甲醛穿孔萃取仪的构造对仪器性能的影响

快盈2 我国人造板行业在采用甲醛穿孔萃取仪时，并没有照搬欧洲标准中的操作方法，而是另外做出了一些规定。GB/T 17657—1999 《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》在 4.11.5.1仪器校验一节中指出：“调节加热器，使回流速度保持为每分钟30 mL”， 在4.11.5.4萃取操作一节中，又重申了对回流速度的上述要求，同时还规定：“回流时萃取管中液体温度不得超过40 ℃，若温度超过40 ℃，必须采取降温措施，以保证甲醛在水中的溶解。”笔者通过萃取实验的实际操作和观测，认为GB/T17657—1999规定的内容，在实际工作中难以实施。主要是因为现有萃取仪的性能无法满足标准的要求，具体表现在以下3个方面：*、回流速度难于测定；第二、当采取特殊方式对回流速度进行测定时，结果发现萃取仪的回流速度比规定的每分钟30 mL低很多；第三、适应环境温度的性能不能满足需要，特别是那些不具备控温条件的实验室，低温环境下可能造成液—液萃取不充分，而在高温环境下，则难以做到萃取管中液体温度不超过40 ℃。

快盈2  目前，普遍使用的萃取仪的性能处于一种怎样的状况，是什么原因使其不能满足GB/T 17657—1999的要求，应该从哪里入手来加以解决，或者如何来协调国标要求与仪器性能之间关系，这些是本文下面所要探讨的问题。

1 萃取仪构造的关键部位和气体液体的运行情况

1.1 萃取仪构造的关键部位

快盈2萃取仪的整体构造如图1 所示，图2 是图1 的局部放大示意图。关键部位一，由图2 可以看到，边管上端出口，位于萃取管上端磨口下方附近；关键部位二，由图2 可以看到，萃取仪部件之间的连接，由萃取管上端磨口到交换接管再到冷凝管，口径显著变小；关键部位三，由图1 可以看到，萃取管中没有降温装置。

1.2 气体液体的运行情况

快盈2萃取仪构造的关键部位，决定了甲苯甲醛的气体和液体在仪器中的运行情况。烧瓶中的甲苯从试件中萃取出甲醛，甲苯甲醛混合气体沿边管上升，从边管上口出来后，会首先扩散充满萃取管，此时可以看到管壁上有甲苯甲醛混合冷凝液冷凝下来；同时还有一些混合气体会向上扩散到交换接管或到达冷凝管，由于冷凝管本身较长，所处的位置又较高，由萃取管上端磨口到交换接管再到冷凝管，口径显著变小，所以混合气体一般只能进入冷凝管下半段中很短的一段，使得冷凝管的冷凝效率一般都较低，这从冷凝管管壁被加热的长度和冷却水出

快盈2水口温度可以得知。混合气体变成混合冷凝液滴入穿孔管，从穿孔管底部的砂芯滤板穿出进行液—液萃取，而萃取管壁上冷凝的混合冷凝液未能进行液—液萃取，与穿孔上来的甲苯一起流回烧瓶，继续加热和萃取循环，直至达到规定的实验时间为止。

2 萃取仪构造对其性能的影响

现有萃取仪的构造如上所述，对其性能的影响有以下3 个方面。

2.1 回流速度难于测定

2.1.1形成冷凝液滴的位置较多 这是回流速度难于测定的原因之一。就目前所使用的萃取仪来说，测定回流速度，只能采取测定混合冷凝液液滴的方式，而没有第2种方式。虽然GB/T 17657—1999中没有指明混合冷凝液滴下的位置，也没有具体的操作步骤说明，但是可以认为，单位时间内滴入穿孔管的混合冷凝液量，就是甲苯的回流速度。除此之外的冷凝液回流，对液—液萃取没有实际意义，这也就确定了形成液滴的位置应该是在穿孔管漏斗口的正上方。然而，由于产生这些液滴的位置一般至少有2处，且每1处可能不止1个滴液点（至于液滴大小的问题，这里暂且忽略），每1个滴液点都需要1个人进行观测计数。

2.1.2液滴速度过快 这是回流速度难于测定的第2个原因。因为混合冷凝液主要是由大量甲苯溶有少量甲醛构成，当蛇冷管末端直径为7.5 mm时，30 mL甲苯流过蛇冷管末端，可以形成大约750个液滴，换算得到12.5滴/s以上，这样快的液滴速度，实际巳形成了甲苯液流，人的肉眼无法分辨。多数蛇冷管的末端直径为5 mm左右，30 mL甲苯会形成更多的液滴，液滴速度也就更快。在2.1.1中提到形成冷凝液滴的位置较多，如果有2个滴液点，按回流速度30 mL/min， 平均每个滴液点的回流速度约为6.25 滴/s；如果有3个滴液点，平均每个滴液点的回流速度约为4.2 滴/s，速度也还是比较快的，观测计数仍然比较困难。然而问题并不如此简单，还存在着下面的问题。

2.1.3观测位置有干扰 快盈2这是回流速度难于测定的第3个原因。当环境温度较高时，观测滴液位置附近虽然可以裸露，不必包裹保温材料，但是会受到雾汽或玻璃反光的干扰而看不清楚；另外有的滴液点与玻璃仪器磨口处于同一水平位置，磨口有一定的高度，会遮挡住液滴形成的位置，若在液滴下落的过程中观测，液滴自由下落可供观测的距离较短，一般为20～50 mm 之间，观测难度较大；当环境温度较低时，为了达到充分萃取，保证萃取实验的完成，就需要在萃取管的上半段至交换接管处包裹保温材料，这样就*遮挡住了视线，实际上无法进行观测。

上述3个原因导致回流速度难于测定，所以到目前为止，还没有听说哪个实验室测出了萃取仪的回流速度。

2.2回流速度低

回流速度低，达不到GB/T 17657 —1999的要求。前面虽然说了回流速度难于测定，但是为了专门测定回流速度，笔者借助其他辅助装置进行了这项测定。具体的做法就是使用1个特殊的漏斗，如图3所示，架在穿孔管口上（见图4），漏斗下部为半圆球形，半圆球直径为28 mm，半圆球侧面开四个孔，实测10 mL甲苯可以形成约118个液滴。使用上述漏斗，在环境温度24 ℃左右，加热器功率300 W（zui大功率）的条件下，对萃取仪的回流速度进行测定，一般能够达到20 mL /min左右。当环境温度达到27 ℃左右，回流速度增大不显著，而萃取管中液体的温度往往会达到或超过40 ℃。对于回流速度低且难于测定这一问题，目前几乎所有的实验室，都不约而同的采取模糊处理的做法，就是对于实验过程是否符合规定要求不去深究，只按规定的时间进行试验。由于GB/T 17657—1999规定的萃取时间足够长，所以在适宜的环境温度条件下，基本上都能够萃取充分。据有的实验室的研究报告称：以现有的萃取仪在常温下进行萃取实验，游离甲醛达到zui大值拐点所需的时间为60 min 左右。

2.3 适应环境温度的性能不能满足需要

2.3.1高温环境下水溶液温度超过40 ℃ 当环境温度较高时，在萃取管壁上冷凝下来的混合冷凝液相对较少，进入穿孔管的混合冷凝液则相对会多一些，回流速度一般也达不到30 mL /min。由于冷凝管的热交换效率低，带走的热量有限，混合气体在萃取管中，一方面通过萃取管壁向外散发热量，另一方面则通过穿孔管壁使热量传送到混合冷凝液中。混合冷凝液再将热量传送到水溶液中，由于萃取管中没有降温装置，水溶液只能通过萃取管向外散热。在高温环境下，水溶液向外散热相应变差，因此，一般当环境温度达到27 ℃左右的时候，水溶液温度往往会达到或超过40 ℃，这在没有控温条件的实验室是常见的现象。就是在北京，有控温条件的实验室，在夏季高温气候里，也会发生水溶液温度超过40 ℃的情况。原因是萃取实验需要开窗通风，户外高温会限制实验室降温的效果，因此高温环境的影响，是摆在实验人员面前一个需要解决的问题。

  GB/T 17657—1999规定：“回流时萃取管中液体温度不得超过40 ℃，若温度超过40 ℃，必须采取降温措施，以保证甲醛在水中的溶解。”采取何种降温措施，GB/T 17657 — 1999 中没有说明，根据其他实验室的经验，大概有2种方式：外部降温和内部降温。所谓“外部降温”，就是使环境温度降低（如空调降温），以达到水溶液降温的目的。不具备控温条件的企业实验室，有的采用在萃取管外部毛巾蘸水冷敷萃取管降温；还有采取萃取管外缠绕软管，软管内通入冷水给萃取管降温的。这后2种做法不仅麻烦，降温效果也十分有限。所谓“内部降温”，就是降低加热器功率，通过减少烧瓶中甲苯的蒸发量，来减少热量的供应，或者说以降低回流速度为代价的降温方式，这种方式调整不得当时，可能会造成液—液萃取不充分，使甲醛测试值偏低。

 2.3.2低温环境下可能造成液—液萃取不充分 快盈2当环境温度低到一定程度时，回流速度就会很低，此时可能造成甲醛液—液萃取不充分，使得测试值偏低，这种情况在个别实验室曾经发生过，但并不是多见。原因是在较低的环境温度下，实验人员自身也会感到寒冷，所以总是会想方设法提高室温。另外，由于GB/T 17657—1999对甲醛萃取试验规定的时间足够长，从见到*滴冷凝液到停止加热有两个小时之多，虽然目前所用萃取仪的回流速度在低温环境下会更低，但是由于较长的加热时间，可以在一定程度上弥补其不足。发生上述情况的zui初现象是：从开始加热至混合冷凝液穿出的时间会显著延长，其后可以观察到：在萃取管壁上的混合冷凝液较多，从穿孔管穿出的液滴，比正常环境温度下。