CN106732196B - 一种采用蒸汽热解化工原料的反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用蒸汽热解化工原料的反应装置。该装置包括腔体、腔体外部依次设有的加热机构和冷却机构、腔体的顶盖；腔体的内部设有载物支架；顶盖上设有连通腔体内部的排气管、进气管、液体取样器和安全卸荷阀。使用时，在腔体内加入水，水面位于载物支架的中下部；将被热解物置于载物支架上；密封腔体；启动加热机构，使腔体内的水均匀受热，产生高温高压的水蒸气，使被热解物产生热解反应；热解反应停止，向腔体内通入惰性气体，使腔体内的水蒸气通过排气管排出；当腔体内部充满惰性气体，开启冷却机构；当腔体冷却至室温完成反应。本发明避免了原料和水的直接接触，同时达到反应材料保形的目的；提高了实验结果的准确性。
Description
技术领域
本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种采用蒸汽热解化工原料的反应装置。
背景技术
采用水热解化工原料的反应装置是实验室中常用的设备之一，常用来完成生物质、二氧化钛、水泥和粉煤灰等材料的热解反应。现有的传统的采用水热解化工原料的反应装置在进行热解实验时，常常将物料直接置于水中，反应过程进行中，物料中部分物质溶解于水中，对实验产物的分析产生不利影响，降低实验结果的准确性；同时存在无法使物料保形的弊端（例如无法进行成型生物质炭的制备）；另外现有传统的采用水热解化工原料的反应装置缺少冷却系统，导致冷却时间过长，同时使余热对反应产物产生一定的影响。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种采用蒸汽热解化工原料的反应装置。
一种采用蒸汽热解化工原料的反应装置包括圆柱筒状的腔体6，所述腔体6的外部依次设有加热机构2和冷却机构，腔体6的顶部设有顶盖8；所述顶盖8上设有连通腔体6内部的排气管10、进气管14、液体取样器9和安全卸荷阀12；腔体6的内部设有载物支架17；
使用时，在腔体6内加入水，水面位于载物支架17的中下部；将被热解物置于载物支架17上；盖好顶盖8，密封腔体6；启动加热机构2，使腔体6内的水均匀受热，产生高温高压的水蒸气，使被热解物产生热解反应；
热解反应停止，通过进气管14向腔体6内通入惰性气体，使腔体6内的水蒸气通过排气管10排出；当腔体6内部充满惰性气体，关闭进气管14同时开启冷却机构；当腔体6冷却至室温完成反应。
进一步限定的技术方案如下：
所述加热机构2包括均布设于腔体6外壁上的电加热片5。
所述冷却机构包括环状的空心套管3，所述空心套管3的外侧壁上设有出水口15，空心套管3内设有螺旋盘管4，螺旋盘管4的一端为出水口，另一端为进水口16；螺旋盘管4的进水口16位于空心套管3的外侧壁外部，螺旋盘管4的出水口位于空心套管3内。
所述载物支架17为实现高度调节的升降支架。
所述所述载物支架17上设有载物托盘24。
所述顶盖8上还设有压力表11和温度传感器13。
所述排气管10上设有排气阀；所述进气管14上设有进气阀。
所述取样器9包括取样管9，取样管9的下部腔体6内，取样管9的上部设有取样阀。
所述腔体6的顶端设有外翻的法兰边7，所述顶盖8和法兰边7通过密封垫配合密封连接。
载物托盘24上分隔成四个小盘，实现四种不物质的同时进行热解反应。
本发明有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明反应装置用于实验时，材料置于腔体内载物支架的托盘上，利用自发产生的高温高压的水蒸气对原材料进行热解反应，避免了原材料和水的直接接触，防止原材料中的物质大量溶解在水中，使得对实验产物中的固体进行分析时结果更加准确；同时由于原材料被置于载物支架的托盘上，避免了原材料受到水的影响而无法保形，例如有利于成型生物质炭的制备。
2.载物支架的载物托盘被分为4个区域，可将四种不同原材料分别置于4个区域中，保证了在完全相同条件下同时对四种不同原材料进行蒸汽热解反应，使对比实验的分析结果更加具有说服性。
3.冷却机构采用水冷方式对圆柱筒状腔体进行冷却，同时利用螺旋盘管辅助冷却，造成了螺旋盘管内外冷却水的流向呈现为逆流向，增大了传热系数，另外螺旋盘管的采用增大了换热面积，强化了换热，增强了冷却水的冷却效果，大幅缩短了冷却时间，避免实验结束后反应装置腔体内物料在余热影响下继续进行热解反应，使实验结果更加准确。
4.液体取样器能对实验过程中反应装置腔体底部的液体进行实时取样，对取得的液体样品进行分析，对蒸汽热解反应进程达到监控的目的。
5.热解反应停止，向腔体内通过惰性气体置换出水蒸气，避免了冷却阶段水蒸气冷凝后，水滴落在载物支架的载物托盘内溶解反应产物，提高了实验结果的准确性。
6.采用加热机构、冷却机构一体化的设计，使装置更加紧凑，节约了空间，为该反应装置用作实验室实验仪器提供便利。
7.支架底座上刻有刻度，在对同一物质进行不同反应时间的对比实验时，可精确调整支架高度，进一步确保了实验条件的一致性，提高了对比实验的可靠性与说服力。
附图说明
图1为本发明专利实施例提供用于采用蒸汽热解化工原料的反应装置结构示意图。
图2为本发明专利实施例提供多节可连续伸缩支架主视图。
图3为本发明专利实施例提供多节可连续伸缩支架俯视图。
图4为本发明专利实施例提供冷却系统内螺旋盘管三维示意图。
上图中序号：底座1、加热机构2、空心套管3、螺旋盘管4、电加热片5、腔体6、法兰边7、顶盖8、液体取样器9、排气管10、压力表11、安全卸荷阀12、温度传感器13、进气管14、出水口15、进水口16、载物支架17、支架底座21、紧固螺丝22、载物托盘24。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例1
参见图1，一种采用蒸汽热解化工原料的反应装置包括圆柱筒状的腔体6，腔体6的外部依次套装有加热机构2和冷却机构；腔体6的顶端设有外翻的法兰边7，法兰边7和顶盖8通过密封垫密封连接。顶盖8上安装有连通腔体6内部的排气管10、进气管14、液体取样器9和安全卸荷阀12，排气管10上安装有排气阀，进气管14上安装有进气阀；取样器9包括取样管，取样管的下部位于腔体6内，取样管的上部安装有取样阀。顶盖8上还安装有压力表11和温度传感器13。腔体6的内部安装有载物支架17；参见图2，载物支架17为升降支架，通过调节紧固螺丝22实现载物支架17的升高或降低；支架底座21的边缘设有刻度表，用于确定载物支架17升降高度的位置。载物支架17上安装有载物托盘24。
加热机构2包括均布安装于腔体6外壁上的四块电加热片5。
冷却机构包括环状的空心套管3，所述空心套管3的外侧壁上开设有出水口15；空心套管3内安装有螺旋盘管4，螺旋盘管4的一端为出水口，另一端为进水口16；螺旋盘管4的进水口16位于空心套管3的外侧壁外部，螺旋盘管4的出水口位于空心套管3内。
使用时，在腔体6内加入水，水面位于载物支架17的中下部；将被热解物置于载物支架17上；盖好顶盖8，密封腔体6；启动加热机构2，使腔体6内的水均匀受热，产生高温高压的水蒸气，使被热解物产生热解反应。通过压力表11可读取腔体6内部的压力，当腔体6内部压力过高时，安全卸荷阀12自动进行泄压，防止腔体6内部气体压力过高发生危险。首先安全卸荷阀12上方阀门保持关闭状态，安全卸荷阀12下方阀门自动打开，使蒸汽进入两个阀门之间的管道，然后安全卸荷阀12下方阀门自动关闭的同时安全卸荷阀12上方阀门自动打开，使蒸汽排出，如此反复，达到泄压的目的。反应过程中通过温度传感器13监控腔体6内部温度，通过加热片5得电进行加热，失电停止加热达到控温的目的，保持预设温度。
通过液体取样器9，可对腔体6内底部液体进行实时取样。首先打开液体取样器靠近顶盖处的阀门，反应装置腔体内部液体在压力差作用下上升至液体取样器出口处，关闭液体取样器靠近顶盖处阀门，然后打开液体取样器靠近出液口处阀门，即可取得液体样品。对取得样品进行检测，监控实验反应进程。
热解反应停止，通过进气管14向腔体6内通入惰性气体，使腔体6内的水蒸气通过排气管10排出；当腔体6内部充满惰性气体，关闭进气管14同时开启冷却机构。由螺旋盘管4的进水口16向空心套管3内送入冷却水，当空心套管3内注满冷却水时，冷却水由空心套管3上的出水口向外排水；当腔体6冷却至室温完成反应。
实施例2
参见图3，载物托盘24上分隔成四个小盘，可以实现对四种不物质同时进行热解反应。
Claims (5)
1.一种采用蒸汽热解化工原料的反应装置，包括圆柱筒状的腔体（6），其特征在于：所述腔体（6）的外部依次设有加热机构（2）和冷却机构，腔体（6）的顶部设有顶盖（8）；所述顶盖（8）上设有连通腔体（6）内部的排气管（10）、进气管（14）、液体取样器（9）和安全卸荷阀（12）；腔体（6）的内部设有载物支架（17），所述载物支架（17）上设有载物托盘（24）；
所述加热机构（2）包括均布设于腔体（6）外壁上的电加热片（5）；
所述冷却机构包括环状的空心套管（3），所述空心套管（3）的外侧壁上设有出水口（15），空心套管（3）内设有螺旋盘管（4），螺旋盘管（4）的一端为出水口，另一端为进水口（16）；螺旋盘管（4）的进水口（16）位于空心套管（3）的外侧壁外部，螺旋盘管（4）的出水口位于空心套管（3）内；
所述排气管（10）上设有排气阀；所述进气管（14）上设有进气阀；
所述液体取样器（9）包括取样管，取样管的下部位于腔体（6）内，取样管的上部设有取样阀；
使用时，在腔体（6）内加入水，水面位于载物支架（17）的中下部；将被热解物置于载物支架（17）上；盖好顶盖（8），密封腔体（6）；启动加热机构（2），使腔体（6）内的水均匀受热，产生高温高压的水蒸气，使被热解物产生热解反应；
热解反应停止，通过进气管（14）向腔体（6）内通入惰性气体，使腔体（6）内的水蒸气通过排气管（10）排出；当腔体（6）内部充满惰性气体，关闭进气管（14）同时开启冷却机构；当腔体（6）冷却至室温完成反应。
2.根据权利要求1所述一种采用蒸汽热解化工原料的反应装置，其特征在于：所述载物支架（17）为实现高度调节的升降支架。
3.根据权利要求1所述一种采用蒸汽热解化工原料的反应装置，其特征在于：所述顶盖（8）上还设有压力表（11）和温度传感器（13）。
4.根据权利要求1所述一种采用蒸汽热解化工原料的反应装置，其特征在于：所述腔体（6）的顶端设有外翻的法兰边（7），所述顶盖（8）和法兰边（7）通过密封垫配合密封连接。
5.根据权利要求1所述一种采用蒸汽热解化工原料的反应装置，其特征在于：载物托盘（24）上分隔成四个小盘，实现四种不物质同时进行热解反应。
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