并加以殺菌。浸泡時間對清洗效果影響很大。 （ 2）噴射： 洗滌劑或清水在一定的壓力（ ～ ） 下，通過一定形狀的噴嘴對瓶內外進行噴射，利用洗滌劑的化學能和液流動能來去除瓶內污物。此時，液體的壓力很重要。 （ 3）刷洗： 用旋轉的毛刷將瓶內 的污物刷洗掉。由于是機械方法直接接觸污物，所以去污效果很好。但刷洗的問題是：較難實現(xiàn)連續(xù)洗瓶；到污垢瓶會污染刷子；需要經(jīng)常更換毛刷。 以上三種清洗方法是目前最普遍的洗瓶方式。針對實驗用細頸瓶而言，其瓶口細長，瓶身較大，大多數(shù)實驗者是采用人工的晃動并輔以刷洗進行清洗的，由于刷子很難接觸到瓶內所有的點，所以費時費力，綜合上述方法，該清洗機采用了噴射的洗滌方式，避免了刷子清洗時的不便，對于十分難洗東北大學繼續(xù)教育學院（自考）畢業(yè)設計論文 7 的瓶，可以先浸泡一會，再進行噴射。 噴頭的選擇 本機的 噴頭 應該有較好的霧化效果， 極大限度的保證噴射水 與待洗瓶內壁的接觸面積，而對 漂移問題 可以忽略，此外，由于細頸瓶的瓶口非常小，所以對噴頭的體積應予以限制。 噴頭 在植保機械領域中使用的 最 多，本機的設計在參考植保機械的噴頭的基礎上，對噴頭進行了改進設計。目前的噴頭主要有 六 種： （ 1）實流噴頭：是一種簡單的壓力噴頭，產生的物體是一個實流體，主要用來測定流量。 該噴頭噴射 時只能噴射至一點，幾乎沒有霧化效果，所以不適合應用在細頸瓶的清洗中 [5]。 （ 2）錐霧噴頭：液體在噴腔繞噴孔軸線旋轉 ，噴出后，內壁所給的約束力消失，液體分子受到離心力作用 而向四面分開。 由于霧滴的飛行 方向與它原來的運動軌跡相切，所以在噴出后形成一個圓錐體。 錐霧噴頭的關鍵部件是渦流片或渦流芯。其被廣泛應用于手動噴霧器和園林噴霧機上。缺點是抗漂移性能較差 [5]。 盡管 該噴頭的霧化效果很好，但是其體積太大，所以也不適用于本機。 （ 3）扁扇噴頭：目前，扁善噴頭是應用最廣的噴頭。最常用的扁扇角度是 80 度和 110 度。小角度多用于帶狀噴霧，而 110 度扁扇噴頭是大田噴桿式噴霧機最常用的噴頭。 由于常規(guī)扁扇噴頭產生的霧體邊緣密度小于中間，所以在應用中特別是在多噴頭的情況下，為了保證霧滴分布的均勻性，在安裝噴頭時要求產生的霧體 有一定的重疊。 這類噴頭的噴霧是一個扇形，而不是適合細頸瓶的圓形，不能保證沖洗的清潔度。 （ 4） 氣滴噴頭：該噴頭從 1997 年下半年才開始在歐洲流行。目前，幾乎所有的歐洲大中型植保機械公司，噴頭生產廠家和相關的研究院都在做有關方面的研究試驗。其突出特點是能產生微小氣泡，從而增大霧 滴的 體積，提高 了 抗漂移性能。 這種霧滴雖然體積增大，但是單個霧滴所包含的液體量變化不大，在到達目標和目標表面撞擊后，很容易破裂成更小的霧滴，從而提高霧滴的覆蓋率，這是它的最與眾不同的優(yōu)點。 但是該噴頭的制造成本較高。 （ 5） 低漂移噴頭：這種 噴頭的特點是在與標準扁扇壓力噴頭噴量相同的情況下能夠產生較大而且相對均勻的的霧滴，從而提高霧滴的抗漂移性能。在結構上，低漂移噴頭 在扁扇形噴頭的入口處加上一個帶中孔的減速蓋，使東北大學繼續(xù)教育學院（自考）畢業(yè)設計論文 8 螺旋縫隙液體通過小孔進入噴腔，以減緩液體流速。 此噴頭不但和 扁扇噴頭 一樣不適合本機應用。 （ 6）轉子噴頭：轉子噴頭產生的霧滴較小，較容易隨風漂移。 由于需要轉子，該噴頭的體積必然增大，無法伸進待洗瓶之中，所以不適合本機。 綜合以上各個噴頭的優(yōu)缺點，考慮到清洗 細頸瓶的 噴頭的要求，以上的噴頭都不太適合本機， 故采用 類似于錐霧噴頭的 錐形螺旋縫隙式的噴頭 。 如圖 4 所示： 在沖洗時，水沿著螺旋紋縫隙噴射而出，形成圓球面的形狀，增大了噴射水與瓶內壁的接觸面積，沖洗效果很好。 圖 4 噴頭形狀示意圖 圖 5 噴射效果圖 本機的設計參考了全自動洗瓶機的洗滌工藝。目前的全自動洗瓶機 主要有兩種：噴射式和浸泡噴射式。 前者的工藝是：預熱噴射，多次堿性洗液噴射，多次回水（熱水，溫水，冷水）噴射，最后是凈水噴射。 后者的洗滌工藝是：預浸泡， 多次洗液浸泡，洗液噴射，熱水噴射，溫水噴射，冷水噴射。 而對于化學用瓶來說，實驗者都是先用自來水沖洗，再用蒸餾水沖洗。 為了達到很好的洗滌效果，本實驗用細頸瓶清洗機采用了如下的洗滌工藝：溫熱洗滌液沖洗，自來水沖洗， 人工 蒸餾水沖洗。 系統(tǒng)工作流程如圖 3所示： 東北大學繼續(xù)教育學院（自考）畢業(yè)設計論文 9 排放蒸餾水蒸餾水箱過濾分流系統(tǒng)過濾自來水洗滌液換向系統(tǒng)洗滌液箱噴洗箱高壓泵圖 6 清洗 系統(tǒng)流程示意圖 總體 設計 如圖 7 所示： 該清洗機依次采用高壓溫熱洗滌液、高壓自來水對倒置的待洗瓶進行沖洗。 并且把洗滌液過濾后回收循環(huán)利用。首先，洗滌液依靠重力 的作用 通過單向閥和管道泵 2 流入高壓泵的進水口，并經(jīng)其加壓后 對噴頭供水，沖洗待洗瓶。沖洗后的洗滌液從噴箱流入出水管，在其中管道泵 1的作用下及時的被 ” 吸入 ” 到洗滌液箱中。當沖洗時間達到時間繼電器 Ⅱ 的設定時間時， 自來水支路的電磁閥接通，自來水便通過高壓泵進入噴頭沖洗待洗瓶，與此同時，自來水的水壓使得洗滌液支路的單向閥關閉，即洗滌液停止供水，管道泵 1 內部的浮子開關使得其電路斷開，停止工作。而 管道泵 2也由于時間繼電器的作用停止了工作。當洗滌液和自來水沖洗的總時間達到時間繼電器 Ⅰ的設定時間時，系統(tǒng)斷電，沖洗完畢。 東北大學繼續(xù)教育學院（自考）畢業(yè)設計論文 10 圖 7 系統(tǒng) 工作原理圖 1 加熱器 2 逆止閥 3 電磁閥 4 噴頭 5 夾持 6 待洗瓶