CN101961628B - 一种中小型绝热反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中小型绝热反应器，其特征在于，包括反应管，工艺物料的进口和出口分别位于反应管的上端和下端，反应管内装测温管一，外设可抽真空的隔热夹套；夹套的上部及下部外分别设有上、下等温体及上、下保温层，夹套的外侧设有侧壁加热器和保温层，测温管一内位于隔热夹套与反应管上下焊接处分别设置测温元件一和二，分别串级控制上下等温体中的加热器，进行反应管进出物料处内外温度跟踪，测温管一内位于催化剂装填区的测温元件串级控制夹套侧壁加热器，进行夹套两侧温度跟踪；隔热夹套内表面进行电抛光或电镀处理。本发明提供的一种中小型绝热反应器其绝热精度大大提高且结构简单，进一步，本发明提供的中小型绝热反应器还可以作为等温反应器，将绝热和等温两种反应器集成为一体，具有节省空间和成本等优点。

Description

一种中小型绝热反应器

技术领域

 本发明涉及一种中小型绝热反应器。

背景技术

化工新材料开发、新工艺探索、反应机理研究等科学试验常常需要在绝热或等温的条件下进行，为了满足不同试验工况的要求，已开发出形式多样的绝热反应器和等温反应器。但对于中小型试验装置进行的反应，吸收或放出的热量十分有限，外界因素对反应温度的影响常常大于反应本身导致反应温度的变化，反应器的设计开发至今仍为国内外科学工作者的热点和难点，特别是绝热反应器。

常见的绝热反应器是通过控制反应器外壁的多段电炉加热，使得反应器的外壁温度跟踪反应器内部温度，将反应器内外温差降低到最小，从而消除热损失，达到模拟绝热的效果。但这种绝热反应器存在一些不足：1、绝热反应的温度随物料的流动方向变化，对于强放热或强吸热的反应，温度梯度非常明显。多段电炉加热反应器是人为地将反应器分割成若干段，在各段内控制反应器内外温度尽可能相等。各段电炉的温控是通过跟踪反应器内测温点位置的温度来实现的，反应器内各测温点的温度为单一值，代表了这段反应器的平均温度，而该段的电炉即在这个平均温度下工作，因而反应器成了控温值在不断变化的多段等温反应器，电炉段数、测温点位置和测温精度制约着绝热的模拟效果；2、反应热沿反应管方向的损失无法控制，常常被忽略；3、电炉的温控是被动取决于反应器内的测温，受测温元器件传热过程和电炉热惯性的影响，温度跟踪存在滞后现象；4、由于外部电炉的热容大，无法模拟吸热反应过程；5、多段温度控制，控制回路多，电炉结构复杂。因而多段电炉加热模拟绝热反应还需要进一步改进。 

常见的等温反应器有多段电炉控温反应器、恒温浴反应器和沙浴反应器等等，技术相对成熟。其中多段电炉控温反应器适用的温度范围宽，操作方便，但控温精度相对较差，不防爆；等温浴反应器控温精度较高，但使用的温度有限，以油为加热介质的一般低于350℃，以硝盐为加热介质的一般低于550℃；沙浴反应器等温效果好，加热温度高，但结构复杂，设备投资大。等温反应器的选择根据试验温度、控温精度等要求进行，一般均能达到满意的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种大大提高绝热精度且结构简单的中小型绝热反应器。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种中小型绝热反应器，其特征在于，包括反应管，工艺物料的进口和出口分别位于反应管的上端和下端，反应管内装测温管一，外设可抽真空的隔热夹套，测温管一内有多根热电偶或热电阻测温元件，在隔热夹套与反应管上下焊接处分别设置测温元件一和二，在反应管中部至少再设一根测温元件。隔热夹套的侧面靠上部留有管口一，外侧设有侧壁加热器和保温层，加热器的控温段数与中部测温元件的个数相当。隔热夹套的上部及下部外分别设有上、下等温体及上、下保温层，上等温体和下等温体分别与隔热夹套的上端面及下端面相接触，且与反应管和隔热夹套的所有接触面贴合紧密，在上等温体内设有测温元件三及上加热器，在下等温体内设有测温元件四及下加热器，其中，测温元件一串级控制上加热器的通断，测温元件二串级控制下加热器的通断，进行反应管进出物料处内外温度跟踪，每个中部测温元件串级控制对应的外侧加热器控温段，进行隔热夹套两侧温度跟踪。 

进一步，在所述隔热夹套内设有测温管二，在测温管二内设有至少一根测温元件，在所述隔热夹套的底部留有管口二，管口二作为加热介质排净和夹套内腔吹扫气出口。

对所述隔热夹套内表面进行电抛光或电镀处理。

本发明提供的一种中小型绝热反应器其绝热精度大大提高且结构简单，进一步，本发明提供的中小型绝热反应器还可以作为等温反应器，将绝热和等温两种反应器集成为一体，具有节省空间和成本等优点，为化工新材料开发、新工艺探索、反应机理研究等科学试验提供一种绝热或等温环境的实现方法。

附图说明

图1为本发明提供的一种绝热等温两用反应器结构及原理示意图；

图2为本发明提供的一种绝热反应器结构及原理示意图。

具体实施方式

以下结合实施例来具体说明本发明。

实施例

如图1所示，为本发明提供的一种绝热等温两用反应器，在该图中字母TE表示测温热电偶/热电阻，TI表示温度显示，TIC表示温度显示及控制，TY表示温控继电器，HTR表示加热套/电炉/加热棒。该反应器包括反应管1，反应管1内设测温管2，外设隔热夹套3，测温管2内有四根测温元件，分别是位于测温管2上部及下部的测温元件c及测温元件d，在测温元件c与测温元件d之间设有中部测温元件a及中部测温元件b。在隔热夹套3与反应管1上下焊接处各设一根测温元件，反应管1中部催化剂装填区测温元件的数量根据实验要求确定，不少于一根。隔热夹套3内表面需电抛光或电镀增加光洁度，提高反射效率。反应器用于绝热和等温反应时隔热夹套3的夹套内腔4分别处于真空和填充加热介质的状态。隔热夹套3中设有测温管5，在测温管5内装有加热介质测温元件E及加热介质测温元件F，供隔热夹套3内加热介质的温度检测。隔热夹套3在底部留有管口6，作为加热介质排净和夹套内腔吹扫气出口。隔热夹套3在侧面靠上部留有管口7，压力表、抽真空接口、加热介质/吹扫气入口和加热介质溢流出口均通过此管口连接，不同使用状态时通过阀门切换。隔热夹套3外侧设有加热器8，加热器8一般为电炉或电加热套。加热器8为一段控温或两段控温，在本实施例中，加热器8为两段控温，每一段的温度分别根据中部测温元件a及中部测温元件b所测得的温度进行控制。加热器8的外侧为保温层9，加热器8和保温层9可加工为一体，对开铰链连接，方便打开。隔热夹套3上下端分别设有圆柱形上等温体11和圆柱形下等温体14，材质为导热性能优良的铜或铝等金属材料，中心开孔，安装在反应管1的上下端，并与隔热夹套3上下端面接触，等温体与反应管1和隔热夹套3的所有接触面必须贴合紧密。在上等温体11和下等温体14上各有两个孔，供测温元件C、测温元件D、上等温体加热器10及下等温体加热器13安装固定。测温元件C及测温元件D的开孔位置尽量靠近反应管1。上等温体11和下等温体14的上下方是上保温层12和下保温层15，其厚度适中，能实现上等温体11和下等温体14的快速升温和散热降温。

作为绝热反应器时，使用前先关闭导热介质/吹扫气入口和导热介质溢流出口的阀门及导热介质排净口阀门，打开压力表前端的阀门，当隔热夹套3内的真空度降到恒定极限值后关闭抽真空接口的真空泵阀门，隔热夹套3的真空状态大大削弱了反应管1与外部的对流传热造成的热损失。在正式进行反应试验之前，需要先给反应管1、隔热夹套3、上等温体11和下等温体14预热，在这过程中，反应管1内外温度不跟踪，各温控回路的初始值手动设定。当初始温度稳定后投入反应物料，由测温管2内的测温元件c和测温元件d分别检测反应器上下位于隔热夹套3与反应管1焊接位置的温度，以此分别串级控制上等温体11和下等温体14中上等温体加热器10和下等温体加热器13的通断，测温元件C和测温元件D的温度将始终跟随测温元件c及测温元件d的温度，即上等温体11和下等温体14的温度始终分别跟踪物料的进出温度。而隔热夹套3与反应管1的焊接处是反应器通过热传导交换热量的出入口，这两处的温度跟踪使得内外温度近似相等，最大程度上阻止了反应管通过热传导引起的热损失。反应器内中部测温元件a及中部测温元件b分别串级控制夹套外部加热器的第一段及第二段，加热器的第一段及第二段的温度分别与反应器内中部测温元件a及中部测温元件b的温度接近，即隔热夹套3两侧温度近似相等，温差越小，热辐射越小，另外隔热夹套3内表面全部电抛光或电镀，增大了表面的光洁度和反射效率，使得热辐射传热可以忽略。通过以上措施最大程度上削弱了反应器与外界传热三种途径的形成条件，反应器的绝热精度大大提高。

作为等温反应器时，打开压力表的阀门，通过导热介质/吹扫气入口引入加热介质。在加热器8、上等温体加热器10和下等温体加热器13的加热下，加热介质受热升温，达到设定温度。由于加热介质具有良好的导热性和流动性，近似认为反应管1处于恒温环境下工作。为了加剧加热介质在隔热夹套3中的对流效果，加热器8、上等温体加热器10和下等温体加热器13的设定值依次或交替地存在一定梯度。测温管2和测温管5内的测温元件分别检测反应管1和隔热夹套3内介质的温度，无需串级控制外部的加热元件。使用过程中，导热介质溢流出口的阀门始终处于打开状态，以备导热介质膨胀。反应器由等温反应器转换为绝热反应器使用前，打开管口6的阀门排出加热介质，通过吹扫口引入蒸汽或其他清洗气体将夹套清理干净。

如果仅用于绝热反应，反应器的设计可以进一步简化，如图2所示，隔热夹套3的测温管5和管口6可以省略。

Claims (3)

1.一种中小型绝热反应器 ，其特征在于，包括反应管（1），工艺物料的进口和出口分别位于反应管（1）的上端和下端，反应管（1）内装测温管（2），外设可抽真空的隔热夹套（3），测温管（2）内有至少一根热电偶或热电阻测温元件，在隔热夹套（3）与反应管（1）上下焊接处分别设置第一测温元件（c）和第二测温元件（d），在反应管（1）中部至少再设一根测温元件，隔热夹套（3）的侧面靠上部留有管口（7），外侧设有侧壁加热器（8）和保温层（9），侧壁加热器（8）的控温段数与反应管（1）中部测温元件的个数相当，隔热夹套（3）的上部及下部外分别设有上等温体（11）、下等温体（14）及上保温层（12）、下保温层（15），上等温体（11）和下等温体（14）分别与隔热夹套（3）的上端面及下端面相接触，且与反应管（1）和隔热夹套（3）的所有接触面贴合紧密，在上等温体（11）内设有第三测温元件（C）及上加热器（10），在下等温体（14）内设有第四测温元件（D）及下加热器（13），其中，第一测温元件（c）串级控制上加热器（10）的通断，第二测温元件（d）串级控制下加热器（13）的通断，进行反应管进出物料处内外温度跟踪，每个中部测温元件串级控制对应的外侧加热器控温段，进行隔热夹套两侧温度跟踪。

2.如权利要求1所述的一种中小型绝热反应器 ，其特征在于，在所述隔热夹套（3）内设有第二测温管（5），在第二测温管（5）内设有至少一根测温元件，在所述隔热夹套（3）的底部留有管口（6），管口（6）作为加热介质排净和夹套内腔吹扫气出口，在等温反应时，隔热夹套（3）的夹套内腔（4）处于填充加热介质的状态。

3.如权利要求1或2所述的一种中小型绝热反应器，其特征在于，对所述隔热夹套（3）内表面进行电抛光或电镀处理。

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