CN110244008A - 多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征包括：有机蒸汽发生系统，反吹活化系统，真空活化系统，微量高温测试系统，变压吸附系统，分光光度法测试系统。本多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪将多种测试功能模块化集成，克服了传统测试吸附穿透曲线的仪器功能单一无法满足吸附剂多样性测试需求的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及物理吸附的仪器设备领域，具体涉及一种多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪。
背景技术
固定床反应器被普遍应用于工业催化、高纯气体制备、尾气处理等领域。发生在固定床上的物理吸附是吸附剂将多组份吸附质气体全部或有选择性地吸收从而实现了其在工业上的应用。针对不同领域的应用吸附剂种类不同，例如活性炭对VOC气体具有较强的吸附作用，可用于有机蒸汽的回收和空气净化；分子筛、MOF等带材料对特定气体具有显著选择性吸附，可用于空分、提纯等混合气体分离领域。
完整的理解发生在固定床上的吸附、脱附过程是吸附分离、工业催化等工业应用的关键所在，因此测定分离工艺合理比例的缩小的固定床反应器的穿透曲线具有十分重要的价值。目前测定穿透曲线的分析仪器功能单一无法满足吸附剂的多样性测试需求。
发明内容
为了克服现有测定吸附穿透曲线的分析仪器结构单一无法满足吸附剂多样性的测试需求的缺点，本发明提出了一种具有真空活化、有机蒸汽发生、微量高温测试、分光光度法测试等功能的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，包括：质量流量配气系统，有机蒸汽发生系统，反吹活化系统，真空活化系统，微量高温测试系统，变压吸附系统，分光光度法测试系统，浓度检测系统，恒温系统。
所述质量流量配气系统是由气源，质量流量控制器，气体混合器通过导气管顺序连接组成。
所述有机蒸汽发生系统是由气源，质量流量控制器，四通阀，试剂管，加热炉，冷凝管，恒温水浴构成，所述气源，质量流量控制器，四通阀，试剂管，冷凝管通过导气管路顺序依次连接，所述试剂管放在所述加热炉的加热腔内被加热炉加热，所述冷凝管放在所述恒温水浴内。
所述反吹活化系统是由六通阀和穿透柱组成，所述六通阀的气路接口分别与穿透柱进气口和出气口连接。
所述真空活化系统是由四通阀，穿透柱，三通电磁阀，真空泵组成，所述四通阀通过导气管路与穿透柱入口连接，所述穿透柱出口通过导气管路经过三通电磁阀与真空泵接口连接。
所述微量高温测试系统是由石英穿透管，高温加热炉组成，其中石英穿透管一端连接进气管路另外一端连接出气管路，所述石英穿透管放在高温加热炉内被加热。
所述变压吸附系统是由质量流量控制器，穿透柱，背压阀组成，所述质量流量控制器、穿透柱、背压阀通过气路管路顺序连接。
所述分光光度法测试系统是由质量流量控制器，穿透柱，吸收管，分光光度计组成，所述质量流量控制器、穿透柱，吸收管通过气路连接管路顺序连接，所述分光光度计用于测试吸收管中吸收液吸光度。
所述浓度检测系统是由热导检测器或质谱检测器或气相色谱仪通过导气管路与背压阀出气口连接所组成的。
所述恒温系统是由加热风扇、温度传感器通过导线与温控器连接组成，所述多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪机箱外壳为夹层结构，外面两层表板为不锈钢，内部夹层为保温材料。
由上述发明提供的技术方案可以看出，本发明其有益效果为：所述多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪具有真空活化、有机蒸汽发生、微量高温测试、分光光度法测试、反吹活化、变压吸附等功能，克服了传统测试吸附穿透曲线的仪器功能单一无法满足吸附剂多样性测试需求的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪的结构示意图；
图2为第一四通阀的结构示意图；
图3为六通阀结构示意图；
图4为第二四通阀结构示意图；
图5为微量高温测试系统结构示意图。
图中1.多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪机箱，2-1.第一气源，2-2.第二气源，3-1.第一质量流量控制器，3-2.第二质量流量控制器，4.第一四通阀，41.第一四通阀接口一，42.第一四通阀接口二，43.第一四通阀接口三，44.第一四通阀接口四，5.第一加热炉，6.试剂管，7.恒温水浴，8.冷凝管，9.第二四通阀，91.第二四通阀接口一，92.第二四通阀接口二，93.第二四通阀接口三，94.第二四通阀接口四，10.背压阀，11.六通阀，111.六通阀接口一，112.六通阀接口二，113.六通阀接口三，114.六通阀接口四，115.六通阀接口五，116.六通阀接口六，12.机械压力表，13.穿透柱，14.第二加热炉，15.吸收瓶，16真空泵，17.第一三通电磁阀，18.第二三通电磁阀，19.热导检测器，20.气体混合器，21.温度控制器，22.温度传感器，23.加热风扇，24.高温加热炉，25.石英穿透管。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
【实施例1】
图1所示，本发明提出了一种多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，包括：质量流量配气系统，有机蒸汽发生系统，反吹活化系统，真空活化系统，微量高温测试系统，变压吸附系统，分光光度法测试系统，浓度检测系统，恒温系统。
所述质量流量配气系统中第一气源2-1的出气口与第一质量流量控制器3-1的进气口连接，第二气源2-2的出气口与第二质量流量控制器3-2的进气口连接，气体混合器20的进气口分别与第一质量流量控制器3-1的出气口和第一四通阀接口4连接。
所述有机蒸汽发生系统是由第二气源2-2，第二质量流量控制器3-2，第一四通阀4，试剂管6，第一加热炉5，冷凝管8，恒温水浴7构成，所述第二气源2-2通过导气管路与第二质量流量控制器3-2的入口连接，所述第二质量流量控制器3-2的出口与第一四通阀接口一41连接，所述试剂管6的进气口与所述第一四通阀接口二42连接，所述试剂管6的出气口与所述冷凝管8的进气口连接，所述冷凝管8的出气口与所述第一四通阀接口三43连接，所述第一四通阀接口四44与所述第二四通阀连接使产生的有机蒸汽进入穿透柱13，所述试剂管6放在所述第一加热炉5的加热腔内被加热，所述冷凝管8放在所述恒温水浴7内使冷凝管8处于恒定的温度。所述第二质量流量控制器3-2控制第二气源2-2中的气体通入，当需要产生有机蒸汽时所述第一四通阀接口一41和所述第一四通阀接口二42内部管路接通，第二质量流量控制器3-2控制的气体由所述第一四通阀接口一41进入第一四通阀4，再经过其内部管路和所述第一四通阀接口二42通入装有有机试剂的试剂管6产生有机蒸汽；当不需要产生有机蒸汽时，切换第一四通阀4使第一四通阀接口一41和第一四通阀接口二42的气路断开而第一四通阀接口一41和第一四通阀接口四44的气路接通，第二质量流量控制器3-2控制的气体不经过试剂管6和冷凝管8而是由第一四通阀接口一41流入和第一四通阀接口四44流出。
所述反吹活化系统是由六通阀11、第二加热炉14、穿透柱13构成，所述六通阀接口一111为进气管路接口，连同第二气源2-2的气体或有机蒸汽管路；六通阀接口二112通过导气管路与穿透柱13进气口连接，六通阀接口三113和六通阀接口四114通过导气管路连接，六通阀接口五115为出气接口，六通阀接口六116与穿透柱13出气口连接；所述穿透柱13为内部中空上下两端设置有出气口和进气口的结构，穿透柱13内部填充吸附剂。当所述穿透柱13内部的吸附剂进行吸附穿透时，吸附质气体由所述六通阀接口一111进入经六通阀接口二112和穿透柱13入口进入穿透柱13，然后再由穿透柱13出口经六通阀接口六116和六通阀接口五115流出；当进行反吹活化时，所述第二加热炉14为穿透柱13中的吸附剂加热，切换六通阀11使六通阀接口一111与六通阀接口二112气路断开，同时六通阀接口一111与六通阀接口六116连通，第二气源2-2中的气体由六通阀接口一111进入经六通阀接口六116和穿透柱3出气口反向流入穿透柱，然后再由穿透柱13出气口、六通阀接口二112、六通阀接口三113、六通阀接口四114、六通阀接口五115流出，实现穿透柱13中的吸附剂的反吹活化。
图1所示，所述真空活化系统是由第二四通阀9，穿透柱13，真空泵16构成，所述第二四通阀接口2通过六通阀11与穿透柱13进气口连接，所述穿透柱13出气口通过第二三通电磁阀18、第一三通电磁阀17和真空泵16连接。当穿透柱13的吸附剂进行吸附穿透实验时，第二四通阀接口一91与第二四通阀接口二92连通，第二四通阀接口三93与第二四通阀接口四94连通；当进行真空活化时，切换第二四通阀9使得第二四通阀接口一91与第二四通阀接口四94连通，第二四通阀接口二92与第二四通阀接口三93连通，然后真空泵16工作将穿透柱13内抽真空从而实现穿透柱13内吸附剂的真空活化。
图4所示，所述微量高温测试系统是由高温加热炉24和石英穿透管25构成，所述石英穿透管25由石英材质构成可耐较高温度，该石英穿透管25内径较小可盛装微量吸附剂，所述石英穿透管25一端连接吸附质气体进气管路，另外一端连接出气管路；所述高温加热炉24内有圆形卡槽可将所述石英穿透管25放置其内部加热。
所述变压吸附系统是由第二质量流量控制器3-2，机械压力表12，穿透柱13，背压阀10组成，所述第二质量流量控制器3-2、穿透柱13、背压阀10通过气路管路、第一四通阀4、第二四通阀9、六通阀11顺序连接，所述机械压力表12固定设置在穿透柱13气体入口的管路上用于监测穿透柱内部的气体压力。当进行变压吸附时，通过旋转背压阀10旋钮来调压，并观察机械压力表12的示数，当所述机械压力表12的示数达到实验要求的压力值时停止调压，然后进行变压吸附试验。
所述分光光度法测试系统是由第二质量流量控制器3-2、穿透柱13、吸收瓶15以及分光光度计（图中未画出）构成，所述第二质量流量控制器3-2出气口通过导气管路、第一四通阀、第二四通阀、六通阀与穿透柱13气体入口连接，所述穿透柱13气体出口通过第二三通电磁阀18与吸收瓶连接。当进行分光光度法测试时，第二质量流量控制器3-2控制吸附质气体以一定流速定时流过穿透柱13然后再由穿透柱13出口流入吸收瓶，被吸收瓶中的吸收液吸收，然后利用分光光度计测试吸收液的吸光度。
所述浓度检测系统是由热导检测器19或质谱检测器或气相色谱仪通过导气管路与背压阀出气口连接所组成的。所述质谱检测器和气相色谱仪可以检测多组份吸附质气体流过穿透柱13后浓度的变化，与所述热导检测器19相比质谱检测器和气相色谱仪具有检测范围更宽、检测精度更高的优势。
所述恒温系统是由加热风扇23、温度传感器22通过导线与温度控制器21连接组成，所述多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪机箱1外壳为夹层结构，外面两层表板为不锈钢，内部夹层为保温材料。所述加热风扇23分别设置安装在所述多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪机箱1的四个边角的位置。
【实施例2】
所述多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪的有机蒸汽发生系统的数量可以是一套，也可以是两套及两套以上。具有多套有机蒸汽发生系统的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪可以同时产生不同种类的有机蒸汽，将上述不同有机蒸汽混合后可以使穿透柱13内的吸附剂进行多组分有机蒸汽吸附穿透实验，有利于研究多组分吸附质条件下吸附剂的吸附机理。
【实施例3】
所述第一四通阀4和第二四通阀9可以是手动四通阀，则该手动四通阀旋转杆需安装在多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪机箱1外部以便于操作；另外，所述第一四通阀4和第二四通阀9也可以是电磁四通阀，该电磁四通阀安装在多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪机箱1内，无需手动操作，有利于实现仪器的自动化控制。同样，所述六通阀11可以是手动六通阀也可以是电磁六通阀。
【实施例4】
所述变压吸附系统中用于测量穿透柱13中气体压力的装置除机械压力表12外还可以是压力传感器，该压力传感器和多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪的软件配合使用，所述压力传感器将采集到的穿透柱13中气体压力的模拟量通过电路系统传输给多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪的软件，该软件将模拟量转换成数字量显示出来，用以实时监控穿透柱13中气体的压力。所述压力传感器可以更加精确的测量穿透柱13中气体压力。
【实施例5】
所述变压吸附系统中用于调节穿透柱13中气体压力的背压阀10可以是手动背压阀也可以是自动控制背压阀。所述手动控制背压阀的控制旋钮安装在仪器外部，方便调压操作；所述自动控制背压阀安装在仪器内部与多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪的软件配合使用，软件将数字量转换成模拟量传输给自动控制背压阀，自动控制背压阀根据接收到的命令自动调节穿透柱13内的压力到达目标压力值。所述自动控制背压阀可实现仪器的自动调压，有利于实现仪器的自动化；另外，自动控制背压阀调压更加快速、准确。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (14)
1.多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，包括：质量流量配气系统，有机蒸汽发生系统，反吹活化系统，真空活化系统，微量高温测试系统，变压吸附系统，分光光度法测试系统，浓度检测系统，恒温系统；所述质量流量配是由第一气源（2-1），第二气源（2-2），第一质量流量控制器（3-1），第二质量流量控制器（3-2），气体混合器（20）通过导气管顺序连接组成；所述有机蒸汽发生系统是由第二气源（2-2），第二质量流量控制器（3-2），第一四通阀（4），试剂管（6），冷凝管（8）顺序连接组成；所述反吹活化系统是由六通阀（11）和穿透柱（13）连接组成；所述真空活化系统是由第二四通阀（9），穿透柱（13），第二三通电磁阀（18），第一三通电磁阀（17），真空泵（16）顺序连接组成；所述微量高温测试系统是由石英穿透管，高温加热炉组成；所述变压吸附系统是由第二质量流量控制器（3-2），穿透柱（13），背压阀（10）顺序连接组成；所述分光光度法测试系统是由第一质量流量控制器（3-1），第二质量流量控制器（3-2），穿透柱（13），吸收管（15）顺序连接组成；所述浓度检测系统为热导检测器（19）通过导气管与背压阀（10）的出气口连接组成；所述恒温系统是由加热风扇（23），温度传感器（22）通过导线与温度控器器（21）连接组成，所述多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪机箱（1）外壳为夹层结构；所述有机蒸汽发生系统中的出气口即第一四通阀接口四（44）通过真空活化系统中第二四通阀（9）和反吹活化系统中的六通阀（11）连接到穿透柱（13）的进气口，穿透柱（13）的出气口通过第二三通电磁阀（18）和第一三通电磁阀（17）分别与真空泵（16）和吸收管（15）连接；变压吸附系统中的背压阀（10）通过第二四通阀（9）和六通阀（11）与穿透柱出气口（18）连接；所述热导检测器（19）与背压阀（10）连接。
2.根据权利要求1所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，所述质量流量配气系统中第一气源（2-1）的出气口与第一质量流量控制器（3-1）的进气口连接，第二气源（2-2）的出气口与第二质量流量控制器（3-2）的进气口连接，气体混合器（20）的进气口分别与第一质量流量控制器（3-1）的出气口和第一四通阀接口（4）连接。
3.根据权利要求1所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，所述有机蒸汽发生系统中的第二气源（2-2）通过导气管路与第二质量流量控制器（3-2）的入口连接，所述第二名质量流量控制器（3-2）的出口与第一四通阀接口一（41）连接，所述试剂管（6）的进气口与所述第一四通阀接口二（42）连接，所述试剂管（6）的出气口与所述冷凝管（8）的进气口连接，所述冷凝管（8）的出气口与所述第一四通阀接口三（43）连接，所述第一四通阀接口四（44）与所述第二四通阀连接使产生的有机蒸汽进入穿透柱（13），所述试剂管（6）放在所述第一加热炉（5）的加热腔内被加热，所述冷凝管（8）放在所述恒温水浴（7）内使冷凝管（8）处于恒定的温度。
4.根据权利要求1所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，所述反吹活化系统中六通阀接口一（111）为进气管路接口，连同第二气源（2-2）的气体或有机蒸汽管路；六通阀接口二（112）通过导气管路与穿透柱（13）进气口连接，六通阀接口三（113）和六通阀接口四（114）通过导气管路连接，六通阀接口五（115）为出气接口，六通阀接口六（116）与穿透柱13出气口连接；所述穿透柱（13）为内部中空上下两端设置有出气口和进气口的结构，穿透柱（13）内部填充吸附剂。
5.根据权利要求1所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，所述真空活化系统中所述第二四通阀接口（2）通过六通阀（11）与穿透柱（13）进气口连接，所述穿透柱（13）出气口通过第二三通电磁阀（18）、第一三通电磁阀（17）和真空泵（16）连接。
6.根据权利要求1所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，所述微量高温测试系统中的石英穿透管（20）可耐较高温度，该石英穿透管（20）可盛装微量吸附剂，所述石英穿透管（20）一端连接吸附质气体进气管路，另外一端连接出气管路；所述高温加热炉（21）内有圆形卡槽可将所述石英穿透管（20）放置其内部加热。
7.根据权利要求1所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，所述变压吸附系统中的第二质量流量控制器（3-2）通过第一四通阀（4）和穿透柱（13）连接，穿透柱（13）第二四通阀（9）、六通阀（11）和背压阀（10）连接，所述机械压力表（12）固定设置在穿透柱（13）气体入口的管路上用于监测穿透柱内部的气体压力。
8.根据权利要求1所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，所述分光光度法测试系统中第一质量流量控制器（3-1）和第二质量流量控制器（3-2）出气口通过导气管路、第一四通阀（4）、第二四通阀（9）、六通阀（11）与穿透柱（13）气体入口连接，所述穿透柱（13）气体出口通过第二三通电磁阀（18）与吸收瓶（15）连接，分光光度计测试吸收液的吸光度。
9.根据权利要求1所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，浓度检测系统中用于检测尾气浓度的检测器为热导检测器（19）或质谱检测器或气象色谱仪。
10.根据权利要求1所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，所述的恒温系统中多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪机箱（1）外壳的夹层结构，外面两层表板为不锈钢，内部夹层为保温材料；所述加热风扇（23）分别设置安装在所述多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪机箱（1）的四个边角的位置。
11.根据权利要求1或3所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，所述有机蒸汽发生系统为一套或者多套。
12.根据权利要求1或3或5所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，所述第一四通阀（4）和第二四通阀（9）为手动四通阀或者电磁四通阀；所述手动四通阀旋转杆需安装在多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪机箱（1）外部以便于操作；所述电磁四通阀安装在多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪机箱（1）内。
13.根据权利要求1或4所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，所述六通阀（11）为手动六通阀或者电磁六通阀。
14.根据权利要求1或7所述的多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪，其特征在于，所述变压吸附系统中用于测量穿透柱（13）中气体压力的装置为机械压力表（12）或压力传感器；用于调节穿透柱（13）中气体压力的背压阀（10）为手动背压阀或自动控制背压阀。
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