CN108304008A - 一种快速温度控制装置及其应用 - Google Patents

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CN108304008A CN201810026459.7A CN201810026459A CN108304008A CN 108304008 A CN108304008 A CN 108304008A CN 201810026459 A CN201810026459 A CN 201810026459A CN 108304008 A CN108304008 A CN 108304008A
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王修纲
吴裕凡
曹育才
叶晓峰
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature

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Abstract

本发明涉及一种快速温度控制装置及其应用，装置包括高温油槽(1)及配套的温控回路，低温油槽(2)及配套的温控回路，连接高温油槽(1)及低温油槽(2)的溢流管(3)，通过管道分别连接高温油槽(1)及低温油槽(2)的混合阀(4)，连接在混合阀(4)出口管道上的循环泵(5)及在线混合器(6)，该出口管道连接被控对象的腔体的进口，被控对象配套有温控回路，腔体的出口经管道与高温油槽(1)连接。与现有技术相比，本发明结构紧凑，设备投资少，操作弹性大，免维修，可保证长周期运行。

Description

一种快速温度控制装置及其应用
技术领域
本发明涉及石油化工生产装置，尤其是涉及一种快速温度控制装置及其应用。
背景技术
间壁式换热是石油、化工、制药等过程工业生产中最为常用的换热方式，广泛应用于蒸馏、结晶等单元操作及化学反应过程的加热与取热。现有的间壁换热过程中进入夹套(或盘管)的导热介质一般为来自单一热源，当被控对象需要升、降温时，需先对热源进行升、降温，然而由于热源体量大，不可避免地致使导热介质温度变化缓慢，最终导致被控温度变化迟缓。尤其是被控多对象需要多段温度操作时，现有的方式温度切换过程消耗大量时间，既不利于被控对象操作(如化学反应)，也不利于提高工作效率。
CN101842679B公开了一种同时具有加热和冷却功能的温控设备，其加热和冷却设备均作用在夹套上，其冷却设备采用帕尔贴元件，较适用于体积较小的量热反应器。CN106814769A公开了一种快速温度控制设备，通过调节换热介质流量和加热功率来实现，但其加热和冷却不同时进行，更适合提供阶跃式变温控制。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高、低温两种导热介质快速混合后进入腔体，实现间壁式换热设备的快速温度控制的装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种快速温度控制装置，包括：
高温油槽及配套的温控回路，
低温油槽及配套的温控回路，
连接高温油槽及低温油槽的溢流管，
通过管道分别连接高温油槽及低温油槽的混合阀，
连接在混合阀出口管道上的循环泵及在线混合器，该出口管道连接被控对象的腔体的进口，
被控对象配套有温控回路，腔体的出口经管道与高温油槽连接。
所述的高温油槽与低温油槽之间呈水平排列或垂直排列。
高温油槽配套的温控回路包括设置在高温油槽内的高温油槽温度传感器，高温油槽加热器和/或高温油槽冷却器，以及高温油槽控制器，
作为优选的实施方式，在高温油槽内设置高温油槽加热器。
低温油槽配套的温控回路包括设置在低温油槽内的低温油槽温度传感器，低温油槽加热器和/或低温油槽冷却器，以及低温油槽控制器。
作为优选的实施方式，在低温油槽内设置低温油槽冷却器。
在高温油槽及低温油槽内设置的加热器的加热方式为电加热、蒸汽加热或烟气加热。
作为优选的实施方式，可以采用电加热。
设置的冷却器的冷却方式为空冷、水冷、制冷循环或帕尔贴元件。
高温油槽和低温油槽为常压操作，通过高位槽与大气相连，高温油槽内导热介质液面由溢流管管口的垂直高度决定，低温油槽内导热介质由导热介质总量决定，正常操作下，低温油槽的液面应低于高温油槽的液面。
所述的高温油槽和低温油槽内强制换热方式为搅拌桨式机械搅拌、磁力转子搅拌或循环泵外循环式混合。
所述的在线混合器为静态混合器、搅拌釜、螺旋管或空管。
被控对象的腔体为包裹于物料外的换热夹套或浸泡于物料内的换热盘管、列管，被控对象配套的温控回路包括温度传感器、温度控制器和混合阀。
一种快速温度控制装置的应用，采用以下方法：
将高温油槽的温度设置在高于被控对象的温度上限的温度，将低温油槽设置在低于被控对象的温度下限的温度；
高温油槽流出的高温导热介质与低温油槽流出的低温导热介质经混合阀混合后，由循环泵打入在线混合器充分混合后进入被控对象的换热腔内，从被控对象的换热腔流出的导热介质经管路流回高温油槽，高温油槽中超过溢流液面的导热介质经溢流管回到低温油槽，进而实现导热介质的物料平衡。
上述装置中采用的高位槽用于连接大气、添加导热介质以及导热介质体积变化时的起缓冲作用。被控对象的温度控制系统由被控对象温度传感器、温度控制器、混合阀构成，被控变量为温度，操控变量为高低温介质的流量比例。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、温度控制过程响应迅速，可实现间壁式换热设备的快速温度控制。
2、操作变量切换快，特别适用于多段温度操作的换热设备。
3、被控对象温度漂移小，控温精度高。
4、装置结构紧凑、设备投资少，操作弹性大，操作简单、可长周期运行。
附图说明
图1为本发明中实施例1的结构示意图；
图2为本发明中实施例6的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例中被控对象为搅拌釜，换热介质通过夹套的方式进行反应釜的换热。反应釜内物料进行放热反应且放热量微小，反应起始时物料为常温，反应中途可能有新鲜冷料补入，温控目标为保持物料温度为85℃。
所用的温控装置包括：高温油槽1、低温油槽2、溢流管3、混合阀4、循环泵5、在线混合器6、高位槽7、被控对象温度传感器8、温度控制器9、高温油槽温度传感器101、高温油槽控制器102、高温油槽加热器103、高温油槽搅拌器105、低温油槽温度传感器201、低温油槽控制器202、低温油槽加热器203、低温油槽冷却器204、低温油槽搅拌器205及设备间管线。
高温油槽1独立的温控回路中，执行器为电加热管，低温油槽2独立的温控回路中，执行器也为电加热管，而低温油槽冷却器204为恒流量冷却水，以一恒定功率对低温油槽2进行降温。
本实施例中高温油槽1和低温油槽2为水平排列。高温油槽1和低温油槽2均为常压操作，通过高位槽7与大气相连。高温油槽1内的液面位于溢流管3管口处，低温油槽2内的液面略低于高温油槽1。
高温油槽1和低温油槽2均采用搅拌桨进行强制混合换热。在线混合器6为SK型静态混合器。
所用的操作方法包括：将高温油槽1的温度设置为90℃，将低温油槽2的温度设置为40℃。高温油槽1流出的高温导热介质与低温油槽2流出的低温导热介质经混合阀4按一定比例混合后，由循环泵5打入在线混合器6，充分混合后进入反应釜的夹套，从夹套流出的导热介质经管路流回高温油槽1，高温油槽1中超过溢流液面的导热介质经溢流管3到低温油槽2。反应釜的温度控制系统由被控对象温度传感器8、温度控制器9、混合阀4构成。温度控制器9通过被控对象温度传感器8测定釜内物料实际温度，计算后将控制信号传输给执行器混合阀4，其中被控变量为温度(设置为85℃)，操控变量为高低温换热介质的流量比例，进而实现搅拌釜的快速温控，具体结构以及工艺流程如图1所示。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于反应过程需要多段温度，第一段为溶剂升温，目标70℃，第二段为90℃下进行的放热反应，第三段为120℃蒸出溶剂，第四段为60℃下结晶，设置高温油槽1温度为150℃，低温油槽2温度为30℃，温度控制器9按照各段要求温度设置，可实现各段温度的快速控制与切换。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于低温油槽2独立的温控回路中，执行器为低温油槽冷却器204，不配置低温油槽加热器203，低温油槽冷却器204为风冷循环。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于高温油槽1和低温油槽2的强制混合换热方式均为自循环式。
实施例5
实施例5与实施例3基本相同，不同之处在于在线混合器6为空管。
实施例6
实施例6与实施例1基本相同，不同之处在于被控对象的换热方式为釜内盘管、高温油槽1和低温油槽2为垂直排列、低温油槽2独立的温控回路中，执行器为低温油槽冷却器204，不配置低温油槽加热器203，低温油槽冷却器204为制冷循环，具体结构以及工艺流程如图2所示。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种快速温度控制装置，其特征在于，该装置包括：
高温油槽(1)及配套的温控回路，
低温油槽(2)及配套的温控回路，
连接高温油槽(1)及低温油槽(2)的溢流管(3)，
通过管道分别连接高温油槽(1)及低温油槽(2)的混合阀(4)，
连接在混合阀(4)出口管道上的循环泵(5)及在线混合器(6)，该出口管道连接被控对象的腔体的进口，
被控对象配套有温控回路，腔体的出口经管道与高温油槽(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种快速温度控制装置，其特征在于，所述的高温油槽(1)与低温油槽(2)之间呈水平排列或垂直排列。
3.根据权利要求1或2所述的一种快速温度控制装置，其特征在于，高温油槽(1)配套的温控回路包括设置在高温油槽(1)内的高温油槽温度传感器(101)，高温油槽加热器(103)和/或高温油槽冷却器，以及高温油槽控制器(102)，优选设置高温油槽加热器(103)。
4.根据权利要求1或2所述的一种快速温度控制装置，其特征在于，低温油槽(2)配套的温控回路包括设置在低温油槽(2)内的低温油槽温度传感器(201)，低温油槽加热器(203)和/或低温油槽冷却器(204)，以及低温油槽控制器(202)，优选设置低温油槽冷却器(204)。
5.根据权利要求1所述的一种快速温度控制装置，其特征在于，在高温油槽(1)及低温油槽(2)内设置的加热器的加热方式为电加热、蒸汽加热或烟气加热，优选电加热，设置的冷却器的冷却方式为空冷、水冷、制冷循环或帕尔贴元件。
6.根据权利要求1所述的一种快速温度控制装置，其特征在于，所述的高温油槽(1)和低温油槽(2)为常压操作，通过高位槽(7)与大气相连，高温油槽(1)内导热介质液面由溢流管(3)管口的垂直高度决定，低温油槽(2)内导热介质由导热介质总量决定，正常操作下，低温油槽(2)的液面应低于高温油槽(1)的液面。
7.根据权利要求1所述的一种快速温度控制装置，其特征在于，所述的高温油槽(1)和低温油槽(2)内强制换热方式为搅拌桨式机械搅拌、磁力转子搅拌或循环泵外循环式混合。
8.根据权利要求1所述的一种快速温度控制装置，其特征在于，所述的在线混合器(6)为静态混合器、搅拌釜、螺旋管或空管。
9.根据权利要求1所述的一种快速温度控制装置，其特征在于，被控对象的腔体为包裹于物料外的换热夹套或浸泡于物料内的换热盘管、列管，被控对象配套的温控回路包括温度传感器(8)、温度控制器(9)和混合阀(4)。
10.一种快速温度控制装置的应用，其特征在于，采用以下方法：
将高温油槽(1)的温度设置在高于被控对象的温度上限的温度，将低温油槽(2)设置在低于被控对象的温度下限的温度；
高温油槽(1)流出的高温导热介质与低温油槽(2)流出的低温导热介质经混合阀(4)混合后，由循环泵(5)打入在线混合器(6)充分混合后进入被控对象的换热腔内，从被控对象的换热腔流出的导热介质经管路流回高温油槽(1)，高温油槽(1)中超过溢流液面的导热介质经溢流管(3)回到低温油槽(2)，进而实现导热介质的物料平衡。
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