蠕動泵在化學反應過程中的應用

蠕動泵( Peristaltic Pump) 又称通道泵、胶管泵等,是 20 世纪 50 年代产生和发展起来的一种新的泵类。由于被输送的流体运动缓慢,又呈脉动的方式向前流动,犹如爬行动物蠕动前行,故称蠕
 
[1]69
动泵 。
 
近年来,随着科学技術的飞速发展,蠕動泵已经广泛用于各领域,如生物医学工程、化工、制陶、水处理以及食品饮料中文字幕亚洲等216。文献[1,]3指出,国外蠕動泵的中文字幕亚洲已经具有很大规模,如英国
 
WATSON-MARLOW 公司中文字幕亚洲 7 个系列的数十种蠕動泵; 瑞士 ISMATEC 公司也中文字幕亚洲 7 个系列的蠕動泵,流量范围从 0. 001 ~ 13000mL /min,通道数从单通道到 24 通道,而且可通过串口与 PC、MCU
 
等连接,实现智能控制; 美国 COLE-PARMER 公司也有专门中文字幕亚洲蠕動泵的工厂。国内少数几家从事蠕動泵的研发和中文字幕亚洲的公司也初具有规模,如保定兰格恒流泵有限公司中文字幕亚洲 6 个系列的数十种蠕動泵; 保定创锐泵业有限公司中文字幕亚洲 5 个系列的数十种蠕動泵,包括基本型、流量型、分配型、工业型和防爆型; 慧宇伟业( 北京) 流体设备有限公司以北京
 
科技大学、哈尔滨工业大学、河北工业大学、河北联合大学等多所高等院校为依托,中文字幕亚洲 2 个系列的数
 
十种蠕動泵。
 
1 蠕動泵工作原理
 
蠕動泵主要由驱动器、泵头、软管和控制单元组成( 图 1) 4,靠密封的工作容積的變化進行工作,所輸送的液體、氣體、漿狀物料等在密閉的軟管內流動。軟管從泵頭的一端伸到另一端,在弧形壓力板的作用下被擠向壓輥。所有的壓輥均勻地固定在轉子周圍,驅動器驅動轉子轉動,從而使壓輥
 
[5]
周期性地挤压软管外壁 。

蠕動泵在化學反應過程中的應用 61

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图 2 蠕動泵工作示意图
 
如图 2 所示,当压辊挤压软管时,将软管压扁,从而将软管中的流体挤压出去; 当压辊压过软管后,软管弹性恢复,形成局部真空,将后面的流体抽吸进来,以备在下一轮挤压过程被挤压出去。只要这种挤压过程连续不断地进行,对流体的抽吸和输送也就不断地形成,从而造成一定的流体从泵头的一端吸入,由泵头的另一端送出。显然,蠕動泵的流量与压辊挤压软管的速度、软管的口径和其他结构参数有关,从而可按要求改变流量。在同一个泵头上同时挤压多根软管,则可同时输送多个通道的
 
[1-2,7,15-16]
流体 。
 
2 蠕動泵在化學反應過程中的應用
 
众所周知,化学反应具有一定的危险性,这就要求实验者必须具备一定的实验素质和操作水平。在给反应釜中添加反应原料时,也需要精确操作,操作者劳动强度较大。而采用蠕動泵进料,可以替代传统实验方式下大量的人工操作,极大地减轻实验人员的劳动强度,提高实验效率和科研成果的产
 
出效率。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图 3 蠕動泵在化学反应过程中应用
 
如图 3 所示,蠕動泵分别与装有不同原料的原料锅相连,通过调节各个蠕動泵的运行状态,达到
 
控制原料鍋向反應釜中進料的目的。
 
2. 1 蠕動泵在化學反應過程中的應用优势
 
采用蠕動泵代替人手在化学反应过程中给反
 
[1,7,12,15]
應釜送料,具有以下優點

在軟管裏流動,不與泵體接觸,避免了泵體對原料的汙染,減少化學反應時雜質的影響。同時也不會因原料的腐蝕性損壞泵體的機械元件。
 
2) 蠕動泵启动时无须灌泵,自吸能力强,可产生足够的真空吸力将原料从原料锅中吸到软管里,从而可通过调节软管长度使蠕動泵的安装位置变
 
得靈活。
 
3) 蠕動泵结构简单,适应性强,适合输送高黏
 
度、大比重的反應液。
 
4) 泵體無泄漏、無密封等特殊要求,杜絕了因泄漏化學反應原料而造成的損失和汙染。泵停機
 
時壓輥本身就起到閥門的作用,防止倒流。
 
5) 蠕動泵的作用敏感、吸排稳定,能被控制用
 
于連續泵送化學原料,也可用于自動化管理。
 
6) 蠕動泵流量精度高,易于实现微量和超微量抽液、加液和滴液。在各种原料输送和配制时定
 
量准確,簡單而可靠。
 
7) 每个原料锅由一个蠕動泵独立控制,各原料泵送互不干扰,易于合成各种比例的溶液。
2. 2 蠕動泵软管的应用要求
 
蠕動泵的应用范围十分广泛,能够适用于各种化学反应原料的输送,关键在于它有封闭的泵腔———软管,软管的性质决定了蠕動泵的使用条
[1]71 。在化学反应过程中,减少蠕動泵软管对反
應原料的影響顯得尤爲重要。軟管需滿足以下幾個條件。
 
[6]39 ,即軟管徑向受壓後能
1) 具有自彈恢複性
迅速恢复到挤压前的内腔饱满状态。用于化学反应过程的蠕動泵长期运行,软管接触化学原料,长期受高强度挤压,如果自弹恢复性不好,会影响管道内径均匀性,或使得软管内径变小,进而影响蠕動泵的输送精度和反应实验结果。因此,软管需定期检查、更换。在转子转速一定的情况下,观察蠕動泵使用过程中的流量变化情况,能监测软管是否受损。
 
2) 具有一定的耐磨、耐壓性,即軟管在不斷的
 
[6]39
 
挤压和摩擦作用下要有较长的寿命 。蠕動泵在工作时,弧形压力板把软管挤向压辊,压辊随转子转动而周期性地挤压软管外壁。随着时间的推移,如果软管耐磨、耐压性差,软管外壁极易出现坏损,若不及时更换,会发生原料泄漏现象。然而,频繁更换软管又会造成经济上的浪费,降低工作效率。
 
3) 對所泵送的酸、堿、腐蝕性原料有抗耐

 
限性。现在一般采用的是基于 PLC 控制的数字化蠕動泵,可以作为精确流量控制的系统。如图 4 所
示,在這個控制系統中,驅動裝置采用步進電機,與伺服電機相比,步進電機成本低,且其運行速度及運行方向也容易控制,啓動和停止迅速,步距
[11]
精确   。
62 北 京 印 刷 学 院 学 报 2013 年
           
[6]39 和化学相容性。蠕動泵工作时,软管是在压 [9]    
缺點    
力條件下與化學流體接觸的,這就需要軟管具有比 3  蠕動泵的控制
普通管道更高的化學相容性級別和抗耐性,否則,
       
軟管會失效或出現破裂滲漏,造成泵的損壞或事 在使用蠕動泵做驱动装置的流量控制系统中,
故。只有確保軟管的抗耐性和化學相容性,才能使 蠕動泵的运行状况,特别是泵速的稳定性,直接影
其具有良好的泵送性能及安全性能,完成正常的泵 响着系统的流量精度。传统的蠕動泵主要是机械
送化學原料工作。某些酸液或溶劑在與軟管接觸 控制,不能實現流量流速的量化控制,特別是不能
數小時或數日後,哪怕只是微量,也會對軟管造成   [10] ,對于化學研究具有很大的局
作更精確的輸出
足夠的破壞。在使用軟管泵送原料時,應核查溶液中的每一種化學物質,以確保它們都能與所選擇的

 
軟管相容。
 
2. 3 蠕動泵常用软管举例
 
[1] [4] 列舉了幾種常用的適合
張萬成 、李想等
在化学反应过程中给料的蠕動泵软管。
 
1) 硅橡胶管,由分子结构为二有机硅氧烷的硅橡胶制成,柔性、耐热性、耐寒性、耐老性和耐曲挠性都比较好,在高温 200 ~ 300℃ 以下仍可使用,在 - 60℃ ~ - 70℃ 不发脆,长期在空气中不发黏,不龟裂,表面活性好、不降解,但耐碱性有待改进。这种软管适于输送中等强度或者氧化性的化学药品、臭氧、高浓度氢氧化钠等,不宜输送低浓度氢氧化钠、浓酸、某些溶剂和油品。
 
2) 氟橡胶软管,适于输送酸类、溶剂、某些燃料油以及较高温度下的大多数化合物,**高使用温度 120℃ 以上,不宜输送卤素元素、碳氢化合物溶剂、苯酚和一些侵蚀性酸类。
 
3) 丁基橡胶软管,适于输送动、植物油脂,各种油类,滑润脂,臭氧,强烈氧化性化合物等。**高使用温度为 80℃ ,要避免接触石油溶剂和煤焦油溶剂。
 
4) 氯丁橡胶软管,适于输送中等强度的化学药品和酸类、臭氧、油脂、滑润脂、许多油品和溶剂,**高使用温度 80℃ ,应避免接触氧化性酸类。
 
5) 聚氯乙烯軟管,適于輸送中等強度的化學藥品、動物油品、酸類和酒精等,**高使用溫度
 
60℃ ,對于濃酸、某些油品和溶劑不宜使用。
 
上海橡膠制品研究所研制的氟矽膠管爲半透明細膠管,具有良好的彈性和一定的機械強度,並且耐油、耐溶劑、耐酸堿和其他有腐蝕性溶劑的
[8]
侵蚀 。
 
迈图公司用 92506 硅橡胶中文字幕亚洲的蠕動泵用硅橡胶泵管性能稳定,具有耐磨、变形小、回弹性好等特点,克服了普通硅橡胶过氧化物硫化及普通加成型硅橡胶中文字幕亚洲泵管产生的易粘连或计量不准确等
 

图 4 蠕動泵控制系统结构框图
 
1) 硬件部分。硬件部分主要爲控制面板、PC
 
機、PLC 控制器、步進電機驅動器。PLC 按需采用不同廠家的系列中文字幕亚洲。PLC 采用軟件來改變控制過程,並有體積小、組裝靈活、編程簡單、抗幹擾能力強及可靠性高等特點,被人們稱爲現代工業控制
 
[13]
三大支柱之一 。
 
2) 软件程序部分。可以根据不同厂家的硬件采用相关 PLC 编程软件来进行梯形图的编写。通
 
常的 PLC 编程软件能进行程序开发、维护、在线监控、诊断。由于运用了梯形图逻辑测试功能,能够更方便地进行调试作业,既可以通过 PC 机来控制
 
[14,17]
PLC 操作,也可以通过触摸屏面板来控制
 
4 结 语
 
蠕動泵在各领域有着广泛的应用,在化学反应过程中更有良好的应用前景。蠕動泵能够精确地控制化学反应过程中的原料添加,有利于提高化学实验结果的准确性。通过分析蠕動泵化学反应过程中的应用特点和优势,阐明蠕動泵应用于化学反
 
( 下转第 68 页)

68 北 京 印 刷 学 院 学 报 2013 年

 
向**終用戶,可管理的顆粒度**細,而認證服務器
 
Radius Server 选择放在核心 3 层交换机 Cisco6509
 
的服务器网段,通过防火墙隔离,在 RadiusServer
 
和交換機通信距離**長,可測試的範圍**廣。
 
Cisco6509 FWSM 模块配置:
 
源中文字幕亚洲: 0. 0. 0. 0 源端口: any
 
目的中文字幕亚洲: 202. 205. 107. 129 目的端口:
 
1812 /1813 /80
 
动作: 允许
 
表示只允许任何网内中文字幕亚洲访问 Radius 服
 
務器特定認證和計費端口。
 
ACL 配置:
 
Access - list 101 permit ip host 202. 205. 107. 129 any
 
#interface vlan switch #ip access - group 101 in
 
表示只允许 RADIUS 服务器访问交换机网段,
 
可以发送 EAPOR 报文。
 
4 结 语
 
本研究是在中型宽带网络接入认证方面提出了一个较新和通用的技術方案初样,设计了对内网安全防范有针对性的服务器和客户端,拥有**佳性

价比。基于 802. 1X 协议扩展的RADIUS 服务器客户端架构使校园网在控制内网安全方面达到**优,并减少网络资源的开销有效控制网络介质的访问,
 
不失爲校園網實施安全接入控制的較好選擇。
 
 
 
參考文獻:
 
[1] 彭伟. 使用 802. 1X 实现校园网认证[J]. 计算机应用,2003,
 
23( 3) : 27-29.
 
[2] 陈群. 选择无线局域网的安全策略[J]. 计算机安全,2008,18
 
( 10) : 43-46.
 
[3] 袁建国,方宁生,姜浩. 802. 1X: 基于端口的访问控制协议
 
[J]. 微机发展,2005,15( 12) : 160-163.
 
[4] IEEE 802. 1X 协议介绍[EB /OL]. [2013 - 10 - 2] http: / /
 
wenku. baidu. com /view /90a6e5e79b89680203d8253a. html.
 
[5] 曹垣亮,彭国荣,彭奥. 需求推动下高性能 RADIUS 软件架构
 
设计[J]. 数据通信,2005( 6) : 43-46.
 
[6] Peter Eeles. 架构实战: 软件架构设计的过程[M]. 北京: 机械工业出版社,2010.
 
[7] Christopher M. King,Curtis E. Dalton,T. Ertem Osmanoglu. 安全体系结构的设计、部署与操作[M]. 北京: 清华大学出版社,2003.
 
[8] Radius认证服务器的配置与应用[EB /OL]. [2013-10-2] ht-
 
tp: / /wenku. baidu. com /view / 99c174abd1f34693daef3e34. ht-
 
ml.
 
( 责任编辑: 邱林华)

 
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应过程的可行性,简述了适用于化学反应过程的蠕動泵软管和一种常见的蠕動泵控制方案。