CN107597037A - 一种单元反应柔性实训装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单元反应柔性实训装置，包括：一安装架，所述安装架上设置第一平台和第二平台，所述第一平台低于所述第二平台，第一高位槽和第二高位槽布置在所述第二平台上，水冷器布置在所述第一平台上，加料罐、加热器、压滤机、第一泵、第二泵、第三泵、储槽和反应釜布置在所述第一平台下方，所述第一高位槽、所述第二高位槽、所述加料罐、所述水冷器、所述压滤机、所述加热器和所述储槽与所述反应釜连通，所述第一泵置于所述加热器与所述反应釜之间，所述第二泵置于所述加料罐与所述反应釜之间，所述第三泵置于所述反应釜与所述储槽之间。本发明的实训装置布局合理、能够兼容多种单元反应并且安全环保。

Description

一种单元反应柔性实训装置

技术领域

本发明涉及教学设备技术领域，尤其涉及一种单元反应柔性实训装置。

背景技术

精细化工是当今化学工业中最具活力的新兴领域之一，是新材料的重要组成部分。精细化工产品种类多、附加值高、用途广、产业关联度大，直接服务于国民经济的诸多行业和高新技术产业的各个领域。

精细化工反应单元，是总结各种精细化学工业生产过程得出的具有共同化学变化特点的基本过程。精细化工单元反应主要包括氧化、卤化、硝化、磺化、胺化、烷基化、酯化等反应。

精细化工反应单元大多以间歇方式生产，主体生产装置大多为间隙式反应釜，主要材质为不锈钢或搪玻璃。间歇式反应釜是一种间歇的按批量进行反应的化学反应釜，液体物料在反应釜内完全混合而无流量进出。其特点是进行反应所需的原料一次装入反应釜，然后在其中进行反应，经一定的时间后，达到所要求的反应程度便卸除全部反应物料，其中主要是反应产物以及少量未被转化的原料。

在精细化工教学过程中，精细化工实训装置走实际物料，因产品工艺限制很难做到上述单元反应的多种切换，讲解受限。并且，精细化工反应多为涉及放热反应，高温因而成为实训过程的安全隐患。又兼物料有毒有害物质很难处理，在安全环保方面有很大压力。

因此，需要一种能够兼容多种单元反应并且安全环保的单元反应柔性实训装置。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种单元反应柔性实训装置，包括：

一安装架，所述安装架上设置第一平台和第二平台，所述第一平台低于所述第二平台，第一高位槽和第二高位槽布置在所述第二平台上，水冷器布置在所述第一平台上，加料罐、加热器、压滤机、第一泵、第二泵、第三泵、储槽和反应釜布置在所述第一平台下方，

所述第一高位槽、所述第二高位槽、所述加料罐、所述水冷器、所述压滤机、所述加热器和所述储槽均与所述反应釜连通，所述第一泵置于所述加热器与所述反应釜之间，所述第二泵置于所述加料罐与所述反应釜之间，所述第三泵置于所述反应釜与所述储槽之间。

所述反应釜上设置有温度显示控制仪表，所述加热器与所述反应釜之间设置有第一阀门，所述温度显示控制仪表根据温度大小调节所述第一阀门的开度。

所述加热器与所述第一阀门之间连接有冷却水管路。

所述反应釜上设置有加料口、工艺气体入口、温度控制介质入口和温度介质出口。

所述温度控制介质入口包括液体介质入口和气体介质入口，温度介质出口包括液体介质出口和气体介质出口。

所述第一高位槽、所述第二高位槽、所述加料罐、所述水冷器、所述压滤机、所述加热器和所述储槽通过管路与所述反应釜连接。

所述第二高位槽与所述反应釜之间依次设置有第二阀门、第三阀门、第四阀门和流量显示控制仪表，所述流量显示控制仪表与所述第三阀门电连接，以根据流量大小控制所述第三阀门的开度。

所述反应釜顶部设置有第一搅拌电机。

所述反应釜底部设置有排液管路。

所述加热器与所述反应釜之间的管路外侧裹设有保温层。

本发明的有益效果为：

1.本发明的单元反应柔性实训装置包括两个平台，按照单元反应工艺流程在竖直方向上设计布局，不仅节省空间、利用重力节省泵，还缩短管路以节省成本，最大化保持装置的平立面布局的合理性。

2.本发明的单元反应柔性实训装置以实际的典型的间歇反应工艺原理为设计依据、体现单元反应主要工艺流程、主要装置外形相同但按照比例进行缩小，进料处设置气体、固体、液体进料，出料处设置液体和固体出料，能够兼容多种单元反应；

3.使用本发明的单元反应柔性实训装置时，反应釜反应物料采用水和仿真固相进料，原料通过加料罐和高位槽向反应釜间歇进料，反应釜中生成的产物从底部送出，通过压滤机进行固液分离，并通过泵送入储槽，确保安全环保。

附图说明

图1为本发明的单元反应柔性实训装置整体布局主视图，

图2为本发明的单元反应柔性实训装置整体布局俯视图，

图3为本发明的单元反应柔性实训装置仅保留第一平台下方的布局俯视图，

图4为本发明的单元反应柔性实训装置连接示意图，

附图中，1-第一高位槽，2-第二高位槽，3-加料罐，301-第二搅拌电机，4-储槽，5-第二泵，6-第一泵，7-第三泵，8-反应釜，801-第一搅拌电机，802-加料口，803-夹套，804-温度显示控制仪表，9-加热器，10-水冷器，11-压滤机，12-第一阀门，13-流量显示控制仪表，14-第三阀门，15-第二阀门，16-第四阀门，17-第五阀门，18-排液管路，19-氮气管路，20-空气管路，21-入水口，22-入水口，23-第一平台，24-第二平台，25-安装架，26-热回水管路，27-冷却水管路，28-冷却回水管路，29-蒸汽管路，30-疏水装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明的单元反应柔性实训装置整体布局主视图，图2为本发明的单元反应柔性实训装置整体布局俯视图，图3为本发明的单元反应柔性实训装置仅保留第一平台下方的布局俯视图，图4为本发明的单元反应柔性实训装置连接示意图，在图1中，箭头表示投料，参见图1至图4，本发明提供的单元反应柔性实训装置，包括：一安装架25，所述安装架上设置第一平台23和第二平台24，所述第一平台低于所述第二平台，第一高位槽1和第二高位槽2布置在所述第二平台上，水冷器10布置在所述第一平台上，具体地，所述反应釜支撑并与所述水冷器连接，因而，从空间位置上，所述水冷器位于所述第一平台上方，加料罐3、加热器9、压滤机11、第一泵6、第二泵5、第三泵7、储槽4和反应釜8布置在所述第一平台下方，所述第一高位槽、所述第二高位槽、所述加料罐、所述水冷器、所述压滤机、所述加热器和所述储槽均与所述反应釜连通，所述第一泵置于所述加热器与所述反应釜之间，所述第二泵置于所述加料罐与所述反应釜之间，所述第三泵置于所述反应釜与所述储槽之间。本发明的单元反应柔性实训装置包括两个平台，按照单元反应工艺流程在竖直方向上设计布局，节省空间，缩短各个设备之间的管路，节省管路成本且减少液体损耗，第一高位槽1和第二高位槽2布置在第二平台24上，利用重力进料，不仅节省泵，而且第一高位槽1和第二高位槽2中的进料能够尽可能多的流到反应釜中，进料量精确，最大化保持装置的平立面布局的合理性。

所述反应釜上设置有温度显示控制仪表804，所述加热器与所述反应釜之间设置有第一阀门，所述温度显示控制仪表根据温度大小调节所述第一阀门的开度。所述第一泵置于所述加热器与所述第一阀门之间。

所述加热器为水浴加热装置。所述加热器上设置有入水口22。

所述加热器与所述第一阀门之间连接有冷却水管路27。

所述反应釜上设置有加料口802、工艺气体入口、温度控制介质入口和温度介质出口。所述温度控制介质入口包括液体介质入口和气体介质入口，温度介质出口包括液体介质出口和气体介质出口。所述液体介质入口与热水管路和所述冷却水管路的交汇管路连通，所述热水管路与所述加热器连通，所述气体介质入口与蒸汽管路29连通，所述液体介质出口包括热回水出口和冷却回水出口，所述热回水出口与热回水管路26连通，所述热回水出口与冷却回水管路28连通，所述气体介质出口与气体介质出口管路连通，所述气体介质出口管路上设置疏水装置30，所述疏水装置用于排出蒸汽冷却之后的冷凝水。

所述第一高位槽、所述第二高位槽、所述加料罐、所述加料口和所述工艺气体入口为进料系统，所述第一高位槽、所述第二高位槽和所述加料罐均用于向所述反应釜添加液相物料，所述加料口用于向所述反应釜添加固相物料，与所述工艺气体入口连通的工艺气体管路用于向所述反应釜添加工艺气体，所述工艺气体管路包括氮气管路19和空气管路20；所述反应釜，外围设置有夹套803，所述夹套中通入蒸汽、热水或冷却水以控制温度，所述反应釜用于进料的反应；所述加热器、所述热回水管路、所述冷却水管路、所述冷却回水管路、所述蒸汽管路和所述疏水装置为温控系统，具体地，分四种情况：第一，当要求反应温度为20～90℃时，使用所述加热器和所述热回水管路进行温控；第二，当要求反应温度为5～20℃时，使用所述冷却水管路和所述冷却回水管路进行温控；第三，当要求反应温度为5℃以下时，使用所述冷却水管路和所述冷却回水管路并通入冷盐水或冷冻水进行温控；第四，当要求反应温度为90℃以上时，使用所述蒸汽管路和所述疏水装置进行温控。这样设置，使得本发明的单元反应柔性实训装置能够适应所有反应温度。所述水冷器上设置有入水口21，所述水冷器用于将所述反应釜中气体生成物冷凝为液体回流到所述反应釜中。所述压滤机和所述储槽为出料系统，所述压滤机用于出料的压滤，以进行固液分离，所述储槽用于出料的储存。所述储槽向所述第三泵输送所述储槽中的物料，并通过所述第三泵将所述储槽中的物料输送至所述第一高位槽和所述第二高位槽，不仅能够重复利用所述储槽中的物料，而且节省泵的个数。

所述第一高位槽、所述第二高位槽、所述加料罐、所述水冷器、所述压滤机、所述加热器和所述储槽通过管路与所述反应釜连接。在所述第一高位槽、所述第二高位槽、所述加料罐和所述储槽上分别设置有液位计，在所述第一高位槽、所述第二高位槽、所述加料罐、所述水冷器、所述压滤机和所述储槽与所述反应釜连接的各个管路上设置有观察视镜、压力显示仪表和流量显示仪表，以便随时观察物料状态，所述加料口和所述工艺气体管路设置在所述反应釜顶部，所述工艺气体管路上也设置有压力显示仪表，所述反应釜出料有两条路线，一条通过所述第三泵打入所述储槽，一条依靠重力流入所述压滤机进行压滤固液分离。所述第一高位槽和所述第二高位槽为液相物料加料设备，物料靠重力由所述高位料槽流入所述反应釜，所述加料罐用于添加主要液相物料，通过所述第二泵将物料泵入所述反应釜，所述工艺气体管路包括氮气、空气等多个工艺气体管路，所述水冷器通过冷却水将气体生成物冷凝，冷凝液回流到所述反应釜顶部入口，其中，所述第一高位槽和所述第二高位槽可以采用304不锈钢、Φ460×700(mm)的高位槽，所述加料罐可以采用304不锈钢、Φ460×660(mm)的加料罐，所述储槽可以采用304不锈钢、Φ460×660(mm)的储槽，所述反应釜可以采用Φ800×2000(mm)的搪瓷反应釜，所述水冷器可以采用有机玻璃Φ220×500的水冷器，所述压滤机可以采用150型/200型板框式压滤机。

所述第二高位槽与所述反应釜之间依次设置有第二阀门、第三阀门、第四阀门和流量显示控制仪表，所述流量显示控制仪表与所述第三阀门电连接，以根据流量大小控制所述第三阀门的开度。

与串联所述第二阀门、所述第三阀门和所述第四阀门的管路并联设置有第五阀门17，以在所述第二阀门、所述第三阀门和所述第四阀门当中有损坏的情况下启用所述第五阀门。

所述反应釜顶部设置有第一搅拌电机。

所述反应釜底部设置有排液管路18，用于冲洗所述反应釜。

所述加料罐顶部设置有第二搅拌电机301。

所述加热器与所述反应釜之间的管路外侧裹设有保温层。

第一泵6可以为25F-B离心泵，但不限于此。

第二泵5可以为电动型隔膜泵，但不限于此。

第三泵7可以为25CQ-15磁力泵，但不限于此。

本发明的单元反应柔性实训装置工作原理如下。

在本发明的单元反应柔性实训装置中，采用仿真物料代替实际物料，例如，采用水代替液相物料，采用仿真固相进料代替固相物料。

本发明的单元反应柔性实训装置工作原理：根据实际需要，通过所述加料罐、所述第一高位槽和所述第二高位槽向所述反应釜间歇地添加液相物料，或通过所述加料口向所述反应釜间歇地添加固相物料，添加完成之后，控制所述反应釜中温度，以在所述反应釜中进行反应，并将所述反应釜中生成的产物从底部送出，如果有固相物料，则将产物通过所述压滤机进行固液分离，如果没有固相物料，则将产物通过所述第三泵送入储槽。

特别地，本发明的单元反应柔性实训装置中的主要装置例如反应釜等采用真实工业设备，为了在满足生产培训的同时，还兼顾教学效果，对部分附属设备进行设计优化，例如，水冷器等设计成透明的。

本发明的单元反应柔性实训装置以实际的典型的间歇反应工艺原理为设计依据、体现单元反应主要工艺流程、主要装置外形相同但按照比例进行缩小，进料处设置气体、固体、液体进料，出料处设置液体和固体出料，能够兼容多种单元反应，例如，包括但不限于酯化反应、氧化反应、烷基化反应、卤化反应、磺化反应、硝化反应、重氮化和偶合反应和酰化反应。

在本发明的单元反应柔性实训装置中，所有的设备和管路均为真实设备，可满足真实生产的需要，而使用本发明的单元反应柔性实训装置时，反应釜反应物料采用水和仿真固相例如硅藻土进料，原料通过加料罐和高位槽向反应釜间歇进料，反应釜中生成的产物从底部送出，通过压滤机进行固液分离，并通过泵送入储槽，由于水和仿真固相物料无毒无害，确保实训过程安全环保。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种单元反应柔性实训装置，其特征在于，包括：

一安装架，所述安装架上设置第一平台和第二平台，所述第一平台低于所述第二平台，第一高位槽和第二高位槽布置在所述第二平台上，水冷器布置在所述第一平台上，加料罐、加热器、压滤机、第一泵、第二泵、第三泵、储槽和反应釜布置在所述第一平台下方，

所述第一高位槽、所述第二高位槽、所述加料罐、所述水冷器、所述压滤机、所述加热器和所述储槽均与所述反应釜连通，所述第一泵置于所述加热器与所述反应釜之间，所述第二泵置于所述加料罐与所述反应釜之间，所述第三泵置于所述反应釜与所述储槽之间。

2.根据权利要求1所述的单元反应柔性实训装置，其特征在于，所述反应釜上设置有温度显示控制仪表，所述加热器与所述反应釜之间设置有第一阀门，所述温度显示控制仪表根据温度大小调节所述第一阀门的开度。

3.根据权利要求2所述的单元反应柔性实训装置，其特征在于，所述加热器与所述第一阀门之间连接有冷却水管路。

4.根据权利要求3所述的单元反应柔性实训装置，其特征在于，所述反应釜上设置有加料口、工艺气体入口、温度控制介质入口和温度介质出口。

5.根据权利要求4所述的单元反应柔性实训装置，其特征在于，所述温度控制介质入口包括液体介质入口和气体介质入口，温度介质出口包括液体介质出口和气体介质出口。

6.根据权利要求5所述的单元反应柔性实训装置，其特征在于，所述第一高位槽、所述第二高位槽、所述加料罐、所述水冷器、所述压滤机、所述加热器和所述储槽通过管路与所述反应釜连接。

7.根据权利要求6所述的单元反应柔性实训装置，其特征在于，所述第二高位槽与所述反应釜之间依次设置有第二阀门、第三阀门、第四阀门和流量显示控制仪表，所述流量显示控制仪表与所述第三阀门电连接，以根据流量大小控制所述第三阀门的开度。

8.根据权利要求7所述的单元反应柔性实训装置，其特征在于，所述反应釜顶部设置有第一搅拌电机。

9.根据权利要求8所述的单元反应柔性实训装置，其特征在于，所述反应釜底部设置有排液管路。

10.根据权利要求9所述的单元反应柔性实训装置，其特征在于，所述加热器与所述反应釜之间的管路外侧裹设有保温层。