【文章內(nèi)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(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（自考）畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 前言 能夠快速的把實(shí)驗(yàn)瓶刷洗干凈一直是實(shí)驗(yàn)工作者的追求，化學(xué)老師做實(shí)驗(yàn)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(xì)頸瓶，由于結(jié)構(gòu)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(qiáng)度。此外，大量洗滌液的排放造成了資源的浪費(fèi)和對環(huán)境的污染。 通過查找相關(guān)資料，我們發(fā)現(xiàn)目前還沒有適用于清洗細(xì)頸瓶的機(jī)器。基于此況 ，為了在短時間內(nèi)將實(shí)驗(yàn)用細(xì)頸瓶沖洗干凈且使洗滌液循環(huán)利用，我設(shè)計(jì)了該實(shí)驗(yàn)用細(xì)頸瓶清洗機(jī)。 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（自考）畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 1 實(shí)驗(yàn)用細(xì)頸瓶清洗機(jī) 發(fā)展?fàn)顩r以及研究意義 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)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(jī)器。主要有 單端全自動洗瓶機(jī)和雙端全自動洗瓶機(jī)以及三片罐洗瓶機(jī)等。最近，合肥某公司又生產(chǎn)了處于國內(nèi)領(lǐng)先地位的 YPWT 型雙端洗瓶機(jī)，主要用于乳品飲料回收瓶的洗滌和消毒 [1]。 但是，在清洗實(shí)驗(yàn)室的器皿方面，我國大部分實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)用細(xì)頸瓶，其形狀特殊，清洗非常不方便， 只有很少一部分醫(yī)學(xué)或者化學(xué)實(shí)驗(yàn)室采用了超聲波清洗的方法。 圖 1 實(shí)驗(yàn)用細(xì)頸瓶 在國外，有一些國家 主要是德國 研究生產(chǎn)了相關(guān)的設(shè)備： 20xx 年， 德國 生產(chǎn)了 RIEBESAM 系列實(shí)驗(yàn)器皿清洗機(jī) [2]， 如圖 2 所示： 整機(jī)采用不銹鋼材質(zhì)，規(guī)格齊全，性能卓越， RIEBESAM 系列產(chǎn)品 能夠 滿足以下需要： 一臺最高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)清洗、消毒與干燥設(shè)備；具備卓越的性能特點(diǎn)；具備選擇功能；最適宜的性價比。 RIEBESAM 實(shí)驗(yàn)玻璃器皿清洗機(jī)基本配置包括：清洗溫度：可任意選擇，最高可達(dá) 93℃ ；主清洗循環(huán)隨意選定：從 1 秒至 99 分鐘；現(xiàn)代預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)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(dá) 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(jī)或計(jì)算機(jī)接口，全程記錄清洗過程（依據(jù) DIN ISO 9000 系列標(biāo)準(zhǔn)）；高通量循環(huán)泵；清潔劑東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（自考）畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 與中和劑雙液體定量供料泵，可選擇功能擴(kuò)展；儀器內(nèi)外全部采用不銹鋼材質(zhì)；高性能聚酯加熱與噪音絕緣。 且 RIEBESAM 實(shí)驗(yàn)室玻璃清洗機(jī) 93℃ 熱消毒 10 分鐘已獲完全認(rèn)可，另外在 70℃ 條件下化學(xué)熱消毒也或德國有關(guān)機(jī)構(gòu)注冊認(rèn)可。所有機(jī)型符合 GMP 規(guī)定并獲認(rèn)可。 此外， Miele 公司于 20xx 年推出嶄新設(shè)計(jì)的 G7883 及 G7883CD 清洗機(jī)， 如圖 3 所示：其 洗得更干凈，更安靜，也更安全。其 用于清洗實(shí)驗(yàn)室玻璃器皿， 是 專門化設(shè)計(jì)的全系列清洗系統(tǒng)產(chǎn)品。由清洗主機(jī)，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(diào)， 它 的清洗效果可以保證重復(fù)進(jìn)行分析試驗(yàn)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(yàn)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(rèn)如清洗溫度、過程及時間的正確性 ； 圖 2 RIEBESAM 實(shí)驗(yàn)器皿清洗機(jī) 圖 3 G7883 實(shí)驗(yàn)室玻璃器皿 清洗機(jī) 發(fā)展趨勢 與研究意義 對于 實(shí)驗(yàn)用細(xì)頸瓶清洗機(jī)來說，其主要發(fā)展方向是：（ 1）適用性強(qiáng)：一臺機(jī)器可以洗滌不同種類，不同規(guī)格的實(shí)驗(yàn)瓶。（ 2）效率高：由于某些實(shí)驗(yàn)受到溫度，時間等條件的制約，所以需要實(shí)驗(yàn)瓶及時的洗干凈，最好可以保證不同規(guī)格的瓶同時進(jìn)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(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（自考）畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 限度的減小勞動者的工作強(qiáng)度，機(jī)器的設(shè)計(jì)應(yīng)操作簡便而運(yùn)行敏捷。 本 實(shí)驗(yàn)用細(xì)頸瓶清洗機(jī) 能夠在較短的時間內(nèi)把多個實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了自動化， 不但很好的解決了化學(xué)實(shí)驗(yàn)用細(xì)頸瓶的清洗問題， 還 可以推廣應(yīng)用到其他的各個洗瓶領(lǐng)域當(dāng)中， 如生物分析實(shí)驗(yàn)和醫(yī)學(xué)分析實(shí)驗(yàn) 。 2 方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 （ 1） 保證把瓶沖洗干凈，即在待洗瓶沖洗后，其內(nèi)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(jī)接觸到化學(xué)物質(zhì)的部分的材料要耐腐蝕，且不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 （ 4）保證該實(shí)驗(yàn)用細(xì)頸瓶清洗機(jī)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(shí)驗(yàn)用細(xì)頸瓶清洗機(jī) 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(xué)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(nèi)外進(jìn)行噴射，利用洗滌劑的化學(xué)能和液流動能來去除瓶內(nèi)污物。此時，液體的壓力很重要。 （ 3）刷洗： 用旋轉(zhuǎn)的毛刷將瓶內(nèi) 的污物刷洗掉。由于是機(jī)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(shí)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(shí)驗(yàn)用細(xì)頸瓶而言，其瓶口細(xì)長，瓶身較大，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)者是采用人工的晃動并輔以刷洗進(jìn)行清洗的，由于刷子很難接觸到瓶內(nèi)所有的點(diǎn)，所以費(fèi)時費(fèi)力，綜合上述方法，該清洗機(jī)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(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（自考）畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 的瓶，可以先浸泡一會，再進(jìn)行噴射。 噴頭的選擇 本機(jī)的 噴頭 應(yīng)該有較好的霧化效果， 極大限度的保證噴射水 與待洗瓶內(nèi)壁的接觸面積，而對 漂移問題 可以忽略，此外，由于細(xì)頸瓶的瓶口非常小，所以對噴頭的體積應(yīng)予以限制。 噴頭 在植保機(jī)械領(lǐng)域中使用的 最 多，本機(jī)的設(shè)計(jì)在參考植保機(jī)械的噴頭的基礎(chǔ)上，對噴頭進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。目前的噴頭主要有 六 種： （ 1）實(shí)流噴頭：是一種簡單的壓力噴頭，產(chǎn)生的物體是一個實(shí)流體，主要用來測定流量。 該噴頭噴射 時只能噴射至一點(diǎn)，幾乎沒有霧化效果，所以不適合應(yīng)用在細(xì)頸瓶的清洗中 [5]。 （ 2）錐霧噴頭：液體在噴腔繞噴孔軸線旋轉(zhuǎn) ，噴出后，內(nèi)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(yùn)動軌跡相切，所以在噴出后形成一個圓錐體。 錐霧噴頭的關(guān)鍵部件是渦流片或渦流芯。其被廣泛應(yīng)用于手動噴霧器和園林噴霧機(jī)上。缺點(diǎn)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(jī)。 （ 3）扁扇噴頭：目前，扁善噴頭是應(yīng)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(jī)最常用的噴頭。 由于常規(guī)扁扇噴頭產(chǎn)生的霧體邊緣密度小于中間，所以在應(yīng)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(chǎn)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(xì)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(jī)械公司，噴頭生產(chǎn)廠家和相關(guān)的研究院都在做有關(guān)方面的研究試驗(yàn)。其突出特點(diǎn)是能產(chǎn)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(dá)目標(biāo)和目標(biāo)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(diǎn)。 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(diǎn)是在與標(biāo)準(zhǔn)扁扇壓力噴頭噴量相同的情況下能夠產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（自考）畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 螺旋縫隙液體通過小孔進(jìn)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(jī)應(yīng)用。 （ 6）轉(zhuǎn)子噴頭：轉(zhuǎn)子噴頭產(chǎn)生的霧滴較小，較容易隨風(fēng)漂移。 由于需要轉(zhuǎn)子，該噴頭的體積必然增大，無法伸進(jìn)待洗瓶之中，所以不適合本機(jī)。 綜合以上各個噴頭的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到清洗 細(xì)頸瓶的 噴頭的要求，以上的噴頭都不太適合本機(jī)， 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(nèi)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(jī)的設(shè)計(jì)參考了全自動洗瓶機(jī)的洗滌工藝。目前的全自動洗瓶機(jī) 主要有兩種：噴射式和浸泡噴射式。 前者的工藝是：預(yù)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(yù)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(xué)用瓶來說，實(shí)驗(yàn)者都是先用自來水沖洗，再用蒸餾水沖洗。 為了達(dá)到很好的洗滌效果，本實(shí)驗(yàn)用細(xì)頸瓶清洗機(jī)采用了如下的洗滌工藝：溫?zé)嵯礈煲簺_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(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（自考）畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 如圖 7 所示： 該清洗機(jī)依次采用高壓溫?zé)嵯礈煲?、高壓自來水對倒置的待洗瓶進(jìn)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(jìn)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(dāng)沖洗時間達(dá)到時間繼電器 Ⅱ 的設(shè)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(jìn)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(guān)閉，即洗滌液停止供水，管道泵 1 內(nèi)部的浮子開關(guān)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(dāng)洗滌液和自來水沖洗的總時間達(dá)到時間繼電器 Ⅰ的設(shè)定時間時，系統(tǒng)斷電，沖洗完畢。 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（自考）畢業(yè)設(shè)計(jì)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