CN102172505B - 多通道平行管式反应器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多通道平行管式反应器系统，本系统的反应器包括铜浴、支撑管、端盖、多通接头和2根以上的反应管，所述铜浴、端盖和多通接头分别固定于支撑管上，反应管插装于铜浴、端盖和多通接头上各自开设的反应管孔中，反应管平行于支撑管。相对于现有技术，本发明多通道平行管式反应器系统用一根支撑管固定铜浴、端盖和多通接头，具有设计成本低、简单新颖且恒温段长等优点。

Description

多通道平行管式反应器系统

技术领域

本发明涉及一种反应器系统，尤其是一种多通道平行管式反应器系统。

背景技术

新材料的开发，往往需要很大的参数空间，来考虑诸多因素的影响，如组成、制备工艺条件以及操作参数等。在传统的研发方法和研发模式下，一些新材料的出现有时需要花费几年甚至更长的时间，在这种情况下，一些好的材料难免因为不能满足现代快速发展的工业需求而坐失商机。

为了提高材料的研究效率，材料科学的研究人员把高通量的概念引入到了新材料的开发中，它的核心思想在于用精确手段将成百上千的试验通道集中在一个平台上，使传统的实验操作高度集成化、产业化。与传统的研发模式相比，高通量技术总体上具有这样几个优势：能够大幅度节约开发时间，加快新材料的研发速度；降低成本；提供大规模的系统研发功能，减少或消除系统误差。因此，高通量技术不仅在材料科学领域有着广泛应用，它在能源、环保等众多领域也有广阔的应用前景。

然而，目前大部分多通道反应器系统存在体积较大，操作复杂和成本过高等问题，因而开发经济实用、简单易行的多通道反应器系统对加快新材料开发将起到非常重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种体积小、成本低、恒温段长的多通道平行管式反应器系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多通道平行管式反应器系统，本系统的反应器包括铜浴、支撑管、端盖、两个多通接头和2根以上的反应管，所述铜浴、端盖和其中一个多通接头固定于支撑管上，铜浴、端盖和每一多通接头上都开设与反应管数目相等的反应管孔，插装于所述反应管孔中的反应管平行于支撑管。

作为本发明多通道平行管式反应器系统的一种改进，所述端盖包括上端盖和下端盖，所述铜浴、端盖和多通接头在支撑管上的固定顺序从上到下依次为上端盖、铜浴、下端盖、多通接头。

作为本发明多通道平行管式反应器系统的一种改进，所述支撑管的两端分别超出上端盖和多通接头一定长度，所述反应管的上端高于支撑管的上端，另一个多通接头安装于反应管的上端。

作为本发明多通道平行管式反应器系统的一种改进，所述铜浴和上端盖都开设用于插热电偶的测温孔和控温孔，所述测温孔与反应管孔相通。

作为本发明多通道平行管式反应器系统的一种改进，所述多通接头为圆柱形，其反应管孔开设于多通接头的一端，每一反应管孔通过一个圆柱体孔与开设于多通接头另一端的螺孔连通，每一螺孔包括用于装螺钉的螺纹孔和装卡套的锥孔，每一反应管孔内壁开设两个安装O型圈用的环形沟槽。

作为本发明多通道平行管式反应器系统的一种改进，还包括加热炉和连接于加热炉上下方的两个保温罩，加热炉的中心开设反应器孔，反应器在加热炉中固定后，在端盖和铜浴之间的空隙中填充保温棉。

作为本发明多通道平行管式反应器系统的一种改进，所述端盖分为支撑层和收容层，支撑层的直径大于收容层的直径，保温罩与加热炉的之间留有用于收容端盖的支撑层的空隙。

作为本发明多通道平行管式反应器系统的一种改进，所述反应管的数量为4至16根，围绕支撑管均匀分布。

作为本发明多通道平行管式反应器系统的一种改进，所述铜浴的材料为紫铜，采用银焊的方式固定在支撑管上。

作为本发明多通道平行管式反应器系统的一种改进，所述支撑管、端盖的材料为不锈钢。

相对于现有技术，本发明多通道平行管式反应器系统用一根支撑管固定铜浴、端盖和多通接头，具有设计成本低、简单新颖且恒温段长等优点。

附图说明

图1为本发明多通道平行管式反应器系统的结构示意图。

图2为本发明多通道平行管式反应器系统的反应器装配过程示意图，其中，反应管和上多通接头尚未安装。

图3为本发明多通道平行管式反应器系统的铜浴示意图。

图4为本发明多通道平行管式反应器系统的上端盖示意图。

图5为本发明多通道平行管式反应器系统的下端盖示意图。

图6为本发明多通道平行管式反应器系统的多通接头示意图。

图7为对本发明多通道平行管式反应器系统进行恒温段测定的结果示意图。

具体实施方式

请参阅图1和图2，本发明多通道平行管式反应器系统包括反应器61、加热炉64和保温罩65、66。其中，反应器61包括铜浴51、支撑管52、端盖53和54、多通接头55和63及反应管62。

请参阅图2和图3，铜浴51的中心开设一个较大的支撑管孔14，支撑管孔14的大小与支撑管52的直径相适配而供其穿插，这样的设计既可以减少铜浴51的重量，又起到固定铜浴51的作用。铜浴51还围绕支撑管孔14开设四个反应管孔11，反应管孔11均匀分布在合适直径的圆上。铜浴51的上端还开设一个测温孔12和一个控温孔13，分别用于插热电偶。其中，测温孔12与用于穿插反应管孔62的反应管孔11相通，以使热电偶紧贴着反应管62，保证所测温度更加接近反应管62内的实际温度。本发明反应器61采用铜浴51的原因在于：铜是良好的导热体，采用铜浴能提供较长的恒温段，且能实现同一高度处各通道内的温度基本一致。在本实施例中选用的是紫铜材料，它能够承受800℃的高温。

支撑管52选用1/2”薄壁不锈钢管。

请参阅图2和图4，上端盖53包括两层，支撑层的直径略大于收容层的直径，因而能施力于加热炉64上，使反应器61的重力主要由加热炉64的上端承担；收容层的直径与加热炉64的内膛直径一致，起保温作用。上端盖53上开设有分别与铜浴51的支撑管孔14、反应管孔11、测温孔12、控温孔13相对应的支撑管孔24、反应管孔21、测温孔22、控温孔23。

请参阅图2、图4和图5，下端盖54与上端盖53结构相似，也开设有分别与铜浴51的支撑管孔14、反应管孔11相对应的支撑管孔34、反应管孔31，只是未设供热电偶穿插的孔。

两个端盖53、54都具有一定的厚度，且材质都为不锈钢，这使其既能够承受铜浴51、多通接头55和63以及自身的重力，又能够因不锈钢具有的隔热性能起到防止热量过多流失的作用。

请参阅图1、图2和图6，下多通接头55和上多通接头63结构完全相同，只是使用时方向相反，此处仅对下多通接头55进行详细说明。下多通接头55为圆柱形，其上对应铜浴51的支撑管孔14开设有一个支撑管孔46，对应铜浴51的反应管孔11开设四个台阶孔40。支撑管孔46承插支撑管52，同时可以减轻多通接头63的重量。台阶孔40的一端为承插反应管62的反应管孔41，其直径与反应管62的外径相适配，反应管孔41的内壁开设两个安装O型圈用的环形沟槽42，沟槽42的沟槽底和沟槽棱都进行圆角处理，沟槽42的底面和侧面都抛光，反应管孔41的内壁也配合沟槽42倒角；台阶孔40的另一端为1/16″螺孔，包括装螺钉的螺纹孔43和装卡套的锥孔44；一个圆柱体孔45开设于两端之间，将反应管孔41和螺孔连通。

请参阅图1和图2，为了方便安装、拆卸反应器61，加热炉64的结构为半开式。加热炉64的中心开设反应器孔71，上下各连接一个保温罩65、66，以防止反应物料含有常温下以液体形式存在的物质冷凝。保温罩65、66与加热炉64的之间留有用于收容端盖53、54的支撑层的空隙72。保温罩65、66分别为空心结构，罩壁上分别开设反应器孔73和其他供输送管、数据线穿过的通孔。

安装时，首先需要将铜浴51的支撑管孔14、上端盖53的孔24、下端盖54的孔34和下多通接头55的支撑管孔46设置在同一直线上，然后用银焊将铜浴51固定到支撑管52的适当位置，再分别套入上下端盖53、54和下多通接头55，为方便移动反应器61，支撑管52的两端分别超出上端盖53和下多通接头55一定长度。之后用四根导杆依次穿过上端盖53的孔11、铜浴51的反应管孔11、下端盖54的孔31和下多通接头55的反应管孔41，调整好各自的位置后将它们固定为不可旋转，最后将四根导杆抽出，完成反应器61的组合。将四根反应管62从上而下依次穿过上端盖53、铜浴51、下端盖54后穿入下多通接头55，然后将反应器61放置到加热炉64的反应器孔71中，接着再在上下端盖53、54和铜浴51之间的空隙中分别填充保温棉，最后在反应管62上安装多通接头63，即可完成连接开始实验。

多通道系统进行实验的关键在于保持各个通道反应条件一致。为检验本发明多通道反应条件的均一性，对多通道平行管式反应器系统进行了恒温段测定实验，测试过程中控温在400℃，用同一根热电偶依次测定各个通道内反应管62不同位置的温度，具体结果如图7所示。由图7可见，反应器61中各个通道的恒温段接近9cm，且各个通道恒温段内同一高度处的温差很小，这表明本发明很好地达到了预期目的和效果。

在不同的实施方式中，根据实验需要，铜浴51的反应管孔11可以设置为两个以上的任意个，最好为2至16个，它们对称分布在合适直径的圆上，其大小与反应管62相适配，对应地，支撑管52、上下端盖53和54、多通接头55和63的孔道也做出相应的数量变化。

通过以上描述可知，本发明利用铜浴51为反应管62提供更长的恒温段，与传统靠反应炉的保温材料和厚度来实现恒温相比，恒温段大幅延长，由原来的3-4cm延长至7-9cm。

本发明用一根支撑管52固定铜浴51、端盖53、54和多通接头55，反应器61关于支撑管52中心对称，这样的设计具有成本低、恒温段长、反应器体积小等优点，而且由于支撑管52选用薄壁不锈钢管，能起到很好的隔热作用。

多通接头55、63中各台阶孔40的间距可以任意调节，因此铜浴51不会如现有技术一样受普通接头的尺寸所限制，可以紧凑设计，占用很小空间，根据需要做成2到16通道的反应器。这样，既保证多个通道内的反应条件近乎一致，又能避免将反应器系统空间变大而增加改造难度，从而降低成本。

反应管62的连接采用自行设计的多通接头55、63，上下端各一个多通接头，操作简单方便。由于每个多通接头55、63的一端都装有O型圈用于承插多根反应管62，因此将反应管62插入多通接头55、63对应的一端时，无需拧螺母即可起到良好的密封作用。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种多通道平行管式反应器系统，其特征在于：本系统的反应器包括铜浴、支撑管、端盖、两个多通接头和2根以上的反应管，所述铜浴、端盖和其中一个多通接头固定于支撑管上，铜浴、端盖和每一多通接头上都开设与反应管数目相等的反应管孔，插装于所述反应管孔中的反应管平行于支撑管；

所述铜浴、端盖和多通接头的中心都设有一个与支撑管直径相适配的支撑管孔。

2.根据权利要求1所述的多通道平行管式反应器系统，其特征在于：所述端盖包括上端盖和下端盖，所述铜浴、端盖和多通接头在支撑管上的固定顺序从上到下依次为上端盖、铜浴、下端盖、多通接头。

3.根据权利要求2所述的多通道平行管式反应器系统，其特征在于：所述支撑管的两端分别超出上端盖和多通接头一定长度，所述反应管的上端高于支撑管的上端，另一个多通接头安装于反应管的上端。

4.根据权利要求2所述的多通道平行管式反应器系统，其特征在于：所述铜浴和上端盖都开设用于插热电偶的测温孔和控温孔，所述测温孔与反应管孔相通。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的多通道平行管式反应器系统，其特征在于：所述多通接头为圆柱形，其反应管孔开设于多通接头的一端，每一反应管孔通过一个圆柱体孔与开设于多通接头另一端的螺孔连通，每一螺孔包括用于装螺钉的螺纹孔和装卡套的锥孔，每一反应管孔内壁开设两个安装O型圈用的环形沟槽。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的多通道平行管式反应器系统，其特征在于：所述系统还包括加热炉和连接于加热炉上下方的两个保温罩，加热炉的中心开设反应器孔，反应器在加热炉中固定后，在端盖和铜浴之间的空隙中填充保温棉。

7.根据权利要求6所述的多通道平行管式反应器系统，其特征在于：所述端盖分为支撑层和收容层，支撑层的直径大于收容层的直径，保温罩与加热炉之间留有用于收容端盖的支撑层的空隙。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的多通道平行管式反应器系统，其特征在于：所述反应管的数量为4至16根，围绕支撑管均匀分布。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的多通道平行管式反应器系统，其特征在于：所述铜浴的材料为紫铜，采用银焊的方式固定在支撑管上。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的多通道平行管式反应器系统，其特征在于：所述支撑管、端盖的材料为不锈钢。

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