用于研究低流速管式反应器放大效应的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于研究低流速管式反应器放大效应的系统，核心为管式反应器。该系统的适用范围广、操作简便，可用于均相、多相流反应的冷模研究，也可满足工程试验的需求，用于高校的教学工作。通过这套系统，可以研究反应过程的放大效应，如流量、组成、黏度、气含量、反应器结构等因素对放大过程的影响，进一步优化反应过程的条件，并缩短工程开发的周期，提高放大过程的安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
用于研究低流速管式反应器放大效应的系统
本技术涉及了一种用于研究低流速管式反应器放大效应的系统，特别是一种适用于研究低流速、涉及强放热反应的管式反应器放大效应的系统。
技术介绍
含能化合物的生产过程一般都会涉及多种强放热反应，主反应和部分副反应的放热量巨大，过程极易“飞温”失控。反应体系存在大量的高危险化合物，易燃易爆且容易分解产生大量的气体，对传热、传质及混合都会带来不小的影响。管式反应器作为工业生产的核心设备之一，具有结构简单、适用性强、可控性高、适合连续操作、返混小等一系列优点。工程上采用管式反应器代替传统的釜式反应器，可以有效控制管内流速，避免反应过于激烈。管内流速低，流体的停留时间会较长，反应的情况相对温和，但过程的混合效果会就此变差。利用过程强化技术可以提高流体的流动和混合性能，但是反应器的结构会变得复杂，过程的机理亦不清楚，且缺乏可靠的放大依据。综合以上考虑，结合反应过程放热剧烈、气体释放量大、危险性高等特点，开展研究物料比例、物料流量、气体流量、管式反应器系统中管式反应器的组合方式、管式反应器系统中管式反应器的放置形式和管式反应器系统中管式反应器中扰流元件的结构等多种因素对过程的影响，特别是在放大过程中的效应，以解决关于过程开发、系统设计和操作方法等问题。过程中涉及到的机理较为复杂且危险性较高，使强放热反应的放大成为一个难度较大且迫切需要解决的问题，需要一种用于研究含强放热反应的低流速管式反应器放大效应的系统及方法，用于相关过程的放大机理研究和实验工作，优化反应过程的条件，缩短工程开发的周期，提高放大的安全性和可靠性。
技术实现思路
本技术要解决的问题是，提供一种用于研究低流速管式反应器放大效应的系统。该系统的应用范围广、操作简单，可实现科研、生产、教学三种功能：一、研究流体的流动性能、混合性能以及管式反应器的放大效应；二、满足工程试验的要求，考察生产中的实际问题；三、用于高校实验教学工作。通过这套装置，可以系统地研究流体流量、物料组成、气含量、反应器结构、反应器组合形式以及放置形式等多种因素对反应过程的影响，针对反应过程进行相应的优化设计，缩短反应工程开发的周期，进一步提高过程放大的可靠性和安全性。本技术解决上述问题所采用的技术方案是：研究低流速管式反应器放大效应的系统，包括A储液罐、B储液罐、预混合装置、供气装置、管式反应器系统、示踪剂装置、用于监测物料宏观混合效果的第一检测装置、取样装置、用于监测物料微观混合效果的第二测量装置和用于收集混合物料的废液槽。其中，一号管道和二号管道上均设有输送泵、液体流量计和液体流量调节阀，所述三号管道上设有气体流量计、气体流量调节阀和止回阀。在直管式反应器内部采用了一些特殊的扰流结构，通过更换直管内部的扰流结构，研究不同的结构对宏观混合过程、微观混合过程的影响。具体采取了以下几种管内扰流结构，如顺旋十字式斜片结构、逆旋顺旋十字式斜片结构、顺逆旋组合顺旋十字式斜片结构、拉西环式结构、螺旋导流结构等，通过检测并计算停留时间分布、离集指数等研究不同因素对混合效果的影响。本技术所述的用于流体输送的管路，主要包括物料A储液罐、物料B储液罐、气体C高压钢瓶、齿轮输送泵、止回阀、平阀、转子流量计、预混器、断面式取样器、废液槽等，它们安装在用于管架支撑的控制柜中。流体输送管路中可能存在一些具有腐蚀性的流体，所述管路的材质均选择316L不锈钢，保证设备不被腐蚀，具有较长的使用寿命。管路的连接可根据规格采用螺纹连接、法兰连接或卡套连接的其中一种。本技术所述的用于反应的管式反应器系统包括了单独的直管式反应器、单独的螺旋管式反应器和两者的组合等多种形式，拥有包括了等三种不同的规格，并且可以更换直管式反应器内部的扰流元件，满足不同的混合需求。管式反应器采用串、并联组合的形式水平/垂直安装于支撑管架的控制柜中。其中，直管式反应器内部可以存在特殊的扰流结构，用于加强流体流动、混合。螺旋管式反应器的螺距为内径的5倍，弯曲直径为内径的10倍，匝数为10匝。通过改变管径，研究过程中的尺寸放大效应，为进一步的放大提供可靠的支持。反应器的取样器采用断面形式的漏斗结构，在保证废液顺利排出的同时，可以实现即时、快速的取样。具体的，所述管式反应器系统为水平放置的直管反应器、水平放置的螺旋管反应器或两者的组合，当管式反应器系统为单独的水平放置的直管反应器或螺旋管反应器时，所述管式反应器系统的进料口与预混合装置的出料口连通，出料口与取样装置的进料口连通；当管式反应器系统为水平放置的直管反应器与螺旋管反应器组合时，所述直管反应器的内管直径与螺旋管反应器的内管直径相同，且直管反应器的进料口与预混合装置的出料口连通，直管反应器的出料口与螺旋管反应器的进料口连通；所述螺旋管反应器的出料口与取样装置的进料口连通。直管式反应器内部存在的特殊扰流结构，按照一定的位置关系摆放在直管式反应器内部，通过改变流体的流型分布、加强流体湍流，从而实现过程强化的目的。通过更换直管式反应器内部的扰流结构，研究不同结构的扰流元件对流体的流态分布的影响。通过改变直管的放置方式，可研究重力对流体混合情况的影响。所述的螺旋管式反应器是利用管道本身的螺旋结构，使得流体的流动变得复杂，产生与直管式反应器不同的效果，达到过程强化的目的。螺旋管式反应器既可以单独进行研究，也可以与直管式串联组合后作为一个整体研究反应器耦合使用的效果。所述的检测设备主要包括电导率仪和紫外分光光度计。通过电导率仪测定流体的电导率。通过紫外分光光度计测定产物分布。此外，还可通过压力表测定管路的压降大小。本技术与现有技术相比具有以下有益效果和优点：一、通过改变管式反应器的尺寸规格，研究过程的放大效应以及尺寸变化对宏观混合、微观混合带来的影响。此外，还可缩短工程开发的周期，提高放大的可靠性；二、通过采用不同的管内扰流元件，研究反应器结构对宏观、微观混合性能的影响，且管内扰流结构可进行更换；三、依靠本装置，可以研究均相、多相体系的化学反应，研究流体流量、气体含量、流体黏度等因素对反应的影响。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施案例中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图，其中：图1为本技术提供的用于研究低流速管式反应器放大效应的系统流程框图；图2为本技术提供的管式反应器系统流程框图；图3为本技术提供的用于研究低流速管式反应器放大效应系统全流程示意图；图4为本技术提供的用于研究低流速管式反应器放大效应系统水平方向的流程示意图；图5为本技术提供的用于研究低流速管式反应器放大效应系统垂直方向流的程示意图；图6为本技术提供的一种低流速直管式反应器的结构示意图；图7为本技术提供的垂直撞击流预混合器的结构示意图；图8为本技术提供的漏斗式取样装置的结构示意图。具体实施方式为了使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，并不是全部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于研究低流速管式反应器放大效应的系统，其特征在于：包括A储液罐、B储液罐、预混合装置、供气装置、管式反应器系统、示踪剂装置、用于监测物料宏观混合效果的第一检测装置、取样装置、用于监测物料微观混合效果的第二测量装置和用于收集混合物料的废液槽；所述A储液罐通过一号管道与预混合装置的进液口连通，所述B储液罐通过二号管道与预混合装置的进液口连通，所述一号管道和二号管道上均设有输送泵、液体流量计和液体流量调节阀；所述供气装置通过三号管道与预混合装置的进气口连通，所述进气口位于预混合装置中液体预混合后的管路上；所述三号管道上设有气体流量计、气体流量调节阀和止回阀；所述预混合装置的出料口与管式反应管系统的进料口连通，所述管式反应器系统的出料口与取样装置的进料口连通，所述取样装置的出料口与废液槽的进料口连通；所述示踪剂装置设置在管式反应管系统的进料口；所述第一检测装置实时监测管式反应管系统的出料口处物料宏观混合效果；所述第二测量装置实时监测取样装置中的物料微观混合效果。

【技术特征摘要】
1.一种用于研究低流速管式反应器放大效应的系统，其特征在于：包括A储液罐、B储液罐、预混合装置、供气装置、管式反应器系统、示踪剂装置、用于监测物料宏观混合效果的第一检测装置、取样装置、用于监测物料微观混合效果的第二测量装置和用于收集混合物料的废液槽；所述A储液罐通过一号管道与预混合装置的进液口连通，所述B储液罐通过二号管道与预混合装置的进液口连通，所述一号管道和二号管道上均设有输送泵、液体流量计和液体流量调节阀；所述供气装置通过三号管道与预混合装置的进气口连通，所述进气口位于预混合装置中液体预混合后的管路上；所述三号管道上设有气体流量计、气体流量调节阀和止回阀；所述预混合装置的出料口与管式反应管系统的进料口连通，所述管式反应器系统的出料口与取样装置的进料口连通，所述取样装置的出料口与废液槽的进料口连通；所述示踪剂装置设置在管式反应管系统的进料口；所述第一检测装置实时监测管式反应管系统的出料口处物料宏观混合效果；所述第二测量装置实时监测取样装置中的物料微观混合效果。2.根据权利要求1所述的用于研究低流速管式反应器放大效应的系统，其特征在于：所述管式反应器系统为水平放置的直管反应器、水平放置的螺旋管反应器或两者的组合，当管式反应器系统为单独的水平放置的直管反应器或螺旋管反应器时，所述管式反应器系统的进料口与预混合装置的出料口连通，出料口与取样装置的进料口连通；当管式...

【专利技术属性】
技术研发人员：董振宇，何潮洪，戴立言，黄聪，朱海，于飞，崔兴，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33