CN102441358A - 三层三温度面绝热炉 - Google Patents

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Abstract

三层三温度面绝热炉，属于加热装置。包括内加热控制层(2)、内保温层(3)、绝热温度测量层(4)、绝热层(5)、外加热控制层(6)、外保温层(7)和绝热炉外壳(17)。三层三温度面绝热炉的设计过程中综合考虑了反应自身的吸热或放热及装置轴向径向散热情况，克服了传统双层双温度面绝热炉绝热效果差、控温精度低、加热能耗高等缺点，实现对绝热层温度的动态平衡控制，保证了绝热炉的绝热性，提高了控温精度，降低了加热能耗，符合节约型社会的发展要求。

Description

三层三温度面绝热炉
技术领域：
本发明为一种三层三温度面绝热炉，属于加热装置，特别适用于化工反应装置中管式反应器的加热，例如小型微分管式反应装置、小型积分管式反应装置、小型多管串联反应装置、小型多管并联反应装置、单管中试反应装置、单管尾气循环中试反应装置等。
背景技术：
随着化工反应动力学中催化反应的绝热温升和反应器放大研究的深入，人们对绝热反应器的绝热性能和控温精度要求越来越高。在绝热反应器的设计过程中若不充分考虑反应自身的热效应(吸热或放热)引起的温度变化，导致反应器器壁与外界发生热量传递，造成绝热反应器的绝热性下降，从而使测量的绝热温升与实际值之间产生大的偏差。
绝热反应器一般具有两种结构：一种为电炉式绝热反应器，一种为液浴式绝热反应器。常见的电炉式绝热反应器是传统双层双温度面绝热炉。
传统双层双温度面绝热炉，由内加热控制层、绝热层、外加热控制层、外保温层组成，结构简单。绝热层左侧的内加热控制层的加热设定温度为反应器要求的温度，绝热层右侧的外加热控制层的加热设定温度与内加热控制层的加热设定温度一致，绝热层两侧不存在温度差，起到绝热效果。
当内加热控制层加热到温度T时，外加热控制层也加热到温度T。随着产生反应热Q，反应器器壁与绝热层左侧的内加热控制层之间发生热交换，从而使绝热层左侧的温度变为(T+ΔT)。而绝热层右侧的温度仍为外加热控制层的加热温度T。绝热层两侧产生温度差ΔT，发生热交换，造成绝热炉的绝热效果下降。实验的过程中无法根据实验中产生的反应热大小灵活调节绝热控温精度，同时外加热控制层的加热温度过高，增加加热能耗和操作的安全隐患。
发明内容：
本发明的目的在于克服传统绝热炉中绝热效果差、控温精度低、加热能耗高的不足，充分考虑了反应自身的热效应对轴向传热的影响，提供一种三层三温度面绝热炉。
三层三温度面绝热炉由内加热控制层(2)、内保温层(3)、绝热温度测量层(4)、绝热层(5)、外加热控制层(6)、外保温层(7)及绝热炉外壳(17)组成。其特征在于：绝热炉内有内保温层(3)、绝热层(5)及外保温层(7)三层和内加热温度控制面(11)、绝热温度测量面(14)及外加热温度控制面(15)三个温度面。
所述的内加热控制层(2)有内加热层电炉丝(9)和内加热层测温管(12)。内加热层测温管(12)内的测温热电偶将实测的温度信号给到加热仪表，仪表通过继电器来控制内加热层电炉丝(9)的工作状况。仪表的设定值为反应器要求控制的温度，手动设置。从而保证内加热温度控制面(11)的温度与反应器器壁温度一致。
所述的绝热温度测量层(4)有绝热温度测量层测温管(13)。绝热温度测量层测温管(13)不放置在加热炉丝旁，保证在无任何加热源的情况下测量出绝热温度测量面(14)(绝热层(5)内侧的温度)TI2，并将该温度值实时动态的作为绝热层外侧加热仪表的设定值，使绝热层内外两侧温度完全相同不发生热传递，实现绝热。
所述的外加热控制层(6)有外加热层电炉丝(8)和外加热层测温管(16)。加热仪表的设定值为绝热层(5)内侧的温度TI2，系统随着TI2的变化自动调节仪表的设定值，从而保证绝热温度测量面(14)(绝热层(5)内侧)的温度和外加热温度控制面(15)(绝热层(5)外侧)的温度一致，使绝热层(5)内外侧的温度差几乎为零，达到更好的绝热效果。
所述的内加热控制层(2)中热电偶控制该层的加热温度TIC1，绝热温度测量层(4)中热电偶测量该层温度T12，然后将温度信号转变为外加热控制层(6)中加热仪表的设定温度，外加热控制层(6)中热电偶控制该层的加热温度TIC2。
所述的内加热层测温管(12)、绝热温度测量层测温管(13)及外加热层测温管(16)中的测温点的个数及位置一一对应。
所述的绝热炉可以为一段炉、两段炉、三段炉及更多段炉，炉膛温度为室温～800℃。
本发明综合考虑反应自身的热效应及绝热炉横向纵向的散热损失情况，对传统双层双温度面绝热炉进行了结构上的改进，提供的三层三温度面绝热炉具有如下优点：
1、控温精度更高。以绝热温度测量面(14)的温度作为外加热控制层(6)加热仪表的设定值，而不是以内加热温度控制面(11)的温度作为加热仪表的设定值。由于内加热温度控制面(11)靠近加热炉丝会产生一定的温度偏差，而绝热温度测量面(14)与内加热层电炉丝(9)之间有内保温层(3)，控温更精确。
2、绝热效果更好。绝热层(5)内侧的温度TI2作为绝热层(5)外侧的外加热控制层(6)加热仪表的设定值，根据TI2的实际测量值随时调节加热仪表的设定值，实现绝热层(5)两侧温度的动态平衡，保证温度差几乎为零，提高绝热炉的绝热效果。
3、外加热控制层的加热能耗降低。由于内保温层(3)的存在，绝热温度测量面(14)的温度TI2比内加热温度控制面(11)的温度低，所以外加热控制层(6)需要提供的加热能耗比传统双层双温度面绝热炉更低。
附图说明：
图1为三层三温度面绝热炉的结构示意图。
具体实施方式：
下面通过实例说明本发明装置的应用，但本发明并不限于此。
实施例1：
在分别安装有三层三温度面绝热炉和传统双层双温度面绝热炉的两台微反装置中做甘油加氢实验，保证工艺条件均相同的条件下考查两种形式的绝热炉的绝热效果。
设定三层三温度面绝热炉的内加热控制层对应的温度控制仪表的设定值为：380℃，开启加热。设定传统双层双温度面绝热炉的内加热控制层和外加热控制层相对应的温度控制仪表的设定值均为：380℃，开启加热。待绝热炉温度稳定后进料反应。系统稳定后，传统双层双温度面绝热炉中反应床层温度为383.2℃，而三层三温度面绝热炉中反应床层温度为387.5℃。因为甘油加氢为放热反应，系统稳定后三层三温度面绝热炉中反应床层温度高于传统双层双温度面绝热炉中反应床层温度，三层三温度面绝热炉中反应器器壁与外界热交换比传统双层双温度面绝热炉少或不发生热传递，所以三层三温度面绝热炉的绝热效果优于传统双层双温度面绝热炉的绝热效果。

Claims (6)

1.三层三温度面绝热炉由内加热控制层(2)、内保温层(3)、绝热温度测量层(4)、绝热层(5)、外加热控制层(6)、外保温层(7)及绝热炉外壳(17)组成。其特征在于：绝热炉内有内保温层(3)、绝热层(5)及外保温层(7)三层和内加热温度控制面(11)、绝热温度测量面(14)及外加热温度控制面(15)三个温度面。
2.根据权利要求1所述的三层三温度面绝热炉，其特征在于：所述的内加热控制层(2)有内加热层电炉丝(9)和内加热层测温管(12)。内加热层测温管(12)内的测温热电偶将实测的温度信号给到加热仪表，仪表通过继电器来控制内加热层电炉丝(9)的工作状况。仪表的设定值为反应器要求控制的温度，手动设置。从而保证内加热温度控制面(11)的温度与反应器器壁温度一致。
3.根据权利要求1所述的三层三温度面绝热炉，其特征在于：所述的绝热温度测量层(4)有绝热温度测量层测温管(13)。绝热温度测量层测温管(13)不放置在加热炉丝旁，保证在无任何加热源的情况下测量出绝热温度测量面(14)(绝热层(5)内侧的温度)TI2，并将该温度值实时动态的作为绝热层外侧加热仪表的设定值，使绝热层内外两侧温度完全相同不发生热传递，实现绝热。
4.根据权利要求1所述的三层三温度面绝热炉，其特征在于：所述的外加热控制层(6)有外加热层电炉丝(8)和外加热层测温管(16)。加热仪表的设定值为绝热层(5)内侧的温度TI2，系统随着TI2的变化自动调节仪表的设定值，从而保证绝热温度测量面(14)(绝热层(5)内侧)的温度和外加热温度控制面(15)(绝热层(5)外侧)的温度一致，使绝热层(5)内外侧的温度差几乎为零，达到更好的绝热效果。
5.根据权利要求1所述的三层三温度面绝热炉，其特征在于：内加热控制层(2)中热电偶控制该层的加热温度TIC1，绝热温度测量层(4)中热电偶测量该层温度TI2，然后将温度信号转变为外加热控制层(6)中加热仪表的设定温度，外加热控制层(6)中热电偶控制该层的加热温度TIC2。
6.根据权利要求1所述的三层三温度面绝热炉，其特征在于：所述的内加热层测温管(12)、绝热温度测量层测温管(13)及外加热层测温管(16)中的测温点的个数及位置一一对应。
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