在量热设备中实现多种加热功能的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种在量热设备中实现多种加热功能的装置，主要解决现有技术中加热模式较少的问题。本发明专利技术通过采用一种在量热设备中实现多种加热功能的装置，包括加热单元、保温单元、电力控制器、智能温控器、反应池的技术方案较好地解决了上述问题，可用于量热设备中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在量热设备中实现多种加热功能的装置。
技术介绍
对一个具体反应的热风险进行评价，需要获得起始放热温度、放热速率、放热量、全过程温度和压力变化、自加速分解温度等参数，而这些参数的获得必须通过量热测试。常用量热设备主要包括反应量热仪(RC1)、加速量热仪(ARC)等绝热量热仪(Accelerating Rate Calorimeter and Method of Operation,US4208907)、差示扫描量热仪(DSC)等。针对不同的样品和反应要获得不同的测试数据，需要量热仪对样品和反应进行不同的升温扫描。量热仪的运行模式多种多样，包括快速扫描、绝热模式、等温扫描等。快速扫描是匀速升温直至放热反应开始，是化学品安全的基本筛选方式。等温扫描是控制加热装置使样品处于某个恒定温度，消除温度效应，直接获得反应的转化率等信息。化工过程安全评价中最常用、最能反映反应危险性的量热模式是绝热模式，它是一种绝热状态下测量化学反应过程的方法，能有效测量化学反应过程中的初始反应温度、全过程压力和温度变化、到达最大反应速率的时间等。绝热模式往往是更加接近于实际工况热失控时的反应模式，因此采用绝热模式测出的数据对于模拟工况更加适用。对量热仪器来说，绝热模式的实现方式一般有两种：一种是通过设置热传导性能极差的隔热材料加强体系与环境的热隔离，另一种则是不断调整环境温度，使之与体系温度一直保持一致，消除二者之间的热交换。本专利技术中描述的加热装置就是基于这种“温度补偿”的原理。整个加热装置包含加热和保温两部分，对其加热过程描述如下：将反应体系置于加热装置中，开始运行“加热-等待-搜索”模式，首先加热单元加热物料至指定温度，然后加热单元停止工作，启用保温单元维持温度不变，等待一段时间并搜索是否放热(温升速率大于一定值)，如果在等待的过程检测不到放热，则继续升高温度，进入下一个台阶；如果检测到体系温度上升，则控制环境温度随之上升，以防止体系放出的热量散发到环境中。通过此种方式实现绝热，要求加热装置具有良好的加热功能和温度跟踪功能，这与加热器的设计密切相关。量热设备的加热装置对于实验结果的准确性至关重要。不同的量热设备采用的样品池不同，样品池的大小、形状、材质不尽相同，加热装置的形状也因此不同。对于三种加热模式而言，也要求加热器具有多种功能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中加热模式较少的问题，提供一种新的在量热设备中实现多种加热功能的装置。该装置具有加热模式较多的优点。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种在量热设备中实现多种加热功能的装置，所述装置包括加热单元、保温单元、电力控制器、智能温控器、反应池，所述加热单元、保温单元均包括电阻丝或加热棒，保温电力控制器和加热电力控制器分别与保温单元、加热单元相连；智能温控器包括保温PID(比例、积分、微分控制的简称)和加热PID，与电力控制器协调工作，对反应池内物质提供多种加热模式，既可以设定加热输出功率，实现快速扫描和等温模式，又可以设定升温程序实现绝热模式，使保温单元根据反应池内物质温度进行跟踪，要求误差在1℃内；加热PID与反应池上的加热热电偶相连，保温PID与反应池上的保温热电偶相连，反应池底部设有底盘加热器，底盘加热器高度达到反应池高度的1/5—1/3；在反应池壁和保温单元之间填充保温材料；或者，将加热和保温功能合并，在反应池外部放置一个金属外壳，金属外壳下部提供加热功能，周边提供保温功能，实现对整个反应池的三维包裹，加热功能和温度追踪功能完全由此金属外壳实现。上述技术方案中，优选地，电力控制器选用电磁继电器和固态继电器。上述技术方案中，优选地，电力控制器为可控硅的固态继电器，控制模式选用相位模式、定周期过零调节型、变周期过零调节型。上述技术方案中，更优选地，控制模式选用相位控制模式。上述技术方案中，优选地，智能温控器为外接的或通过通讯模块直接并入量热仪的中央控制系统。上述技术方案中，优选地，保温材料为保温棉。本专利技术提供了一种适用于量热仪器反应池加热的方法，从事化工生产、化工安全研究和化工设计的科研单位及企业对本专利技术方法有一定的需求，本专利技术在化工生产的企业、化工安全研究和化工设计科研单位中有相当的应用推广价值。与现有技术相比，本专利技术能按照指定要求运行不同的加热模式，适用温度为室温～800℃且能长时间耐受该温度，实现多种模式下的测量要求，取得了较好的技术效果。附图说明图1为加热装置整体结构示意图。图1中，1-保温层 2-反应池壁 3-保温加热丝 4-底盘加热器 5-保温热电偶 6-加热热电偶 7-输入值 8-加热PID 9-保温PID 10-保温可控硅电力控制器 11-加热可控硅电力控制器。图2为加热和保温部分分离的加热单元结构图。图2中，1-保温层 2-反应池壁 3-保温单元缠绕的加热丝 4-底盘加热器。图3为加热保温一体式加热单元结构图。图3中，1-保温层 2-反应池壁 3-金属外壳加热器。图4为实施例1中渣油加氢反应过程中温度-时间变化曲线。图5为实施例2中采用“快速扫描”模式测量制备EVOH树脂反应失控温度-时间变化曲线。图6为实施例2中采用“加热-等待-搜索”测量制备EVOH树脂反应失控温度-时间变化曲线。下面通过实施例对本专利技术作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。具体实施方式【实施例1】本专利技术提供一种能够满足三种加热模式的加热方法，如图1所示，能够满足不同安全评价测试的要求。1)本实验装置主要由以下几部分组成：加热单元：加热单元主要由具有一定电阻的电阻丝或加热棒组成，根据材质、反应池结构、与保温单元的相对位置和结构可以有多种选择。保温单元：保温单元主要由具有一定电阻的电阻丝或加热棒组成，保温单元一般根据反应池外形结构制作，在反应池和保温单元之间填充一定厚度保温棉。根据材质、反应池结构、与保温单元的相对位置和结构可以有多种选择。电力控制器：电力控制器关系到加热装置的精度和使用寿命，可以选用电磁继电器和固态继电器，优选基于可控硅的固态继电器，控制模式可以选用相位模式、定周期过零调节型、变周期过零调节型，优选相位控制模式。智能温控器：与电力控制器协调工作，按照实验要求对反应池内物质提供多种加热模式。既可以设定加热输出功率，实现快速扫描和等温模式；又可以设定升温程序实现绝热模式，使保温单元根据反应池内物质温度进行跟踪，要求误差在1℃内。智能温控器可以是外接的也可以是通过通讯模块直接并入量热仪的中央控制系统。2)对本实验装置的加热单元和保温单元结构的详述根据反应池结构不同，加热单元和保温单元可以制作成不同的形状和的大小，可以但不限于圆柱形、球形等，要求所制作的加热装置外形符合相应的反应池外形，以提供精准加热。以100ml圆柱形反应池为例，说明加热装置的两种构造：(a)加热单元在反应池底部绕成加热盘，要求高度达到反应池高度的1/5—1/3，用于对反应池的加热；保温单元根据反应池形状做成比反应池略大一点的形状，要求保温单元与反应池之间恰好可以填充一定厚度，如0.2cm左右的保温材料。见图1。其中，保温材料可以为保温棉。加热丝可以直接缠绕在保温材料外，也可以缠绕在能够紧密贴合在保温层上的圆柱形金属薄层上。(b)将加热和保温功能合并，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在量热设备中实现多种加热功能的装置，所述装置包括加热单元、保温单元、电力控制器、智能温控器、反应池，所述加热单元、保温单元均包括电阻丝或加热棒，保温电力控制器和加热电力控制器分别与保温单元、加热单元相连；智能温控器包括保温PID和加热PID，与电力控制器协调工作，对反应池内物质提供多种加热模式，既可以设定加热输出功率，实现快速扫描和等温模式，又可以设定升温程序实现绝热模式，使保温单元根据反应池内物质温度进行跟踪，要求误差在1℃内；加热PID与反应池上的加热热电偶相连，保温PID与反应池上的保温热电偶相连，反应池底部设有底盘加热器，底盘加热器高度达到反应池高度的1/5—1/3；在反应池壁和保温单元之间填充保温材料；或者，将加热和保温功能合并，在反应池外部放置一个金属外壳，金属外壳下部提供加热功能，周边提供保温功能，实现对整个反应池的三维包裹，加热功能和温度追踪功能完全由此金属外壳实现。

【技术特征摘要】
1.一种在量热设备中实现多种加热功能的装置，所述装置包括加热单元、保温单元、电力控制器、智能温控器、反应池，所述加热单元、保温单元均包括电阻丝或加热棒，保温电力控制器和加热电力控制器分别与保温单元、加热单元相连；智能温控器包括保温PID和加热PID，与电力控制器协调工作，对反应池内物质提供多种加热模式，既可以设定加热输出功率，实现快速扫描和等温模式，又可以设定升温程序实现绝热模式，使保温单元根据反应池内物质温度进行跟踪，要求误差在1℃内；加热PID与反应池上的加热热电偶相连，保温PID与反应池上的保温热电偶相连，反应池底部设有底盘加热器，底盘加热器高度达到反应池高度的1/5—1/3；在反应池壁和保温单元之间填充保温材料；或者，将加热和保温功能合并，在反应池外部放置一个金属外壳，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱红伟，孙冰，王婷，姜杰，石宁，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37