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师生协同以旋转蒸发装置改进为例
李万忠,韩玮娜,李义清,赵春贞,王晓红
（潍坊医学院药学院,山东潍坊261053）
摘 要：针对现有蒸发装置真空水泵水温不恒定与水浴锅不能随意调节高度,提出相应改进办法,设计一种冷却效果好、效率高、功能更完善的旋转蒸发装置,并对该装置特征及优点进行阐述.该装置改进设计不仅可使学生从天然药化实验中建立创新意识,而且能够帮助学生树立起自主知识产权保护意识,推动综合性、创新性与探究性实验有机结合,对于药学创新型应用人才培养具有一定的启示作用.
关键词：旋转蒸发装置；协同创新；冷却器；改进
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）01-0160-02
旋转蒸发装置广泛应用在天然药化实验中,用于减压条件下连续蒸馏挥发性溶剂,主要进行浓缩萃取液体、层析液及提取液,达到分离纯化和富集目标产物的目的.虽然目前所用旋转蒸发装置功能基本满足实验需要,但在教学科研应用中,仍然发现真空水泵水温不恒定与水浴锅不能随意调节高度等不足之处.基于此,师生协同创新设计一种旋转蒸发装置,解决现有装置中真空度不能恒定问题.
一、现有装置不足
我们药学院药学专业开放性实验中,虽然旋转蒸发装置技术参数满足了学生的基本需要,但应用中发现一些问题：降低水箱水温主要方法是停机,更换新鲜冷水,换水操作影响工作并麻烦；回收大量液体时,当前所用水浴锅多半为固定不动,不能随意调节水浴锅高度,凭借人工在锅底垫放物品,此设计一定程度上影响蒸发效率.
二、已有装置改进
针对目前蒸发装置存在问题,进行可能方案设计,从多种备选方案中确定较优设计,见图1.在此基础上,逐步完善旋转蒸发装置功能.
第一,真空水泵内设有冷却器,由外罩、位于外罩内的蛇形管构成,外罩顶部、底部均设开口,外罩侧壁上设有进水口与出水口,维持真空水泵中水温.
第二,所述真空旋转蒸发装置,特征在于基架由机座、固定在所述机座上端的竖直支架、垂直固定在所述支架上的横梁,横梁上设有升降机构,便于调节水浴锅高度.
第三,所述真空旋转蒸发装置,特征在于保温盖上设有气孔,内壁上固定有吸附层,防止工作过程中产生气雾,影响操作者观察内部变化.
第四,所述真空旋转蒸发装置,特征在于冷凝器底端连接有缓冲瓶,缓冲瓶上设有隔阻阀；缓冲瓶底端连接有接收瓶,接收瓶口处设有通气阀,便于连续状态下移除冷凝液.
三、装置实施改进
为清楚说明旋转蒸发装置改进技术方案,对方案实施或现有技术描述中所需附图作一简单介绍.（1-基架；2-真空水泵；3-冷凝泵；301-第二进水口；302-第二出水口；4-冷凝器；401-气管；402-第一进水口；403-第一出水口；501-液压缸；502-导向杆；503-导向杆座；504-托盘座；505-水浴锅托盘；506-定位杆；507-弹簧；508-调节螺母；509-行程撞块；510-行程开关；6-冷却器；601-第三进水口；602-第三出水口；603-通孔；701-吸附层；702-气孔；8-缓冲瓶）由图1~2所示,一种真空旋转蒸发装置,包括旋转蒸发仪、真空水泵2、冷凝泵3.旋转蒸发仪包括基架1、固定在基架1上的冷凝器4,冷凝器4设有气管401、第一进水口402、第一出水口403,真空水泵2通过真空管与气管401连接,冷凝泵3设有第二进水口301、第二出水口302,真空水泵2内设有冷却器6,冷却器6由外罩、位于外罩内的蛇形管构成,外罩顶部、底部均设开口,外罩圆周侧壁上设第三进水口601、第三出水口602,第三进水口601与第三出水口602对称设置,第三进水口601、第三出水口602分别与蛇形管进水端、出水端相连,外罩圆周侧壁上还设多个通孔603；第一出水口403、第三出水口602均通过水管与第二进水口301相连；第二出水口302分别与第一进水口402、第三进水口601通过水管相连,即冷凝泵3进水管接通冷凝器4和真空水泵2中冷却器6出水管,冷凝泵3出水管接通冷凝器4和真空水泵2中冷却器6进水管,此连接保证水泵2水箱中水温恒定,维持稳定真空度.
基架1由机座、固定在机座上端的竖直支架、垂直固定在支架上的横梁,横梁上设升降机构.由图3~5所示,升降机构包括液压缸501,液压缸501通过螺丝固定在横梁上；托盘座504,托盘座504固定在液压缸501活塞杆头上；导向杆座503,导向杆座503通过螺栓固定在横梁上；导向杆502,固定在导向杆座503上,导向杆502一端固定在托盘座504上；行程撞块509,固定在导向杆502另一端上；行程开关510,固定在液压缸501缸筒侧壁上；水浴锅托盘505,固定在托盘座504上,水浴锅可放置在水浴锅托盘505上,随液压缸501活塞杆头上升或下降.
托盘座504为圆形盘,托盘座504中心位置上设液压杆连接螺丝孔,托盘座504在圆周方向上设四个圆孔,用于螺丝穿过且将水浴锅托盘505固定在托盘座504上.托盘座504在圆周方向上固定有四个定位杆506,定位杆506上套接有弹簧507,弹簧507底端设调节螺母508,弹簧507弹性位移由调节螺母508控制,托盘座504向上承重力由弹簧507弹力决定.托盘座504上还设导向杆连接螺丝孔,便于导向杆502安装固定.
一种真空旋转蒸发装置还包括固定在水浴锅托盘505顶端水浴锅；水浴锅由内胆、包覆内胆的加热套、位于内胆顶端保温盖构成,保温盖内壁上固定吸附层701；保温盖上设气孔702,冷凝器底端连缓冲瓶8,缓冲瓶8上设隔阻阀,缓冲瓶8底端连接收瓶,接收瓶口处设通气阀,真空管上设真空调节阀和真空表,冷凝器4侧壁为双层结构,内外层间充满冷却介质,使得冷却效果更好.
四、装置改进效果
通过改进蒸发装置,完善装置使用功能,提高减压浓缩效率,可连续进料操作及接受冷凝液,减少挥发有机溶剂损耗,降低溶剂对环境的污染.通过学生参与蒸发装置改进,既可满足药学学生开设综合性试验、创新性实验与探究性实验要求,同时培养同学协同创新与学以致用能力.
五、小结
第一,基于影响装置使用效率的因素,加之操作中所发现不足,对现装置相应改进：真空水泵中设计冷却器,基架横梁上设升降机构,保温盖内壁上固定吸附层,冷凝器底端连缓冲瓶,设有隔阻阀,接收瓶口处设通气阀,满足药学专业师生实验需要.
第二,在专业老师指导下,以学生为中心,利用开放实验与本科助研活动,通过已有装置不足→师生讨论设计→方案完善改进→设备自主研制,申请国家发明专利与实用新型专利,树立自主知识产权保护意识,逐步培养同学们的应用能力和创新意识.
参考文献：
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[4]杨宏,李国辉.走自制实验设备之路,促进实验教学改革[J].实验技术与管理,2013,30（1）
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