（文件）关于焦耳热装置选型的建议
关于焦耳热装置选型的建议
近年来，焦耳热装置作为一种新型的加热方式逐渐受到越来越多科研工作者的关注。相比于传统管式炉，焦耳热装置升温速率快，使用温度高，在某些高温领域逐渐展示出其相比于传统管式炉无法比拟的优势。然而，由于焦耳加热用于化学研究是新出现的技术，而焦耳热装置的价格通常较为昂贵（相比于传统管式炉），而国家又没有出现相关的标准，各个生产厂家为了宣传自己的产品，往往过分夸大某些性能，而隐藏某些不足，导致用户选型困难，甚至出现某些用户因缺乏相关经验和知识而采购了不适合自己的使用要求的装置。
作为焦耳热研发厂家，为了给潜在用户避坑，本文对国内多种焦耳热装置的参数与性能进行介绍，并为用户提供一些选型相关建议。
那么，焦耳热装置选型中有哪些需要关注的参数和注意事项呢？
1. 需要关注设备的最大加热功率
在设备对发热体进行加热的过程中，可以忽略热传导造成的能量损失，则加热功率、升温速率、发热体的温度和发热体的比表面积之间的关系可以用下面的数学公式表示：
上式中，P——加热功率；
C-发热体的比热容；
dT/dt——升温速率；
M-发热体的质量；
ε-辐射体的发热率；
σ-黑体辐射系数；
A-发热体的比表面积，对于石墨管而言，A=πdl。
T-发热体的温度。
通过上述公式，可以看到，加热功率对最大升温速率、最高升温速度都是正相关的。
当设备升到最高温度时，dT/dt=0，此时上面的公式变为：
可以看到，Pmax决定了最高可以达到的使用温度Tmax
那么，P是不是越大越好？理论上来讲，P越大，升温速率越大，且能够达到的温度越高，但是，过大的加热功率意味着设备需要的电流和电压越大。如果采用220V供电，那么电流过大会导致空开跳闸；如果采用380V供电，那么用户的实验室需要考虑电路布线重新更改的问题。
我们生产的焦耳热管式炉采用最大加热功率3000-5000W，设备的工作电压220V，工作电流14-23A。大多数实验室可以不需要更改线路直接插入插线板即可使用。如果用户并不需要在2000℃的高温下长期使用，建议采用4000W的加热功率即可。
2. 需要关注最高温度和煅烧腔体
根据公式：
可以看到，在设备的最大加热功率下，发热体的最高使用温度和发热体的表面积程负相关的关系：发热体的比表面积越小，能够达到的最高温度越高。这也很好理解，要让温度越高，就要让能量越集中。
我们的产品会给用户配置多种石墨管以满足用户不同的使用场景。在1600℃以下使用的石墨管的煅烧腔体可以达到3.5毫升（即可以放置3.5g密度与水相同的物料），在1600℃以上使用的石墨管煅烧腔体为0.4毫升。后期我们还会进一步根据用户需求改进石墨管的腔体，以便能够在高温条件下也获得较大的煅烧腔体。
3. 红外测温探头的量程
红外测温探头的量程也是用户需要关心的参数。因为红外测温探头的量程决定了设备的工作温度范围。如果用户设置的温度低于红外测温探头的量程下限或者超过探头的量程上限，设备是没法工作的。
我们目前标配的红外测温探头量程是500-2500℃，当然也可以根据用户的特殊要求来配其他量程范围的红外测温探头如300-1800℃、700-2600℃等。
4. 高温停留时间
物理过程和化学反应需要一定的时间才能够充分进行，所以在设备在高温下的保持时间也是用户需要关注的一个参数。特别是某些金属碳化物（比如碳化钙、碳化钛等）的制备，如果高温停留时间太短，那么必然导致反应过程进行不充分。
我们的产品采用持续式焦耳热装置，在1600℃下的温度区间可以使用30min甚至更长；在2000℃以上的高温停留时间可达120s以上。
5.对温度场均一性和温度准确性的需求
目前市面上的焦耳热装置，有脉冲式加热和持续加热两种模式。脉冲式焦耳热装置就好比电焊，瞬间加热物料，但是在高温区的停留时间短，温度控制不准，温度场不均匀，重复性较差；持续加热式焦耳热装置就好比白炽灯，加热较为平缓，但是可以在高温区停留时间较长，温度控制准确，重复性较好。两种加热模式的焦耳热装置都各有其使用场景。有的研究需要创造一个瞬时的高温场景（比如某些石墨烯碳材料制备），这样的研究用户可以采用脉冲式焦耳热装置；有的研究需要维持在一个温度较为稳定、可重复性好、温度场较为均一的高温环境中，那么可以采用持续加热式焦耳热装置。比如：催化剂制备、碳材料制备、有机物热解等，都可以考虑采用持续加热式焦耳热装置。
如果对温度场均一性、控温准确性要求较高的用户，建议选用持续加热式焦耳热装置；对于温度均匀性要求不高、控温准确性要求不高、但是追求极速升温和降温的用户，建议选用脉冲式焦耳热装置。我们的焦耳热装置采用持续式加热，且控温精度高，在升温过程中发热体的冲温可以控制在10℃以内，温度稳定后的温度波动在±1℃内。
6. 关注所研究的化学过程的产气量
因为焦耳热装置会快速将物流升温到极高的温度，在此过程中会发生许多的化学反应，某些化学反应的产气量会非常大，导致物料被产生的气体携带出高温区，从而反应进行不彻底。对于产气量极大的反应，我们建议采用石墨管加热，并且在石墨管两端采用堵头堵住石墨管口，仅有小缝隙供气体流出。
某些用户的研究中产气量极大，同时还希望升温速率极高，这样其实是存在风险的。瞬时产气量过大、温升极快甚至会有爆炸的可能。对于产气量特别大的研究（比如塑料气化制氢气），我们并不建议过分追求升温速度快，甚至建议适量降低升温速度，或者减少原料用量。
本公司产品简介：
