涉及气体反应的开放式多功能试验平台制造技术

本发明专利技术公开了一种涉及气体反应的开放式多功能试验平台。本发明专利技术气源库包括若干气源；配气系统包括通过若干质量流量计与各气源连接的若干混合罐和吹扫气罐，各混合罐分别通过若干流量分配器与反应系统的入口端连接；反应系统包括与流量分配器连接的若干反应器组件，反应器组件安装于支架或支座上，各反应器组件的出口端通过压力缓冲罐依次连接有分离罐、多通道切换阀，多通道切换阀使得各反应器组件之间呈并联或串联连接；检测监控系统包括分布于各部件中的温度探头、压力计和气体浓度检测仪、配套显示仪表、加热控制器。本发明专利技术平台解决了传统单台套设备研究测试效率短板，克服了现有涉气反应实验装置气路少、批量测试工作量大、周期长等问题。

【技术实现步骤摘要】
涉及气体反应的开放式多功能试验平台
本专利技术属于涉及化学反应过程的试验装备
，具体属于一种涉及气体反应的开放式多功能试验平台。
技术介绍
化学、化工、能源、材料、环保等领域及其交叉衍生学科中涉及气体参与的反应非常之多，涵盖有机合成(加氢、裂解、加成、重整等反应)、催化氧化/还原、催化降解、光电催化、吸附、吸收、燃烧等等，研究内容则包括各种物质产品制备、催化剂开发、新反应、新工艺、净化方法、反应机理等。这些研究的不断深入又促进科学技术本身的飞速发展及其应用，造福人类社会。相关学科领域科研院所和企业研发实验室的数量和科技研发从业者众多。这些领域的科技研发工作都需要在一定的试验/实验装置上完成，因此各单位各实验室都有采购相关涉气反应设备的需求。但是，与庞大的科研单位数量和从业人员队伍相伴随的现实问题是，试验设备低效且过度分散，带来了各种浪费。比如，研发某些气体反应的吸附材料或催化剂，需要利用气固反应实验装置开展大量的性能测试工作。传统的实验设备，一般一次只采用1个反应器(管、床)进行测试，测试效率太低、耗时长、工作量大。当购置多台套设备时，投入费用过高且占地。在其他涉及气体参与的实验测试中，设备使用存在相似的问题。每个单位(比如高校)及其下辖各个实验室往往采购多台套相同或者相近似的设备，还需单独为其配置气源，很多气源(如钢瓶气)是一样的。明显存在重复投入大、占用工作面积、空置率高等问题。从整个科研行业、区域或者整个社会来看，低效能的设备同质化、闲置率高和耗材富余现象非常严重，并且技术人员在重复性测试环节占用时间长，这些都造成社会财富和物资、人力资源的巨大浪费，阻碍科技进步和快速发展。专利ZL200510029469.9提出了一种多管式组合反应装置，包括加热炉、加热器、导热棒、至少2个反应管、多通道切换阀，测温仪、温度控制仪和流量分配器，导热棒内放置反应管，每个反应管的进料口均与流量分配器相连接，每个反应管的出料口均与多通道切换阀相连接，使每个反应管呈并联连接；每个反应管内的测温元件均与测温仪相连；加热炉内的加热器与温度控制仪相连，实现反应管内的温度控制。该装置提高了有机合成催化反应和催化剂的研究效率，但设计中采用固定全部反应管从外部向内部集中加热的方式，当反应管尺寸较大、数目较多时，会传热不均，影响实验结果的准确性和可比性。并且，更换催化剂的装填操作需经历停机、冷却、打开加热炉、逐一装卸反应管等环节，全部完成后才能继续下一批次测试，当反应管数量多时，操作仍然相当麻烦。市场上有一些高通量气固催化反应设备，增加了平行测试的反应管数量，但定制时均采用反应器全部集中装配方式。一套成型设备的反应管的数量和尺寸是固定的，用户无法根据经常变化的实际需求灵活调整串并联形式和具体配置。而当配置的反应器数量很多时，其组合件又体大笨重，逐一拆卸、更换反应管催化剂耗时费力。当用户要完成大量不同的测试任务时，无法灵活分组，也不能很快捷地实现轮换。现有的涉气反应试验(实验)设备最突出的不足还在于功能单一。不管是较简单的单反应器实验设备还是效率较高的高通量反应设备，通常只提供可以完成某1种反应类型的反应器(如气固热催化反应或光催化反应等)，用户单位或个人花费高价购置的设备配置和用途是固定的，无法根据反应类型的不同和实际需要灵活增减、重组和调整配置，在测试的反应类型、反应物种性质和测试项目内容方面受到很大的限制。当要进行其他涉气反应的实验测试时，必须另外购买成套的专用设备。传统的科研测试模式是各小实验和课题组单买单用各类涉气实验设备，若能研发出工作高效、配置灵活、操作便捷、用途多样的涉气反应试验/实验平台，则可望将传统的高分散式的测试模式转变成相对集中的测试模式。即，一个科研部门(院系)、一个单位(科研院所或高校)或一个科技园区集中建设运营一个高效运转的测试平台，这种模式无疑将会极大地减少资源错配、设备闲置与浪费，显著提升整个社会的研发效率和投入产出效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有涉气反应实验装置和传统分散式科研测试模式功能单一的缺陷，提供一种涉及气体反应的开放式多功能试验平台。本专利技术的目的是通过如下的技术方案来实现的：该涉及气体反应的开放式多功能试验平台，它包括气源库、配气系统、反应系统、检测监控系统和备件库子系统；所述气源库包括若干气源；所述配气系统包括通过若干质量流量计与各气源连接的若干混合罐和吹扫气罐，各混合罐分别通过若干流量分配器与反应系统的入口端连接，混合罐还连接有液体注射泵；所述反应系统包括与流量分配器连接的若干反应器组件，反应器组件安装于支架或支座上，各反应器组件的出口端通过压力缓冲罐依次连接有分离罐、多通道切换阀，多通道切换阀使得各反应器组件之间呈并联或串联连接；所述检测监控系统包括分布于各部件中的温度探头、压力计和气体浓度检测仪、配套显示仪表、加热控制器；所述备件库包括备用组件、元件、常用零配件和相应支架与储盒；所述混合罐和吹扫气罐均安装有压力计、安全阀以及与配套数显控温仪表连接的温度探头，外部均安装有加热电阻丝或加热带；各反应器组件内设有测温探头和压力计，测温探头与配套温度显示仪表及加热控制器连接，多通道切换阀与气体浓度检测仪连接；所述各压力计与配套压力显示仪表连接；各部件之间管线连接处均采用快速接头，并装有阀门，方便装卸和管路启闭。具体的，所述气源库包括2～100种气源，可通过钢瓶气、鼓风机、空气泵、鼓泡缓释或渗透管缓释、燃烧器、化学反应发生器以及上述任意方式的组合提供所需浓度的气体成分。具体的，所述配气系统包括1个以上的混合罐和1个以上的流量分配器，各混合罐及吹扫气罐之间的前端和后端均设有并联连接管路，各连接管路上、各混合罐及吹扫气罐的进气口和出气口上均设有阀门。可实现混合罐及吹扫气罐的连通或隔离，必要时可实现分级、分组并联或串联使用。具体的，所述反应器组件包括若干安装于载具上的反应器元件，反应器组件数量为2～40个(优选2～16个)，反应器组件呈圆周放射状、单排或上下前后多排直列均匀布置；每个反应器组件内的反应器元件为1～40个(优选2～18个)，反应器元件呈环绕或线性排列均匀布置于载具上。反应器组件和元件的数量和尺寸规格均可以根据应用要求灵活调整，实现以相同或不同类型的反应器组件为单元进行分组试验测试。具体的，每个反应器元件或部分反应器元件内设有测温探头和压力计。具体的，所述反应器组件的载具外表或是全封闭，或是中间一截全敞开露出其内部反应器元件的一截，或是中间一截半敞开、对应于其内部反应器元件位置开窗孔露出其内部反应器元件的一截。当采用全敞开或半敞开方式时，能够对反应器元件位置及其中物料状态进行观察，同时大幅减轻组件的重量；载具外表全封闭的组件适合需要精确保温和安全保护的反应，半敞开的组件适合中低温度区间的反应，全敞开的组件适合有剧烈放热的反应或者常温条件下即可进行的反应。具体的，所述反应器组件的载具与反应器元件的安装方式或是套筒式、或是挂架式、或是盒装式、或是上述方式的组合；所述套筒式是指反应器元件安装于柱状套筒之中，套筒外截面形状或是圆形、或是正多边形、或是矩形、或是三角形、或是梯形；挂架式是指反应器元件通过上部、中部或下部的挂架、夹具或托架与载具的主支撑部位结合以固定；盒装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涉及气体反应的开放式多功能试验平台，其特征在于：它包括气源库、配气系统、反应系统、检测监控系统和备件库子系统；所述气源库包括若干气源；所述配气系统包括通过若干质量流量计与各气源连接的若干混合罐和吹扫气罐，各混合罐分别通过若干流量分配器与反应系统的入口端连接，混合罐还连接有液体注射泵；所述反应系统包括与流量分配器连接的若干反应器组件，反应器组件安装于支架或支座上，各反应器组件的出口端通过压力缓冲罐依次连接有分离罐、多通道切换阀，多通道切换阀使得各反应器组件之间呈并联或串联连接；所述检测监控系统包括分布于各部件中的温度探头、压力计和气体浓度检测仪、配套显示仪表、加热控制器；所述备件库包括备用组件、元件、常用零配件和相应支架与储盒；所述混合罐和吹扫气罐均安装有压力计、安全阀以及与配套数显控温仪表连接的温度探头，外部均安装有加热电阻丝或加热带；各反应器组件内设有测温探头和压力计，测温探头与配套温度显示仪表及加热控制器连接，多通道切换阀与气体浓度检测仪连接；所述各压力计与配套压力显示仪表连接；各部件之间管线连接处均采用快速接头，并装有阀门，方便装卸和管路启闭。

【技术特征摘要】
1.一种涉及气体反应的开放式多功能试验平台，其特征在于：它包括气源库、配气系统、反应系统、检测监控系统和备件库子系统；所述气源库包括若干气源；所述配气系统包括通过若干质量流量计与各气源连接的若干混合罐和吹扫气罐，各混合罐分别通过若干流量分配器与反应系统的入口端连接，混合罐还连接有液体注射泵；所述反应系统包括与流量分配器连接的若干反应器组件，反应器组件安装于支架或支座上，各反应器组件的出口端通过压力缓冲罐依次连接有分离罐、多通道切换阀，多通道切换阀使得各反应器组件之间呈并联或串联连接；所述检测监控系统包括分布于各部件中的温度探头、压力计和气体浓度检测仪、配套显示仪表、加热控制器；所述备件库包括备用组件、元件、常用零配件和相应支架与储盒；所述混合罐和吹扫气罐均安装有压力计、安全阀以及与配套数显控温仪表连接的温度探头，外部均安装有加热电阻丝或加热带；各反应器组件内设有测温探头和压力计，测温探头与配套温度显示仪表及加热控制器连接，多通道切换阀与气体浓度检测仪连接；所述各压力计与配套压力显示仪表连接；各部件之间管线连接处均采用快速接头，并装有阀门，方便装卸和管路启闭。2.根据权利要求1所述涉及气体反应的开放式多功能试验平台，其特征在于：所述气源库包括2～100种气源，可通过钢瓶气、鼓风机、空气泵、鼓泡缓释或渗透管缓释、燃烧器、化学反应发生器以及上述任意方式的组合提供所需浓度的气体成分。3.根据权利要求1所述涉及气体反应的开放式多功能试验平台，其特征在于：所述配气系统包括1个以上的混合罐和1个以上的流量分配器，各混合罐及吹扫气罐之间前端和后端均设有并联连接管路，各连接管路上、各混合罐及吹扫气罐的进气口和出气口上均设有阀门。4.根据权利要求1所述涉及气体反应的开放式多功能试验平台，其特征在于：所述反应器组件包括若干安装于载具上的反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳春，杨蓉，朱旻俊，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43