專利名稱：一種便攜式多功能微反應系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于催化劑評價的新裝置。具體是在微反應系統的設計中采用模塊化結構，實現反應系統的小體積、便于攜帶、易于安裝的特點。反應控制系統與模塊化的加熱爐和微色譜儀結合使用可以實現小型化的微反應系統功能，也可以作為獨立的反應控制單元與各類原位反應池聯用。該系統在石油化工、能源、環境等領域中的基礎研究和エ業應用等可發揮重要作用。
技術背景 微反應系統是用于催化劑評價和篩選的ー種常用而有效方法。一般是采用惰性材料例如石英、不銹鋼等構成的管式容器，將催化材料內置其中。將反應物(氣體或液體)通過連接管線可控地輸入到反應容器中，反應產物(氣體或液體)則利用產物檢測裝置(色譜或質譜)進行分析。據此可以獲得該催化劑在特定反應中的反應性能，包括活性、選擇性和穩定性。目前使用的催化劑評價裝置體積大，設備復雜，需要固定安裝在特定空間。發展小型化、安裝簡便、易于使用的便攜式微反應系統，將在許多領域中將有著廣泛的應用。ー套微反應系統需要安裝不同的閥門用于氣體控制，包括截止閥、調壓閥、背壓閥、管線接頭、氣體管線等；同時需要各種反應參數測量単元，包括質量流量控制器、壓カ變送器、質量流量控制儀、反應器溫度控制儀、管線溫度控制儀、壓カ檢測儀等。將這些単元進行優化設計，能夠實現結構緊湊但同時功能齊全的反應控制系統。
發明內容本發明提供一種便攜式多功能微反應系統。本發明采用的技術方案為一種便攜式微反應控制系統，包括微反應控制系統置于機箱內，所述微反應控制系統包括反應器，反應器的物料入口管路上設有調壓閥，于調壓閥和反應器物料入口間管路上依次設有質量流量控制器、截止閥和管線接頭，調壓閥遠離反應器物料入口側的一端通過截止閥連接有管線接頭，反應器的物料出口通過管路與分析器的檢測樣品入口相連，分析器的檢測樣品出口端設有管線接頭，于反應器與分析器間的管路上依次設有管線接頭、背壓閥和管線接頭;于調壓閥與質量流量控制器間的管路上設有壓カ變送器；于反應器側壁上設有壓力變送器；背壓閥與分析器間的管線接頭上設置有伴熱帶，伴熱帶通過導線與管線保溫器相連；反應器置于反應加熱爐中，電加熱爐通過導線與反應加熱爐溫控儀連接；于反應器物料入口處的管線接頭遠離反應器側的管路上設有分支管路，分支管路依次經截止閥與質量流量控制器的一端相連，質量流量控制器的另一端連接有I個或并聯有2個以上的管線接頭；質量流量控制器與管線接頭間設有截止閥；分支管路的數量為I個或2個以上，2個以上分支管路間相互并聯；質量流量控制器通過導線與質量流量控制儀相連，質量流量控制儀經通訊接ロ與計算機信號連接；壓カ變送器通過導線與壓カ檢測儀相連，壓カ檢測儀經通訊接ロ與計算機信號連接;背壓閥上設置有伴熱帶，伴熱帶通過導線與背壓閥溫控儀相連，背壓閥溫控儀經通訊接ロ與計算機信號連接；背壓閥與分析器間的管線接頭上設置有伴熱帶，伴熱帶通過導線與管線保溫器相連； 分析器的檢測信號通過導線與與計算機信號連接。所述反應器為反應管，反應器置于反應電加熱爐的加熱區。機箱由方型框架及于其六個面上設置的面板組成，框架正面、上面和下面設置的面板固定安裝在框架上，框架背面設置的面板固定安裝在框架上，背面面板中部設有可打開和關閉的活動門；框架左側面和右側面設置的面板采用活動方式安裝在框架上，可以方便打開和關閉，便于系統安裝檢修，框架上面設置的面板上設有把手，用于攜帶該模塊系統。框架正面設置的面板上開孔安裝截止閥、質量流量控制器、調壓閥、背壓閥、質量流量控制儀、加熱爐溫控儀、背壓閥溫控儀、壓カ檢測儀，面板表面上印刷氣體管路流程圖。背面面板四周開孔安裝輸入輸出管線接頭。背面面板中部的活動門開孔安裝管線保溫器。本發明采用模塊化設計，將上述的反應參數控制單元和反應參數測量單元集成在一個機柜中。這種結構易于安裝、便于攜帶、同時方便與其他設備相連接。其中之一是該控制系統可以與反應爐以及反應管進行簡單的耦合來實現反應評價的功能。采用這種模塊化的設計結構能夠完全實現傳統微反應系統所具有的常用功能，但是這種模塊化的設計大大節約了設備的空間。另外，該微反應系統集成化程度高，各種控制単元和測量單元通過優化設計并進行合理搭配，使得該系統在移動的條件下依然能夠保持較好的氣密性和穩定性。該系統在各種原位反應裝置中也有重要的應用。在原位紅外、原位拉曼、原位X-射線吸收譜等技術利用原位反應池對催化劑進行原位研究，這需要對反應氣體進行控制并對原位反應裝置進行連接實現反應的功能。這種便攜式的反應控制能夠很好地滿足這種需求。實現對反應氣體的有效控制。在該便攜式的微反應系統中需要對反應進行有效監控，因此實現計算機對反應系統進行控制是必要的。在微反應系統中對流量、溫度、壓カ等利用流量計、熱電偶、壓カ儀等傳感單元進行實時測量，通過串行接ロ將流量、溫度、壓カ等數據與計算機連接，實現計算機程序進行讀寫和控制。考慮催化反應的廣泛性，對于不同的催化劑體系，可能適用于不同的反應,這包括氣相反應、液相反應以及氣液混合相反應。在設計該類微反應系統時需要能夠施行包括氣相反應、液相反應和氣液混合反應。反應的壓力也需要從常壓到高壓之間進行變化。
圖I是本發明便攜式多功能微反系統流程圖；圖2是本發明便攜式多功能微反機箱結構圖；1_1框架，1-2正面面板，1-3左側面面板，1-4背面左面板，1-5活動門，1-6背面右面板，1-7上面面板，1-8右側面面板，1-9底面面板；圖3是本發明中便攜式多功能微反系統正面板圖；2_1安裝截止閥孔，2-2安裝氣體質量流量控制器孔，2-3安裝調壓閥孔，2-4安裝背壓閥孔，2-5安裝質量流量控制儀、壓力檢測儀、反應加熱爐溫控儀、背壓閥溫控儀。
具體實施方式
—種便攜式多功能微反應系統。包括(附圖I):機箱I、管線接頭C、截止閥V、質 量流量控制器MFC、調壓閥RV、背壓閥BV、壓カ變送器PT、質量流量控制儀匪、加熱爐溫控儀RM、壓カ檢測儀PM、背壓閥溫控儀BM、管線保溫器LM、伴熱帶HT、反應器R、通訊接ロ RS、計算機PC、氣體管線L。上述部件集成在単一模塊中，同時與模塊化的加熱爐和反應管相連接，能夠實現常壓和高壓氣相反應功能；該微反應系統采用集成化和模塊設計，具有體積小、便于攜帶、易于安裝等特點。微反應控制系統置于機箱內，所述微反應控制系統包括反應器，反應器的物料入ロ管路上設有調壓閥，于調壓閥和反應器物料入口間管路上依次設有質量流量控制器、截止閥和管線接頭，調壓閥遠離反應器物料入口側的一端通過截止閥連接有管線接頭，反應器的物料出口通過管路與分析器的檢測樣品入口相連，分析器的檢測樣品出口端設有管線接頭，于反應器與分析器間的管路上依次設有管線接頭、背壓閥和管線接頭;于調壓閥與質量流量控制器間的管路上設有壓カ變送器；于反應器側壁上設有壓力變送器；背壓閥與分析器間的管線接頭上設置有伴熱帶，伴熱帶通過導線與管線保溫器相連；反應器置于反應加熱爐，電加熱爐通過導線與加熱爐溫控儀連接；于反應器物料入口處的管線接頭遠離反應器側的管路上設有分支管路，分支管路依次經截止閥與質量流量控制器的一端相連，質量流量控制器的另一端連接有I個或并聯有2個以上的管線接頭；質量流量控制器與管線接頭間設有截止閥；分支管路的數量為I個或2個以上，2個以上分支管路間相互并聯；質量流量控制器通過導線與質量流量控制儀相連，質量流量控制儀經通訊接ロ與計算機信號連接；壓カ變送器通過導線與壓カ檢測儀相連，壓カ檢測儀經通訊接ロ與計算機信號連接;背壓閥上設置有伴熱帶，伴熱帶通過導線與背壓閥溫控儀相連，背壓閥溫控儀經通訊接ロ與計算機信號連接；背壓閥與分析器間的管線接頭上設置有伴熱帶，伴熱帶通過導線與管線保溫器相連；分析器的檢測信號通過導線與與計算機信號連接。所述反應器為反應管，反應器置于反應加熱爐的加熱區。機箱由方型框架及于其六個面上設置的面板組成，框架正面、上面和下面設置的面板固定安裝在框架上，框架背面設置的面板固定安裝在框架上，背面面板中部設有可打開和關閉的活動門；框架左側面和右側面設置的面板采用活動方式安裝在框架上，可以方便打開和關閉，便于系統安裝檢修，框架上面設置的面板上設有把手，用于攜帶該模塊系統。框架正面設置的面板上開孔安裝截止閥、質量流量控制器、調壓閥、背壓閥、質量 流量控制儀、加熱爐溫控儀、背壓閥溫控儀、壓カ檢測儀，面板表面上印刷氣體管路流程圖。背面面板四周開孔安裝輸入輸出管線接頭。背面面板中部的活動門開孔安裝管線保溫器。本發明采用模塊化設計加熱爐和反應管，該模塊可以與反應控制模塊實現快速、簡單連接。計算機PC通過通訊接ロ RS并行依次連接質量流量控制儀MM、反應器溫度控制儀RM、壓カ檢測儀PM、背壓閥溫控儀BM，監控系統的流量、壓カ、溫度。該系統采用模塊化設計，將所有的反應參數控制單元和反應參數測量單元集成在一個模塊中，具有體積小、重量輕、便于攜帶的特點。該系統中布局有多路氣體流路，采用多種閥、質量流量計控制每路氣體的流量、壓カ；采用溫控儀程序控制反應器溫度和恒定管線溫度；計算機通過串行接ロ可監控整個系統的流量、壓力、溫度，實現反應過程的計算機監制。該反應控制系統與模塊化的加熱爐和微色譜儀結合使用可以實現便攜型的微反應系統功能，也可以作為獨立的反應控制単元與各類原位反應池聯用。該系統在石油化工、能源、環境等領域中的基礎研究和エ業應用等可發揮重要作用。如圖3所示，ー個具有四個氣體流路系統實施方案流程與上述描述ー樣；面板1-2開孔安裝閥門、儀表、氣體質量流量控制器圖孔2-1安裝截止閥、孔2-2安裝氣體質量流量控制器、孔2-3安裝調壓閥ぴ、孔2-4安裝背壓閥BVjL 2_5分別安裝質量流量控制儀MM、壓カ檢測儀PM、反應加熱爐溫控儀RM、背壓閥溫控儀BM。
權利要求1.一種便攜式多功能微反應系統，其特征在于包括微反應控制系統置于機箱(I)內，所述微反應控制系統包括反應器(R)，反應器(R)的物料入口管路上設有調壓閥(RV)，于調壓閥(RV)和反應器(R)物料入口間管路上依次設有質量流量控制器(MFC)、截止閥(V)和管線接頭(C)，調壓閥(RV)遠離反應器(R)物料入口側的一端通過截止閥(V)連接有管線接頭(C)， 反應器(R)的物料出口通過管路與分析器(FQ)的檢測樣品入口相連，分析器(FQ)的檢測樣品出ロ端設有管線接頭(C)，于反應器(R)與分析器(FQ)間的管路上依次設有背壓閥(BV)和管線接頭(C)； 于調壓閥(RV)與質量流量控制器(MFC)間的管路上設有壓力變送器(PT);于反應器(R)側壁上設有壓力變送器(PT)； 背壓閥(BV)與分析器(FQ)間的管線接頭(C)上設置有伴熱帶(HT)，伴熱帶(HT)通過導線與管線保溫器(LM)相連； 反應器(R)置于反應加熱爐(RF)中，反應加熱爐通過導線與加熱爐溫控儀(RM)連接；于反應器(R)物料入口處的管線接頭(C)遠離反應器(R)側的管路上設有分支管路，分支管路依次經截止閥(V)與質量流量控制器(MFC)的一端相連，質量流量控制器(MFC)的另一端連接有I個或并聯有2個以上的管線接頭(C);質量流量控制器(MFC)與管線接頭(C)間設有截止閥(V);分支管路的數量為I個或2個以上，2個以上分支管路間相互并聯；質量流量控制器(MFC)通過導線與質量流量控制儀(MM)相連，質量流量控制儀(MM)經通訊接ロ(RS)與計算機(PC)信號連接； 壓カ變送器(PT)通過導線與壓カ檢測儀(PM)相連，壓カ檢測儀(PM)經通訊接ロ(RS)與計算機(PC)信號連接； 背壓閥(BV)上設置有伴熱帶(HT)，伴熱帶(HT)通過導線與背壓閥溫控儀(BM)相連，背壓閥溫控儀(BM)經通訊接ロ(RS)與計算機(PC)信號連接； 背壓閥(BV)與分析器(FQ)間的管線接頭(C)上設置有伴熱帶(HT)，伴熱帶(HT)通過導線與管線保溫器(LM)相連； 分析器(FQ)的檢測信號通過導線與與計算機(PC)信號連接。
2.按照權利要求I所述便攜式多功能微反應系統，其特征在于 所述反應器(R)為反應管，反應器(R)置于反應加熱爐的電加熱區。
3.按照權利要求I所述便攜式多功能微反應系統，其特征在于 機箱(I)由方型框架(1-1)及于其六個面上設置的面板組成，框架(1-1)正面、上面和下面設置的面板固定安裝在框架(1-1)上，框架(1-1)背面設置的面板固定安裝在框架(1-1)上，背面面板中部設有可打開和關閉的活動門；框架(1-1)左側面和右側面設置的面板采用活動方式安裝在框架上，可以方便打開和關閉，便于系統安裝檢修，框架(1-1)上面設置的面板上設有把手，用于攜帶該模塊系統。
4.按照權利要求3所述便攜式多功能微反應系統，其特征在于 框架(1-1)正面設置的面板上開孔安裝截止閥(V)、質量流量控制器(MFC)、調壓閥(RV)、背壓閥(BV)、質量流量控制儀(MM)、反應加熱爐溫控儀(RM)、背壓閥溫控儀(BM)、壓力檢測儀(PM)，面板表面上印刷氣體管路流程圖。
5.按照權利要求3所述便攜式多功能微反應系統，其特征在于背面面板四周開孔安裝輸入輸出管線接頭(C)。
6.按照權利要求3所述便攜式多功能微反應系統，其特征在于背面面板中部的活動門開孔安裝管線保溫器(LM)。
專利摘要本實用新型公開了一種新型的便攜式多功能微反應系統。該系統采用模塊化設計，將所有的反應參數控制單元和反應參數測量單元集成在一個模塊中，具有體積小、重量輕、便于攜帶的特點。該系統中布局有多路氣體流路，采用多種閥、質量流量計控制每路氣體的流量、壓力；采用溫控儀程序控制反應器溫度和恒定管線溫度；計算機通過串行接口可監控整個系統的流量、壓力、溫度，實現反應過程的計算機監控。該反應控制系統與模塊化的加熱爐和微色譜儀結合使用可以實現便攜型的微反應系統功能，也可以作為獨立的反應控制單元與各類原位反應池聯用。該系統在石油化工、能源、環境等領域中的基礎研究和工業應用等可發揮重要作用。
文檔編號G01N30/06GK202420932SQ201120520788
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者傅強, 包信和, 楊志強, 潘秀蓮, 譚大力 申請人:中國科學院大連化學物理研究所