CN106997215B - 开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计及其工作方法 - Google Patents

Abstract

开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计及其工作方法，反应釜外部设有恒温系统釜内出水口通过电磁阀、电动调节阀与蓄能器连通，蓄能器通过电动调节阀电磁阀与单向阀连接有高压气罐；该蓄能器与高压气罐之间连接有高压气泵；反应釜的釜盖上通过电磁阀与单向阀与液体容器连通，液体容器中装有试剂或水，还设有高压液泵；釜内排液口通过电磁阀与单向阀接非循环液体排液口；同时，该电磁阀与单向阀之间通过电磁阀在液体容器中开设循环液体出液口。本发明应用蓄能器的储能原理保持反应容器的压力稳定，再应用高压气罐不断给蓄能器提供能量，其优势在于安全性能高，整个体系的压力波动小，精确控制反应容器的压力，保持体系压力稳定性。

Description

开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种高压容器，具体涉及一种开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计。本发明还涉及这种开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计的工作方法。

本发明得到国家自然科学基金委（NSFC）重大科研仪器研制项目41227801和中国科学院科研装备研制项目“深海模拟器Abyssource研制”的资助，以及中国科学院资源地层学与古地理学重点实验室（南京地质古生物研究所）的协助。

背景技术

随着科学技术的进步和工业生产的发展，压力容器在石油、化工、轻工、医药、环保、食品、生物工程及国防等工业领域得到广泛应用，且数量日益增大，压力容器压力的恒定控制和准确稳定地调节的要求也越来越高。在反应釜中，由于液-液反应或固-液反应体系的弱可压缩性，一些化学反应形成新的物质如产生沉淀所引起的体积变化就会造成密闭反应釜压力的急剧变化；包括容器的环境温度等的波动也会引起反应釜的压力波动（李宏飞等，2005；傅献彩，2005；Ding K. et.al. 2005）。有些理化过程中也需要控制平衡平稳准确地调节反应釜的压力，以保证与压力有关的理化反应的进行（王玉甲等，2013；李浩然等，2016）。无疑，恒定的压力及其压力稳定控制和准确稳定地调节就是压力容器系统中的重要因素。而在反应进行的过程中，在保持压力恒定的条件下，如何加入或排出反应釜内的物质，一直是高压密闭反应中难以解决的问题（翟德明等2015；张一层等，2016）。

目前大多数恒压反应容器通过过程控制实现压力容器的稳压设计，建立系统传递函数，结合数学工具进行分析和控制，通过压力反馈自适应调节变量，智能控制压力恒定（Jeffrey R. Thumm et al.,2001; 李世伦等. 2007；董贤信等，2014；高洪杰，2011）。但这种系统控制都是建立在机械模型最优化的基础上，在物理层面最大化的消除压力大幅度波动的影响，再通过过程控制精确控制压力恒定（Thomas et. al.,1991；刘国学，2010.；胡学敏，2013；刘敬喜等，2012）。这种控制方式结构复杂，控制响应远远慢于压力传递的速度（液体的压力传递速度接近于音速），而大部分智能控制系统的时间响应远远慢于压力变化及其传递，从而使得过程控制过程中依然出现巨大的压力波动，最近也出现了通过串接或并接一个蓄能器作为压力波动缓冲的新设计方案（李怀明等,2009；王玉甲等2013；李浩然等，2016）。但是这种方法依然存在明显的缺陷，一方面由于蓄能器（以气囊式和弹簧式为例，重力活塞式不适合作为高压环境的蓄能器）存在压力缓冲限度，压力变动过大，蓄能器的缓冲能力越差，当蓄能器气囊压力与设定压力差距较大时，如0.5倍以上，蓄能器就几乎没有压力缓冲能力，而压力实验中数倍的压力变化调节是常常需要的，因此，简单的串接或并接蓄能器对压力的稳定和控制调节的能力还是非常有限的。也就是说蓄能器的原始设定压力与反应釜实际所需压力越接近，恒压稳压效果越好，在实际反应过程中压力与蓄能器原有设定压力差距越大，其恒压缓冲能力就越差。另一方面，环境温度的变化也会造成蓄能器压力的变化，从而反而会造成系统，包括反应釜压力的变化，而一般情况下很少会对系统中的的蓄能器进行恒温调节。

对于很多高压恒压反应流程，通常需要在保持压力不变的条件下增加物料或排出产物，这种高压环境中的过程往往会带来极大的压力波动（王光雨，翁昔阳，一种超临界二氧化碳介质中酶催化制备醛类、烯醛类香料的方法。申请（专利）号：CN200610027858.2，已撤回）。这种在液-液反应或固-液反应过程中需要从高压密闭反应器增加或者排除反应材料且保持压力稳定是难以做到的，但也是实际工作中非常需要的。

尽管大幅度扩大蓄能器体积可以增加压力缓冲能力，但由于蓄能器一般体积较小，这带来蓄能器缓冲范围小，实验或反应过程中压力的压力波动难以得到缓冲和平衡。虽然蓄能器体积越大压力缓冲会越大，但会造成反应釜反应物大量进入蓄能器造成实际参与反应的反应物的条件控制缺失等等。那么，如何在机械模型上对压力容器系统进行优化，解决压力的大幅度波动是蓄能器压力缓冲的一个难题。本发明涉及通过在反应釜旁串联或并联的一个经过特殊加工的蓄能器，其气相接口处连接一个恒温气罐，并可以具有调节该恒温高压气罐的压力的气压压力的控制系统。即通过来保持高压气罐的压力的恒定以及正确平稳地根据需要调节蓄能器的压力，从而间接的调节或恒定反应釜内的压力。当反应釜中的物理过程、化学过程引起釜内压力高于或低于设定值时，串联的蓄能器内的液体就会进入反应釜或者吸收来自高压反应釜的液体，由此吸收高出来的压力或释放压力以稳定反应釜的压力波动，始终保持容器内压力稳定。当压力波动超过蓄能器蓄能缓冲能力的时候（如较大幅度的压力改变），可以通过调节蓄能器后级的气罐压力提供更大的缓冲能力，以保证反应釜或反应器工作对压力的需要。

当反应釜内的压力需要调整或改变时，只需要改变蓄能器内的气相部分的压力就可以。而蓄能器气囊或气相部分的气压可以通过调整与其连接的恒温气罐的压力来控制，由此可以来间接且准确地控制和调整反应釜内的液相-固相或液相-液相反应的压力稳定控制和压力恒定改变的要求。

例如，在地质地球化学研究中，矿物的形成和变化通常与固体和液体间的物理化学过程有关，而对于这一相互关系的研究是一个地球科学非常重要的研究领域，而对于岩石矿物的形成和变化，其过程中压力的影响因素和温度等一样，是非常重要的控制因素。

一方面，对于液-液反应或固-液反应过程中如果形成新的不同密度物质，反应物容积会发生改变，而由于液体或溶液的难以压缩性，反应器内的压力会发生急剧变化，从而改变了原有的设计要求，因此，保证反应过程的压力均一是保证实验或反应条件的重要因素。而随着新的矿物的形成，溶液中反应物的不断减少，必然需要向系统添加新的反应物，而添加过程以及产物的输出过程中，也会带来压力的波动，从而造成对反应的不稳定以至于产物的不稳定性。

另一方面，对于液-液反应或固-液反应，为保证反应的连续进行，通常当需要向反应釜连续或间断性地添加反应原料或反应物的时候，必然会引起压力的大幅度波动，当然，如果需要将反应釜内的产物连续或间断性移除，这些动作或要求都会造成反应釜内部压力的大幅度改变，从而因改变了反应条件而影响反应过程和反应产物，因此，如何在连续或间断性增加反应物，以及连续或间断性移除反应产物的时候保持反应釜内的压力不变，一直是高压液-液反应和固-液反应中的难题。

再有就是有些实验过程或研究过程中，需要稳定准确的调节反应釜内的压力，而对于液-液反应或固-液反应来说，这个调节难度相对较大，特别是高压泵本身的特点，也是造成压力调整困难的原因。

参考文献：

Ding K, Seyfried W E, Zhang Z, et al. The in situ pH of hydrothermalfluids at mid-ocean ridges. Earth and Planetary Science Letter, 2005, 237:167-134

Jeffrey R. Thumm, Michael A. Lento, Jerome S. Higgins，2001，Multiplestream high pressure mixer/reactor ，US Patents 6221332 B1；

Thomas H. Winslow, Bruce A. Anderson,1991, Accumulator and pressurecontrol for ink-ket pens. US 5039999 A

董贤信，蒋凯，陈杭，叶树明，2014.A design of deep-sea extreme environmentsimulator.《热带海洋学报》, 2014, 33(2):101-108

傅献彩，2005，物理化学(第五版)，高等教育出版社

高洪杰，2011.分程调节在反应釜压力控制系统中的应用。《吉林化工学院学报》,2011, 28(3):77-79

胡学敏，2013. 高温高压反应釜系统研制。《扬州大学》, 2013(5):153-155

李浩然，范玲玲，赵维刚，刘畅，2016. 一种恒温恒压的密封试验装置. 申请公布号：CN 105675644 A

李宏飞，蒙延峰，霍红，蒋世春，安立佳。 2005, 压力对高分子液-液相转变行为的影响。《科学通报》,50(7):613-622；

李怀明,翟世奎,陶春辉,于增慧.现代海底热液活动模拟实验技术[J].海洋科学,2009,33(1):84-89

李世伦，侯继伟，叶树明，张建文，陈鹰，2007.深海极端环境模拟平台控制系统研究.《浙江大学学报(工学版)》, 2005, 39(11):1769-1772；

刘国学，2010.高压氨水泵PID恒压控制改造。《天津冶金》, 2010(3):61-63

刘敬喜，王敏，2012.深海环境模拟实验装置压力控制系统设计。《电子设计工程》,2012, 20(4):87-90

王玉甲赵文德贾瑞栋张铭钧徐建安姚峰，2013，一种压力容器变容积恒压保持装置，申请公布号 CN 102927269 A；

翟德明，徐云朋。2015.关于高压氨水泵变频器节能控制的改造。《中国机械》,2015(5):89-90

张一层，高志华，黄伟，2016.。完全液相法中热处理压力对所制备的CuZnAl催化剂结构和性能的影响。《石油学报(石油加工)》32(2):270-276。

发明内容

为了克服现有技术中所述三个方面的问题，本发明的目的是提供一种开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计，这是一种对于液-液反应或固-液反应器压力控制的调压稳压设计，主要涉及通过蓄能器的压力缓冲及其稳定调节，包括后级的压力控制调节系统，来控制反应器中压力的大幅度波动，以及要求在反应器的工作过程中需要准确稳定地改变反应器的压力设计。本发明还提供这种开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计的工作方法。

为实现以上发明目的，本发明通过以下技术方案实现：一种开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计，反应釜外部设有恒温系统，该反应釜的釜内出水口通过电磁阀I、电动调节阀I与蓄能器连通，其特征在于，所述的蓄能器通过电动调节阀II电磁阀II与单向阀（或截止阀）II连接有高压气罐；在该蓄能器与高压气罐之间，通过电磁阀III与单向阀（或截止阀）III连接有高压气泵（或选装氮气或惰性气体气源）；同时，所述反应釜的釜内出水口通过电磁阀IV与单向阀（或截止阀）IV与液体容器连通，该液体容器中装有试剂或水，该液体容器中还设有高压液泵；釜内排液口通过电磁阀V与单向阀（或截止阀）V接非循环液体排液口；同时，该电磁阀V与单向阀（或截止阀）V之间通过电磁阀VI在液体容器中开设循环液体出液口。

所述反应釜的的釜盖上设有有泄压阀、安全阀、并可以根据各种需要设置各类传感器，如压力传感器、温度传感器、压力表等。

所述反应釜可以根据需要具有加热（制冷）装置调节反应釜温度。

所述蓄能器与高压气罐之间（后级）的支路设有电动调节阀VII，该电动调节阀VII连通大气。

所述蓄能器与高压气罐之间还可以设有压力传感器与压力表。

所述高压气罐上设有气压调节阀VIII；

所述蓄能器的气相区采用能够与密封管道固定链接的形式。即，本发明中的蓄能器是将市售蓄能器的气相区略加改造。以气囊式蓄能器为例，将该种类型的蓄能器的充气接口改造成密封口内部加含缺口的垫片，从而保证其在任何条件下使充气口和气囊连接，并根据充气阀接口标准加工固定接口，以便和高压气罐等的管道可以有效连接。

所述高压气泵、高压液泵和传感器及电磁阀及电动调节阀等上连接有控制电路或控制电脑（上位机）。

所述蓄能器通过电磁阀和电动调节阀与反应釜串连（或并联）在一起，当反应釜内由于物理过程或化学反应等发生体积改变或压力改变时，以及当反应釜外部物质需要通过高压注入或泵入反应釜时，电磁阀可开启，反应釜和蓄能器联通，二者压力保持随液体流动的平衡，压力很快一致从而保证系统内压力平稳恒定。而串接的电动调节阀可以控制压力波动幅度和波形。

所述高压气罐起到补充蓄能器缓冲能力和调节压力的作用。从理论上来说，蓄能器只能够缓冲或减小反应釜压力波动，而不能消除压力波动，而缓冲能力与蓄能器大小关系密切，特别是与设定压力之间的压力差大小有关。由于反应釜的压力波动过大，蓄能器并不能完全满足系统缓冲能力抵消系统压力波动的需求。故在蓄能器上连接一个高压气罐以提高蓄能器的缓冲能力，以保证反应釜在压力改变时不会发生大的压力变化。

所述高压气罐起到稳定蓄能器压力、调节蓄能器压力及由此调节反应釜压力的作用。由于蓄能器与反应釜相连，反应釜的压力同蓄能器的气相部分的压力保持一致。当经过改造的蓄能器的充气口所连接的高压气罐的压力改变时，蓄能器的液相压力也随之改变，因而反应釜的压力也会与之改变保持一致，从而保证了反应器或反应釜在实验或工作过程中改变压力的需要，同时由于这个压力改变具有恒压稳压作用，因此，由此系统控制的压力是准确而稳定的。

所述的蓄能器起到储存反应物及将其推入或注入反应釜的作用，起到高压泵的作用。当需要将外界流体输入到反应釜时，可以先将连接反应釜和蓄能器之间的电磁阀及电动调节阀关闭，并关闭蓄能器和高压气罐的电磁阀，打开蓄能器后级的电动调节阀释放压力，用普通水泵将需要的液体定量半定量地泵入或注入到蓄能器中，关闭泄压的电动调节阀，打开蓄能器和高压气罐的电动调节阀，给蓄能器加压，并利用高压气罐和反应釜的压力差，以及适当调节反应釜对外排放物质的流量，让蓄能器内的反应物以接近等压的方式进入反应釜。

一般情况下，高压蓄能器的充气不能用空气，因为空气中的氧气对蓄能器存在不安全性，需要使用氮气或其他惰性气体。

本发明创造性地将工业上液压起重机的附件装置，即蓄能器经过改造后用于高压液-液反应或固-液反应中压力的异常变化的控制，以及对蓄能器的特异性改造使蓄能器可以用于这些物理、化学反应中对压力恒定或压力恒定改变的控制需要以及如何在保持反应釜压力恒定不变的条件下向反应釜加入新物质，排出反应物，使得以前难以实现的这些反应过程的条件要求成为可能，特别是可以满足模拟与表层存在物质交换，同时又保持高压的海底或地球深部的物理和化学及生物等过程成为可能。

同时，基于项目组简单实验装置的验证证明，蓄能器的气相容积大小，以及与此相关的电动调节阀的调节，可以改变因高压水泵向反应釜泵入液体时造成的压力波动，或者改变波动的大小和形状。

换言之，本发明的方案是（参照附图）：一种开放式高压恒压反应器的宽幅调压稳压设计方案，包括依次相连的高压气泵、具有温度控制的恒温高压气罐、高压气罐恒温系统、电动调节阀I，II，V，VII，VIII、压力传感器、压力表、电磁阀I，II，IV，V，VI、蓄能器、试剂或反应液控制室和高压液泵、单向截止阀IV，和反应釜或反应器。反应器上可以根据需要设置有压力传感器、温度传感器、安全阀、泄压阀以及恒温系统，釜内外有根据需要设定位置的进出水口及循环进出水口。

压力恒定和调节控制系统由高压气泵、具有温度控制的恒温高压气罐、高压气罐恒温系统、电动调节阀II，VIII、压力传感器、压力表、电磁阀II和蓄能器构成，用于控制和调节蓄能器气相部分的压力。

其中所述的蓄能器是经过上述的简单改造，其充气接口与电磁阀II连接，之后是气体压力控制系统（高压气泵、恒温高压气罐、反应器和高压气罐恒温系统、电动调节阀、压力传感器、压力表），所述的空气压力控制和调节系统控制蓄能器的气体压力，并由此控制蓄能器的液相压力和与此相连的反应器或反应釜的压力，以及使反应釜或反应器液相的压力缓冲能力达到最大。

系统在运行时不但可以通过高压液泵输入新的反应物以及通过排液口排出反应釜内的液体进行内外物质交换，并且可以在反应釜内外物质交换过程中保证反应釜内的压力恒定，或者可以根据要求进行稳定调节。

如果反应釜内部在反应过程中或物理化学过程中发生体积改变造成压力变化时，其连接的蓄能器及其压力控制系统可以使反应釜压力保持不变。

新反应物可以通过高压液泵经电磁阀IV和单向阀IV控制直接加入到反应釜（电磁阀I打开，电磁阀V，VI关闭），蓄能器及其高压气罐起到降低压力波动的作用。

新反应物可以通过高压液泵经电磁阀IV和单向阀IV控制间接加入到反应釜：通过加入不大于蓄能器的液相区域容积的液体到蓄能器中，通过调节蓄能器的后级气罐压力，以使压力同设定压力一致。当调节电动调节阀I、II、V打开，并顺序打开电磁阀I和电磁阀V（或VI），高压气罐气压推动蓄能器膜片把蓄能器液相部分的液体恒压推入反应釜，而反应釜中的液体流出反应釜。这个过程通常要求电动调节阀V的开度小于电磁调节阀I和II。当蓄能器中的液体大部分进入反应釜后，顺序关闭电动调节阀VI、I和II，顺序关闭电磁阀V（或VI）、II和I，至此，恒压更换反应釜内的液体结束。该过程保证通过釜内排液口流出反应釜液体随时有保证压力的液体从蓄能器供应，从而达到保证压力不变的条件下使反应釜内外物质交流。

其中所述高压气罐连接蓄能器的后级气囊充气口，气罐的压力控制系统可以随时调整气罐的压力，同时调节了蓄能器气囊的压力，从而精确控制和调节于蓄能器连接的反应器的压力。

蓄能器的后级高压气罐可以具有恒温设计和功能以提高气罐的气压不受环境温度改变的影响。

对于较高压力的恒压稳压和压力调节，气囊内及后级的气压控制系统，建议使用氮气或其他惰性气体。如果条件可以，也可以对蓄能器整体进行恒温控制以保证蓄能器气相或气囊压力的稳定。

完成本申请第二个发明任务的技术方案是，上述开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计的工作方法，其特征在于，步骤如下：

打开反应釜外的恒温系统，达到事先设定的恒温条件时，开始物理过程或化学反应；

新反应物可以通过高压泵经电磁阀IV和单向阀IV控制间接加入到反应釜：

当反应釜内由于物理过程或化学反应等发生体积改变或压力改变时，以及当反应釜外部物质需要通过高压注入或泵入反应釜时，开启电动调节阀I、电磁阀I，反应釜和蓄能器联通，二者压力保持随液体流动的平衡，压力很快一致从而保证系统内压力平稳恒定；如果需要某种变化的压力以及压力变化的特殊波形，则可以通过其串接的电动调节阀I的大小和开闭速度等进行控制；

当反应釜的压力波动过大，蓄能器并不能完全满足系统缓冲能力抵消系统压力波动的需求时，开启电磁阀II与单向阀（或截止阀）II连接高压气罐，间接增大蓄能器的气相体积以提高蓄能器的缓冲能力，以保证反应釜在压力改变时不会发生大的压力变化；

当需要将外界流体输入到反应釜时，先将反应釜和蓄能器之间的电磁阀I关闭，并关闭蓄能器和高压气罐的电磁阀II与单向阀（或截止阀）II，开启电动调节阀VII释放蓄能器中的气体，至其与大气压平衡；

打开电磁阀IV和电动调节阀I，用普通水泵（也可以用高压液泵）将需要的液体定量半定量地泵入或注入到蓄能器液相容积（下部）中。泵入完成后，关闭泄压的电动调节阀VII，打开蓄能器和高压气罐的电动调节阀II和电磁阀II，使蓄能器气相压力到设计压力（通常同高压气罐一致），顺序打开电动调节阀I电磁阀I和电动调节阀VI和电磁阀VI（或V），让电动调节阀V的流量或通量不大于电动调节阀I，利用高压气罐的压力将蓄能器中的液体推入到反应釜中。适当调节反应釜对外排放物质的流量，让蓄能器内的反应物以接近等压的方式进入反应釜，也可以控制进出反应釜的流量和流速；

当反应时间过长或反应釜恒压系统泄漏所引起的压力变化而蓄能器及高压气罐难以恒定反应釜的压力时，打开电磁阀III与单向阀（或截止阀）III，并启动高压气泵进行补压；也可以通过高压气泵调节高压气罐的压力，以便给反应釜某个设定的压力改变曲线。

本发明利用气体的可压缩性解决液液反应和固液反应中因为不可压缩性造成的压力剧变。而从用于液压起重机的蓄能器，进过简单改造之后，不但可以应用蓄能器的储能原理保持反应容器的压力稳定以及根据需要随时准确稳定地改变反应釜的压力，同时还可以随时根据需要在保持反应釜压力不变的情况下，向反应釜输入物质或输出物质，以及可以用普通水泵替代高压水泵向反应釜注入物质。其优势在于安全性能高，整个体系的压力波动小，精确控制反应容器的压力，特别是保持压力不变的情况下使反应釜具有开放性物质交换能力。

附图说明

图1为恒压反应容器的稳压调压设计的结构示意图；

图2 为近海底矿化模拟器运行曲线图；

图3显示通过调节蓄能器后级气相气压以及电动调节阀I和II和V的大小，压力的波动曲线（方波）。

具体实施方案

下面结合附图和实施例对本发明实施例中的不少于五种技术方案进行清楚、完整地描述。以下各种调节可以通过连接高压气泵、电磁阀及电动调节阀以及压力传感器的上位机或控制器进行自动调节和控制。

实施例1，单一蓄能器的恒压稳压作用过程。如图1所示，包括依次相连的电动调节阀（DTF） I 、电磁阀（DCF） I 、 IV、蓄能器8、试剂或反应液控制室和高压液泵、单向截止阀（DF） IV，和反应釜或反应器10。反应器10上可以根据需要设置有压力传感器5、压力表6、温度传感器23、安全阀24、泄压阀25以及恒温系统，釜内外有根据需要设定位置的进出水口。当单独的液-液反应或固-液反应存在因容积造成压力变化时，与此相连的蓄能器的气相部分能够对反应釜起到一定的稳压作用，而电动调节阀I的开闭流量或通量大小可以改变压力变化过程中蓄能器恒压稳压过程的响应时间，以及与此相关的压力曲线形状。

实施例2，单一蓄能器的扩展恒压稳压作用过程。如图1所示，包括依次相连的高压气泵、具有温度控制的恒温高压气罐2、高压气罐恒温系统、电动调节阀 II， 电动调节阀 I，电动调节阀 VIII，电动调节阀 V，电动调节阀 VII、压力传感器、压力表、电磁阀 II ，电磁阀 IV，电磁阀 VI，电磁阀 I ，电磁阀 V、蓄能器、试剂或反应液控制室和高压液泵、单向截止阀 IV，和反应釜或反应器。反应器上可以根据需要设置有压力传感器、温度传感器、安全阀、泄压阀以及恒温系统，釜内外有根据需要设定位置的进出水口。当单独的液-液反应或固-液反应存在因容积造成压力变化超出单一蓄能器能够承受的恒压稳压能力时，通过高压气泵对高压气罐进行充气加压，使其达到反应釜的设定压力要求。即首先关闭电磁阀I和电动调节阀I，打开电磁阀III，启动高压气泵到高压气罐压力等于设定压力，关闭电磁阀III。此时高压气罐的压力通过蓄能器传递到反应釜，反应釜的压力变化可以通过蓄能器及其扩展的高压气罐得到稳定和稳压。

实施例3，扩展的可调节蓄能器恒压稳压作用过程。

基于方案1和方案2的过程，如果由于反应时间过长存在反应釜恒压系统泄漏所引起的压力变化而蓄能器及高压气罐难以恒定反应釜的压力时，通过启动高压气泵进行补压。另一种方法是如果需要的反应釜在不同时间和不同阶段设定不同的压力需要时，可以通过高压气泵随时调节高压气罐和蓄能器的压力，而反应釜内的压力变化速度可以通过电动调节阀II 和电动调节阀I进行控制，如果调节阀开大，反应釜的压力变化速度快，梯度大；如果调节阀打开小，则压力变化速度小，调节平稳。这个过程可以模拟类似海洋潮汐过程中水底压力的变化，以及直接以方波、三角波等形式的压力曲线作用于反应釜。

实施例4，恒压稳压条件下的反应釜内外物质交流。基于方案1，2和3的过程，如果在以上过程中需要将外界的流体或物质送入到反应釜中而尽量不引起反应釜的压力变化，打开电磁阀I、II和电动调节阀I、II，联通蓄能器以及其后级的高压气罐。一方面需要调节高压液泵的流速和压力，使得高压液泵向反应釜内注入物质，此时因为蓄能器和高压气罐的恒压作用，在高压液泵向反应釜泵入液体的过程中，不会引起大的压力改变。或者在需要向外释放液体时，开启电磁阀DCFVI，电磁阀V和电动调节阀V可以恒压地向外释放物质。即可以通过蓄能器的缓冲作用来恒定由于高压泵的输入造成的压力改变，或者向外释放物质时造成压力的突然变小。也可以在高压液泵开启的情况下，开启电磁阀I、II和电动调节阀I、II，让反应釜联通蓄能器以及其后级的高压气罐，并开启电磁阀VI，电磁阀V和电动调节阀V，使电动调节阀V的通量或开度小于电动调节阀I，这样在高压泵向反应釜输入液体时，可以恒压地向外释放物质，进行物质交换。

实施例5，恒压稳压条件下的反应釜内外扩展物质交流，该方案主要是利用蓄能器的液相空间容积，受到后级连接到高压气罐的蓄能器的气相的推动，将注入到液相容积内的液体推入反应釜。该方案不但可以恒压地将外界物质送入反应釜，同时可以不受高压泵加压能力的限制，可以用普通水泵或低压水泵把需要加入到高压反应釜的液体，在保持反应釜高压的条件下把需要的液体加入到反应釜中。在将蓄能器液相中的液体推入反应釜时，可以根据电动调节阀I和电动调节阀V的开度来稳定控制或者准确恒定反应釜内的压力。具体实例控制如下：关闭电磁阀I，II，以及关闭电动调节阀II，适度打开电动调节阀VII释放蓄能器中的压力气体至大气平衡或某一气压，打开电磁阀IV，启动高压液泵或水泵，将需要注入到反应釜的液体输入到蓄能器的液相区。关闭电磁阀IV和高压液泵或水泵，关闭电动调节阀VII。打开电磁阀II和电动调节阀II，用高压气罐将蓄能器内的气相压力调节到所需的设定压力，该压力也等于蓄能器内的新注入液体的压力并同反应釜设定的压力一致。打开电磁阀I和电动调节阀I，连通蓄能器的液相区和反应釜，打开电磁阀V。逐渐打开电动调节阀V（或VI），让高压气罐的气体压力推动蓄能器的气相，将蓄能器中的液体推入反应釜，同时通过电动调节阀V把反应釜中的物质交换出来。一般来说，电动调节阀V的开度应小于电动调节阀I，此过程中，可以根据需要，改变高压气泵调节高压气罐的压力来保证施加到蓄能器上的压力及由此连接的反应釜的压力。

具体实施结果实例：

以下是项目组根据该发明专利的构架，在设计的设备上的具体应用。以下实施实例均是在安装有经过改造的蓄能器，并且正常运行的条件的实例。关闭蓄能器缓冲功能会造成反应釜压力的数十倍增加而使系统出现保护性停机，故没有数据记录。

参照图2： 接近恒定时间段定量向反应釜泵入液体时，不同体积的蓄能器对于压力变化冲击的缓冲能力。蓄能器气相容积越小，缓冲能力越弱，气相体积越大，缓冲能力越强。该图同时显示，反应釜压力可以随时进行调整调节（减压）。

参照图3，通过调节蓄能器后级气相气压以及电动调节阀I和II和V的大小，可以压力的波动曲线（方波）。

Claims (2)

1. 一种开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计的工作方法，反应釜外部设有恒温系统，该反应釜的釜内出水口通过电磁阀I、电动调节阀I与蓄能器连通，其特征在于，所述的蓄能器通过电动调节阀II电磁阀II连接有高压气罐；在该蓄能器与高压气罐之间，通过电磁阀III与单向阀或截止阀III连接有高压气泵，或直接连接到高压气罐的高压气泵及其电磁阀截止阀；同时，所述反应釜的釜内出水口通过电磁阀IV与单向阀或截止阀IV与液体容器连通，该液体容器中装有试剂或水，该液体容器中还设有高压液泵或普通液泵；釜内排液口通过电磁阀V与单向阀或截止阀V 将反应釜内的物质直接排出，或者关闭电磁阀V而通过电磁阀VI将液体排放到试剂容器中使液体在容器中进行循环；其特征在于，步骤如下，

打开反应釜外的恒温系统，达到事先设定的恒温条件时，开始物理过程或化学反应；

新反应物通过高压泵经电磁阀IV和单向阀IV控制间接加入到反应釜：

当反应釜内由于物理过程或化学反应发生体积改变或压力改变时，以及当反应釜外部物质需要通过高压注入或泵入反应釜时，开启电动调节阀I、电磁阀I，反应釜和蓄能器联通，二者压力随液体流动保持平衡，压力很快一致从而保证系统内压力平稳恒定；串接的电动调节阀I控制压力波动幅度和波形；

当反应釜的压力波动过大，蓄能器的气相空间的压力缓冲不能完全满足系统的压力波动的需求时，开启电磁阀II与单向阀或截止阀II连接高压气罐以扩展蓄能器的气相空间，增加蓄能器的缓冲能力，从而保证反应釜在压力改变时不会发生大的压力变化；

当需要将外界流体输入到反应釜时，先将反应釜和蓄能器之间的电动调节阀I、电磁阀I关闭，并关闭蓄能器和高压气罐的电磁阀II与单向阀或截止阀II，打开电动调节阀VII释放气体，降低蓄能器气相压力；用高压液泵或普通水泵将需要的液体定量半定量地泵入或注入到蓄能器中，关闭泄压的电动调节阀VII，打开蓄能器和高压气罐的电动调节阀II和电磁阀II，给蓄能器加压使其和反应釜的压力一致，打开电磁阀V或VI以及逐步打开电动调节阀V，适当调节反应釜对外排放物质的流量；随着反应釜物质排出反应釜，蓄能器内的液体补充进入反应釜，让蓄能器内的反应物以接近等压的方式进入反应釜；当大部分或定量液体排出反应釜时关闭电磁阀V或VI，关闭电动调节阀V，反应釜恒压物质交换过程周期结束；

当反应时间过长或反应釜恒压系统泄漏所引起的压力变化而蓄能器及高压气罐难以恒定反应釜的压力时，打开电磁阀III与单向阀或截止阀III，并启动高压气泵对高压气罐进行补压或进行压力调节；

当高压气罐压力过高或需要调节时，打开蓄能器后级的电动调节阀VIII释放压力。

2.根据权利要求1所述的开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计的工作方法，其特征在于，在将蓄能器物质注入反应釜时，所述电动调节阀V的开度要小于电动调节阀I。