CN110514282B - 一种运动态反应样品质量间歇在线测量装置 - Google Patents

一种运动态反应样品质量间歇在线测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种运动态反应样品质量间歇在线测量装置。该装置包括：配有温度控制仪和热电偶的电炉；安装在电炉内的圆管形炉管，炉管顶端开放，底端通过气体管路经过电磁阀连接到气泵；布置在炉管内的鼓泡反应器，鼓泡反应器外直径略小于炉管的内直径，鼓泡反应器下端连接到质量传感器上，并且除了与质量传感器接触外，不与其他任何部件接触；用于控制质量传感器和电磁阀通断的测量控制器。本发明能够实现对运动状态中样品质量的间歇在线测量，获得运动态样品的反应过程数据，指导科学研究与工业实践。

Description

一种运动态反应样品质量间歇在线测量装置
技术领域
本发明涉及一种运动态反应样品质量间歇在线测量装置，属于反应样品质量测量装置领域。
背景技术
循环流化床、鼓泡床锅炉或反应器是一类常见的工业装置，物料在这些装置内部发生化学反应时均处于运动状态，颗粒间存在相互碰撞、摩擦，与静态反应器是不同的。为了测试这些反应装置内部的物料反应过程，人们发明了不同的化学反应测试装置来模拟这类工业装置内的样品反应过程，并对反应进程中的样品质量进行监测。
已有的反应样品质量测量装置可以分为两大类，一类是热重分析仪(如专利CN201520223191.8)，样品在该类仪器中处于样品托盘中，样品为静止状态，通过天平装置对样品质量进行实时测量，从而获得样品的反应进度、速度等数据，这类设备的优点是质量测量准确，但缺点是样品处于静止状态，不能很好的反映运动状态下样品的反应过程；另一类是鼓泡床、循环流化床等动态反应器(如专利CN200610171515.3、CN201310648218.3)，样品在这些仪器中处于运动状态，但无法直接测量样品质量，只能将样品从反应器内取出后进行离线质量测量，了解一段时间之后的样品反应程度，或通过测试固态物质产生的气体反应产物的方式间接测试反应进度，然而将样品从反应环境中取出可能对样品的某些物理或化学特性产生影响，从而导致测量结果无法反映反应器内的实际反应过程。
综上可见，目前尚没有一种设备能够实现反应中运动样品的质量测量，主要困难在于运动中固体颗粒的质量不能直接传递到质量传感器上。但是，如果能够实现运动态反应样品的间歇在线质量测量，即在样品运动态反应过程中不取出样品而是间断地在线测出样品的质量，也能够由此计算出样品的反应进度和速度等，指导相关工业过程和科研测试的开展。因此需要设计一种能够实现对运动态反应过程样品质量间歇在线测量的装置。
发明内容
为克服现有发明的不足，实现对运动态反应过程中样品质量的间歇在线测量，本发明提出一种运动态反应样品质量间歇在线测量装置。
本发明所提供的技术方案如下：
一种运动态反应样品质量间歇在线测量装置，包括：
电炉，插入所述电炉的热电偶，通过线路连接到所述电炉和热电偶的温度控制仪，安装在所述电炉内的炉管，通过管路连接到所述炉管下端的电磁阀，通过管路连接到所述电磁阀的气泵，布置在所述炉管内的鼓泡反应器，所述鼓泡反应器下端连接到质量传感器，通过线路连接到所述质量传感器和电磁阀的测量控制器；
所述热电偶测量所述电炉的炉膛温度并反馈给所述温度控制仪，所述温度控制仪通过控制所述电炉的加热功率控制电炉的炉膛温度；
所述炉管为圆管形，顶端开放；
所述气泵的入口可以是通入空气，也可以根据需求通入特定组分的反应气体；
所述电磁阀控制所述气泵到炉管底端的气体管路的通断；
所述鼓泡反应器包括相连的主体和连接杆两部分，主体部分在上，连接杆在下；所述鼓泡反应器的主体部分为圆管，外直径略小于所述炉管的内直径，布置在炉管内但不与炉管接触；所述鼓泡反应器的主体部分上端开放，下端布置有多孔性布风板，样品放置在所述布风板上面不下漏；所述鼓泡反应器的连接杆部分穿过所述炉管的底端连接到所述质量传感器上，并且除了与质量传感器接触外，不与其他任何部件接触；
当所述鼓泡反应器内通气时，鼓泡反应器内的样品能够在穿过布风板气体的吹动下做鼓泡运动；当所述鼓泡反应器不通气时，鼓泡反应器内的样品回落到所述布风板上面且处于静止状态时，样品的重量通过鼓泡反应器传递到所述质量传感器上，质量传感器能够直接测量出样品的质量；
所述测量控制器能够控制所述质量传感器和电磁阀的通断。
所述电炉的炉膛温度能够长期达到1700℃高温，所述热电偶能够长期工作在1700℃高温下，所述炉管、鼓泡反应器和布风板由耐高温材质制成，能够长期耐受1700℃高温。
实现运动态反应样品的间歇质量测量的步骤为：
(a)打开所述温度控制仪将所述电炉升至指定温度；
(b)打开所述电磁阀和气泵向所述鼓泡反应器通入反应气体，关闭电磁阀，从鼓泡反应器上端开口处将样品加入到鼓泡反应器内；
(c)关闭所述质量传感器，不测量样品质量，打开所述电磁阀，气体通入所述鼓泡反应器，样品处于鼓泡运动状态；
(d)关闭所述电磁阀，所述鼓泡反应器内的样品落到所述布风板上处于静止状态，打开所述质量传感器测量样品质量，并将测量结果上传到所述测量控制器内进行存储；
(e)交替执行(c)和(d)两步，直至达到预定的反应时间。
其中，(c)和(d)两步各自的持续时间均可由所述测量控制器控制，即可以根据需求由测量控制器控制测量的频率。
本发明的优点在于：(1)通过电磁阀控制反应气体的通断，创造性的避免了运动状态下颗粒质量无法测量的难题，解决了普通热重分析仪内颗粒只能处在静止状态以及普通鼓泡床反应器不能测量样品质量的缺点，实现了运动态样品质量的间歇在线测量；(2)当测量样品质量时，样品仍处在炉内高温反应环境下，不需要将样品从反应环境中取出，因此避免了样品离开反应环境、升温降温等环节，使样品物理、化学性质不受测量环节的影响，且由于不需要取出样品，测量用时短，保证了反应器内样品接近连续鼓泡反应，能够获得更接近实际的鼓泡反应中样品质量变化过程，为工业生产和科学研究提供与实际鼓泡反应器中的连续反应过程接近的测量数据。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
其中：1、温度控制仪；2、热电偶；3、炉管；4、电炉；5、鼓泡反应器；6、布风板； 7、质量传感器；8、测量控制器；9、气泵；10、电磁阀。
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的一种实施例，而不是全部的实施例。基于本发明，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
如图1所示，电炉4为一个管式电炉，由热电偶2测量炉膛温度，并由温度控制仪1实现温度的控制。电炉4内置炉管3，炉管3为圆形管，顶端开口，底端通过一根气体管路连接到电磁阀10，然后电磁阀10连接到气泵9，由气泵9为反应器提供反应气体并控制气体流量。鼓泡反应器5的上部主体是耐高温圆管，外径略小于炉管3的内径，顶端开口，套在炉管3内但不与炉管3接触，底端为布风板6。鼓泡反应器5下端连杆穿过炉管3底部，连接到质量传感器7，鼓泡反应器5与炉管3没有任何接触，因此鼓泡反应器5内的样品在静止状态下时重量将全部传递到质量传感器7上，实现对样品质量的准确测量。气体由气泵9提供并由电磁阀10控制气体的通断。电磁阀10的通断由测量控制器8控制，质量传感器7的测量也受测量控制器8控制，并且质量测量数据将传递到测量控制器8中进程存储和处理。
电炉4的炉膛温度能够长期达到1700℃高温，热电偶2能够长期工作在1700℃高温下。炉管3、鼓泡反应器5可由耐高温Al2O3材质制成，能够长期耐受1700℃高温，且耐腐蚀；布风板6由多孔性多孔Al2O3制成，能允许气体流过但固体样品颗粒不能穿过，也能够长期耐受1700℃高温。
气泵9的入口气体可以是空气，也可以根据需求配制特定组分的反应气体，气体流量由气泵9控制。当气泵9通入一定量气体且电磁阀10打开时，气体将穿过布风板6将鼓泡反应器5内的样品鼓泡，使样品做鼓泡运动，不会将样品从鼓泡反应器5顶端开口吹走。
实现运动态反应样品的间歇质量测量的步骤为：
(a)打开温度控制仪1将电炉升至指定温度；
(b)打开电磁阀10和气泵9向鼓泡反应器5通入指定反应气体，并调节气泵9以调节气体流量，关闭电磁阀10，从鼓泡反应器5上端开口将反应样品加入到鼓泡反应器5内；
(c)打开电磁阀10，气体通入鼓泡反应器5，关闭质量传感器7，不测量样品质量；
(d)关闭电磁阀10，鼓泡反应器5内的样品落到布风板6上处于静止状态，此时打开质量传感器7测量样品质量，并将测量结果传到测量控制器8上进行记录和存储；
(e)交替执行(c)和(d)两步，直至达到预定的反应时间。
其中，(c)和(d)两步各自的持续时间均可由测量控制器8控制，即可以根据需求由测量控制器8控制质量测量的频率。
在上面的实施例中描述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此细节描述的其它方式来实施，本发明不受上述实施例的限制。

Claims (3)

1.一种运动态反应样品质量间歇在线测量装置，其特征在于，包括：
电炉，插入所述电炉的热电偶，通过线路连接到所述电炉和热电偶的温度控制仪，安装在所述电炉内的炉管，通过管路连接到所述炉管下端的电磁阀，通过管路连接到所述电磁阀的气泵，布置在所述炉管内的鼓泡反应器，所述鼓泡反应器下端连接到质量传感器，通过线路连接到所述质量传感器和电磁阀的测量控制器；
所述热电偶测量所述电炉的炉膛温度并反馈给所述温度控制仪，所述温度控制仪通过控制所述电炉的加热功率控制电炉的炉膛温度；
所述炉管为圆管形，顶端开放；
所述气泵的入口可以是通入空气，也可以根据需求通入特定组分的反应气体；
所述电磁阀控制所述气泵到炉管底端的气体管路的通断；
所述鼓泡反应器包括相连的主体和连接杆两部分，主体部分在上，连接杆在下；所述鼓泡反应器的主体部分为圆管，外直径略小于所述炉管的内直径，布置在炉管内但不与炉管接触；所述鼓泡反应器的主体部分上端开放，下端布置有多孔性布风板，样品放置在所述布风板上面不下漏；所述鼓泡反应器的连接杆部分穿过所述炉管的底端连接到所述质量传感器上，并且除了与质量传感器接触外，不与其他任何部件接触；
当所述鼓泡反应器内通气时，鼓泡反应器内的样品能够在穿过布风板气体的吹动下做鼓泡运动；当所述鼓泡反应器不通气时，鼓泡反应器内的样品回落到所述布风板上面且处于静止状态时，样品的重量通过鼓泡反应器传递到所述质量传感器上，质量传感器能够直接测量出样品的质量；
所述测量控制器能够控制所述质量传感器和电磁阀的通断；
实现运动态反应样品的间歇质量测量的步骤为；
(a)打开所述温度控制仪将所述电炉升至指定温度；
(b)打开所述电磁阀和气泵向所述鼓泡反应器通入反应气体，关闭电磁阀，从鼓泡反应器上端开口处将样品加入到鼓泡反应器内；
(c)关闭所述质量传感器，不测量样品质量，打开所述电磁阀，气体通入所述鼓泡反应器，样品处于鼓泡运动状态；
(d)关闭所述电磁阀，所述鼓泡反应器内的样品落到所述布风板上处于静止状态，打开所述质量传感器测量样品质量，并将测量结果上传到所述测量控制器内进行存储；
(e)交替执行(c)和(d)两步，直至达到预定的反应时间。
2.根据权利要求1所述的一种运动态反应样品质量间歇在线测量装置 ，其特征在于，所述步骤(c)、(d)各自的持续时间均可由所述测量控制器控制。
3.根据权利要求1所述的一种运动态反应样品质量间歇在线测量装置，其特征在于，所述电炉的炉膛温度能够长期达到1700℃高温，所述热电偶能够长期工作在1700℃高温下，所述炉管、鼓泡反应器和布风板由耐高温材质制成，能够长期耐受1700℃高温。
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