本發(fā)明涉及在化學(xué)工程領(lǐng)域用于研究氣固反應(yīng)的小型實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是涉及研究固體物料在流化狀態(tài)下的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，具體是一種用于研究氣固反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的高壓流化床實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的氣固反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由于其反應(yīng)時(shí)間不易控制、操作不連續(xù)、反應(yīng)產(chǎn)物分離困難等缺點(diǎn)，不能真實(shí)反映工業(yè)裝置，尤其是流化床反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)條件，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用范圍窄以及實(shí)驗(yàn)條件不具有代表性等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明目的在于提供一種控制精確、操作連續(xù)、氣態(tài)產(chǎn)品易分離的用于研究氣固反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的高壓流化床實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于研究氣固反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的高壓流化床實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括：固體進(jìn)料系統(tǒng)、流化床反應(yīng)器、中央控制系統(tǒng)以及產(chǎn)品分離系統(tǒng)；其中所述固體進(jìn)料系統(tǒng)的物料儲(chǔ)罐通過(guò)進(jìn)料管與所述流化床反應(yīng)器連接，所述固體進(jìn)料系統(tǒng)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)和進(jìn)料螺桿控制進(jìn)入所述流化床反應(yīng)器的樣品量；所述流化床反應(yīng)器包括電加熱爐、金屬殼體和石英內(nèi)襯，所述石英內(nèi)襯的下部與排料管連接，所述進(jìn)料管伸入到所述流化床反應(yīng)器內(nèi)；所述中央控制系統(tǒng)分別與所述固體進(jìn)料系統(tǒng)及所述流化床反應(yīng)器連接，所述中央控制系統(tǒng)包括溫度控制器和順序控制器，所述控制用于控制進(jìn)入所述流化床反應(yīng)器的物料量、流化氣量以及物料在所述流化床反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間；所述產(chǎn)品分離系統(tǒng)與所述流化床反應(yīng)器連接，所述產(chǎn)品分離系統(tǒng)包括低溫氣液分離單元和高沸點(diǎn)產(chǎn)品的吸收單元。

優(yōu)選地，所述進(jìn)料管包括：中心管；冷卻水進(jìn)水管，所述冷卻水進(jìn)水管套設(shè)在所述中心管的外側(cè)；冷卻水出水管，所述冷卻水出水管套設(shè)在所述冷卻水進(jìn)水管套的外側(cè)；所述中心管、所述冷卻水進(jìn)水管及所述冷卻水出水管同軸設(shè)置。

優(yōu)選地，所述進(jìn)料管底部為水平開(kāi)孔結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，在所述步進(jìn)電機(jī)外部設(shè)有耐壓外殼。

優(yōu)選地，所述步進(jìn)電機(jī)通過(guò)氣體平衡管與所述進(jìn)料管連接。

優(yōu)選地，所述石英內(nèi)襯的下部為倒錐形結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述低溫氣液分離單元包括相互連接干冰間接冷卻器及液氮間接冷卻器；其中所述干冰間接冷卻器與所述流化床反應(yīng)器連接；所述液氮間接冷卻器與高沸點(diǎn)產(chǎn)品的吸收單元連接。

優(yōu)選地，所述高沸點(diǎn)產(chǎn)品的吸收單元包括：第一集氣瓶組，所述第一集氣瓶組包括至少兩個(gè)溶劑集氣瓶；第二集氣瓶組，所述第二集氣瓶組包括至少一個(gè)回收集氣瓶。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：固體進(jìn)料系統(tǒng)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)和進(jìn)料螺桿精確控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的進(jìn)入流化床反應(yīng)器的樣品量，并且通過(guò)步進(jìn)電機(jī)外部的耐壓外殼和氣體平衡管實(shí)現(xiàn)物料在高壓下的連續(xù)輸送。固體進(jìn)料系統(tǒng)下部進(jìn)料管底部采用水平開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，保證物料水平進(jìn)入流化床反應(yīng)器腔室。流化床反應(yīng)器由電加熱爐、金屬殼體和石英內(nèi)襯組成。石英內(nèi)襯的下部為倒錐形結(jié)構(gòu)確保物料順利排出流化床反應(yīng)器。中央控制系統(tǒng)主要由反應(yīng)器的溫度控制器和順序控制器組成，其中順序控制器主要控制進(jìn)入流化床反應(yīng)器的物料量、流化氣量以及物料在流化床反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間。產(chǎn)品分離系統(tǒng)包括多級(jí)的低溫氣液分離單元和高沸點(diǎn)產(chǎn)品的吸收單元。另外，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)品氣的在線連續(xù)監(jiān)測(cè)。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。

圖1為本發(fā)明用于研究氣固反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的高壓流化床實(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意圖；

圖2為本發(fā)明用于研究氣固反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的高壓流化床實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)料管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1-物料儲(chǔ)罐2-進(jìn)料管3-步進(jìn)電機(jī)

4-進(jìn)料螺桿5-電加熱爐6-金屬殼體

7-石英內(nèi)襯8-排料管9-溫度控制器

10-中心管11-冷卻水進(jìn)水管12-冷卻水出水管

13-耐壓外殼14-氣體平衡管15-干冰間接冷卻器

16-液氮間接冷卻器17-溶劑集氣瓶18-回收集氣瓶

19-順序控制器20-步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21-球閥

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。

如圖1～圖2所示，本發(fā)明提供一種用于研究氣固反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的高壓流化床實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括固體進(jìn)料系統(tǒng)、流化床反應(yīng)器、中央控制系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品分離系統(tǒng)。

固體進(jìn)料系統(tǒng)，包括：耐壓殼體、物料儲(chǔ)罐1、步進(jìn)電機(jī)3、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20、氣體平衡管14、球閥21、進(jìn)料螺桿4及連接件、軸承。固體進(jìn)料系統(tǒng)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)3和進(jìn)料螺桿4精確控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的進(jìn)入流化床反應(yīng)器的樣品量，并且通過(guò)步進(jìn)電機(jī)3外部的耐壓外殼13和氣體平衡管14實(shí)現(xiàn)物料在高壓下的連續(xù)輸送。固體進(jìn)料系統(tǒng)通過(guò)氣體平衡管14使得物料儲(chǔ)罐1、耐壓外殼13和進(jìn)料螺桿4內(nèi)的壓力一致，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)3帶動(dòng)進(jìn)料螺桿4轉(zhuǎn)動(dòng)將物料送出。根據(jù)需要可精確控制步進(jìn)電機(jī)3的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，用以控制進(jìn)料速度及進(jìn)料量，并且通過(guò)物料輸送氣將物料送至流化床反應(yīng)器內(nèi)并保護(hù)進(jìn)料系統(tǒng)及存儲(chǔ)物料不會(huì)受熱損壞。

固體進(jìn)料系統(tǒng)下部的進(jìn)料管2采用水夾套結(jié)構(gòu)，進(jìn)料管2由三個(gè)同心管組成，中心管10是物料管線，中間是冷卻水進(jìn)水管11，外側(cè)為冷卻水出水管12。該結(jié)構(gòu)確保物料在進(jìn)入流化床反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)前不發(fā)生明顯升溫和熱解反應(yīng)。同時(shí)，固體進(jìn)料系統(tǒng)下部進(jìn)料管2底部采用水平開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，保證物料水平進(jìn)入流化床反應(yīng)器腔室。進(jìn)料管2底部與進(jìn)料管2外側(cè)采用螺紋連接，以便于更換。

流化床反應(yīng)器由電加熱爐5、金屬殼體6和石英內(nèi)襯7組成。石英內(nèi)襯7的下部為倒錐形結(jié)構(gòu)，倒錐形底部與排料管8相連。反應(yīng)流化氣經(jīng)排料管8和倒錐形底部進(jìn)入石英內(nèi)襯7，確保物料順利從排料管8排出流化床反應(yīng)器，與物料接觸并使物料流化發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)。

中央控制系統(tǒng)主要由流化床反應(yīng)器的溫度控制器9和順序控制器19組成，其中順序控制器19主要控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)入流化床反應(yīng)器的物料量、流化氣量以及物料在流化床反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間。順序控制器19通過(guò)控制固體進(jìn)料系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)3開(kāi)停動(dòng)作以及開(kāi)關(guān)流化反應(yīng)氣管線上的氣體流量控制閥，達(dá)到控制物料在流化床反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間的目的。

產(chǎn)品分離系統(tǒng)包括兩級(jí)低溫氣液分離系統(tǒng)和高沸點(diǎn)產(chǎn)品的吸收系統(tǒng)。其中兩級(jí)低溫氣液分離單元的第一級(jí)采用干冰間接冷卻器15，第二級(jí)采用液氮間接冷卻器16，氣液混合物通過(guò)內(nèi)部填塞金屬絲網(wǎng)的金屬管與金屬管外側(cè)的冷卻介質(zhì)換熱來(lái)達(dá)到氣液分離的目的。

高沸點(diǎn)產(chǎn)品的吸收系統(tǒng)在常壓下操作，采用集氣瓶組的方式。前面兩個(gè)或兩個(gè)以上的溶劑集氣瓶17通過(guò)溶劑吸收氣體中高沸點(diǎn)產(chǎn)品，最后一個(gè)回收集氣瓶18用來(lái)回收由于氣液混合逃逸的溶劑。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。