CN209745932U - 反应失控抑制剂抑制效果测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型反应失控抑制剂抑制效果测试系统及测试方法属于测试技术领域，涉及的是一种用于测试反应失控抑制剂抑制效果的系统和测试的方法。包括反应器子系统、参数测量子系统、抑制剂混合子系统、抑制剂释放子系统和数据采集及控制子系统；抑制剂混合子系统和抑制剂释放子系统通过高压金属软管相连接；数据采集及控制子系统分别与抑制剂释放子系统、抑制剂混合子系统、反应器子系统以及参数测量子系统相连。对反应失控抑制剂抑制效果进行评价，实现对多影响因素不同测试水平下抑制效果的量化分析，同时，在较短的时间内，提供较多的测试结果；对反应失控抑制剂在实际工程应用中的抑制效果进行综合全面的考察，从而给出最优的反应失控抑制策略。

Description

反应失控抑制剂抑制效果测试系统

技术领域

本实用新型反应失控抑制剂抑制效果测试系统属于测试技术领域，涉及的是一种用于测试反应失控抑制剂抑制效果的系统和测试的方法。

背景技术

化学工业是我国国民经济的重要基础和支柱产业，对能源、电子、纺织、医药、国防等领域的发展起着巨大的支撑作用，是国民经济发展的重要动力源。

然而化学工业是高危行业，它具有区别于其它行业的不同特征：

1、化学品大多具有易燃易爆、有毒有害和强腐蚀等危险特性；

2、化工反应过程大多属于强放热反应，且可能产生危险副反应；

3、化工生产装置规模大、集成度高，许多反应过程属于高温高压或低温负压，工艺参数稍有变化或生产操作稍有不当，就可能导致事故；

4、化工行业技术、资金密集，事故造成的财产损失和环境影响重大。因此，化工行业一旦发生事故，破坏性大，危害程度高，极易造成重大人员伤亡和财产损失，或对环境带来长期难以恢复的破坏，而由此造成的社会负面影响效应更是难以估量。近些年来，国内化工装置由于反应热失控引起的重特大事故时有发生。

反应失控抑制是控制反应失控，减小事故发生可能性的重要技术手段之一，其基本原理就是在通过对反应过程的监测，在反应失控早期阶段，及时地将反应失控抑制剂注入反应器内，通过物理或化学的手段，是反应进程减缓或终止，以达到反应失控抑制的效果。

根据抑制机理不同，反应失控抑制剂分为化学抑制剂和物理抑制剂，化学抑制剂常用于自由基反应，其抑制原理是通过抑制剂对自由基的捕捉，使得自由基链式反应传递过程难以进行下去，从而减缓或终止反应。物理抑制剂通常采用具有较大比热容的固体物质或溶剂，通过其自身在升温过程中吸收的大量热量，降低反应器内温度，从而控制反应速率的上升。目前，许多学者在抑制剂的开发方面进行了有益的探索和实践，研制出了多种新型的反应失控抑制剂，但是，反应失控抑制作为一种安全控制技术，其抑制效果取决于多种因素的共同作用，因此如何分析并选择最佳的策略是十分复杂的。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述如何分析并选择最佳策略的问题，提供一种反应失控抑制剂抑制效果测试系统，可以对反应失控抑制剂抑制效果进行评价，实现对多影响因素不同测试水平下抑制效果的量化分析，同时，在较短的时间内，提供较多的测试结果；对反应失控抑制剂在实际工程应用中的抑制效果进行综合全面的考察，从而给出最优的反应失控抑制策略。

本实用新型是采取以下技术方案实现的：

反应失控抑制剂抑制效果测试系统，包括反应器子系统、参数测量子系统、抑制剂混合子系统、抑制剂释放子系统和数据采集及控制子系统；抑制剂混合子系统和抑制剂释放子系统通过高压金属软管相连接；数据采集及控制子系统分别与抑制剂释放子系统、抑制剂混合子系统、反应器子系统以及参数测量子系统相连。

所述抑制剂混合子系统包括高压气体钢瓶和抑制剂添加罐，高压气体钢瓶和抑制剂添加罐通过高压金属软管相连，在高压气体钢瓶出口处设有控制阀。

所述抑制剂释放子系统具有抑制剂释放喷头，抑制剂释放喷头通过高压金属软管与抑制剂添加罐的底部相连，并在与抑制剂添加罐的连接端设有抑制剂释放控制阀，通过抑制剂释放控制阀调节和控制抑制剂的释放。

所述抑制剂释放喷头可更换，抑制剂释放喷头具有多种可更换的结构，能够根据实验测试要求，选择不同结构的抑制剂释放喷头进行实验。

所述反应器子系统包括反应容器、反应器外壳、反应容器外部控温单元、反应容器内部控温单元、反应器物料分散设备和反应容器上盖；所述反应容器放置在反应器外壳中，且与反应器外壳之间间距不大于0.5mm；反应容器上盖盖在反应容器上方，并与反应容器相密封；在所述反应容器上盖上预留有适配孔，供反应器物料分散设备、参数测量子系统的传感器、反应容器内部控温单元以及抑制剂释放喷头插入。

所述反应容器和反应容器上盖之间通过快拆卡箍密封。

所述反应容器为玻璃容器，所述反应容器上盖材质可为玻璃或聚四氟乙烯，反应容器密封后可实现常压或微负压反应。

所述反应容器的容量为200ml；在使用反应釜适配器时，与其适配的反应容器的容量为50ml，反应容器的数量为4个。

所述参数测量子系统包括温度测量单元、浊度测量单元、粘度及酸碱度测量单元和/或流场测量单元；可以实现其中一种或者多种组合的参数的采集。

所述温度测量单元和粘度及酸碱度测量单元均通过反应容器上盖上预留适配孔插入反应容器内。

所述粘度及酸碱度测量单元由具有振动粘度计的振动元件和酸碱度计组成，振动元件作为外套包覆在酸碱度计外侧，酸碱度计的头部露出振动元件2-3cm。

温度测量单元采用温度传感器。

在所述反应器外壳内，设有围绕在反应容器外周的滑动导轨。

所述流场测量单元包括激光发生器、激光反射镜、平面成像镜头和轴断面成像镜头；所述激光发生器与浊度测量单元紧贴在反应容器外壁；平面成像镜头和轴断面成像镜头分别通过滑轮座装设在反应器外壳中的滑动导轨上，能沿滑动导轨滑动。

所述浊度测量单元采用市售InPro-8610i型浊度传感器。

所述具有振动粘度计的振动元件采用市售HYZY-500型振动元件。

所述酸碱度计采用市售BPH-200A型pH计。

所述温度传感器采用市售PT-1000型热电阻。

所述滑轮座带固定扣，能实现定位。

所述数据采集及控制子系统包括数据采集模块、控制模块和计算机；所述数据采集模块和计算机通过网络数据线相连接；数据采集模块的输入端和输出端分别和抑制剂释放子系统、抑制剂混合子系统、反应容器外部控温单元、反应容器内部控温单元、反应器物料分散设备以及参数测量子系统中的传感器元件通过信号线相连接。所述控制模块和计算机通过网络数据线相连接；控制模块的输入端和输出端分别和抑制剂释放子系统、抑制剂混合子系统、反应容器外部控温单元、反应容器内部控温单元、反应器物料分散设备以及参数测量子系统中的传感器元件通过信号线相连接。

进一步的，所述流场测量单元还包括激光反射镜，所述激光反射镜通过固定支架从反应容器上盖伸入反应容器内部；激光反射镜偏转角度距垂线+45°或-45°，激光反射镜中心与激光发射器布置在同一水平面，这样，相机在反应容器轴线和水平方向形成了四个高速成像镜头；能够使水平入射的平面激光在水平面和垂直面同时散射，在使用一个激光发生器的情况下同时测量两个垂直面的流场结构。通常在本领域内实现多个平面的流场测量，需要布置多个激光发射器，而这样导致的后果是多束光源的交叉面易产生混叠，本实用新型设置的激光反射镜能够很好避免此缺陷，有利于提高测试精度，给设备提供更加紧凑设计的同时，全面揭示流场结构。

进一步的，所述反应器外壳采用反应釜适配器，反应容器采用反应釜；反应釜适配器能同时装载多个反应釜，在装载多个反应釜的情况下，单个反应釜内反应物的容量相对减少，降低反应危险性的同时，使同时进行的测试数量增多，这种设置有利于加快测试效率。

反应釜内外有供冷却或加热介质流动的空腔或弯管，冷却介质为水或其他冷却液，加热介质可以为蒸汽或热流体，可以根据实际测试要求，进行内部冷却外部加热，或内部加热外部冷却，或内外同时加热或内外同时冷却。冷热流体通过计算机控制的管线上的电磁阀调控。

参数测量子系统中的温度测量单元进一步包括多个温度传感器组成的传感器阵列，传感器在阵列沿轴向垂直分布，能够测得反应体系内部不同位置的温度，对由于搅拌转速低而导致的层流条件下反应釜内温度不均匀的情况，能够比较全面的表征反应体系温度分布。

根据本实用新型的反应失控抑制剂抑制效果测试系统的优点在于反应参数测量方法的集成度高，反应控制条件的可调性强，抑制剂混合和释放的标准化流程。

反应容器是透明材质，通过内嵌式设计，安装在反应器外壳中，反应器外壁和反应器外壳间距不大于0.5mm。此种内嵌式设计能够使得浊度测试光学元件不用插入反应容器内部，实现非接触式的测量。间距小于0.5mm能使进行流场测试的激光器在损失较小能量的情况下，将平面激光投射入反应容器内。此外，内嵌式设计能够保护传感器不受反应容器内的物体侵蚀，有利于延长传感器的寿命。

所述参数测量子系统中的粘度测量和酸碱度测量使用一种振动粘度计和酸碱度计相结合的传感器进行测量，将振动粘度计的振动元件作为外套包覆在酸碱度计外侧，酸碱度计头部露出2-3cm，振动粘度计的检测原理是通过测量液体中振动式传感器的振幅变化，求出液体的阻力，算出液体的粘性，因此，此种结合式传感器不会影响粘度测试的结果精度，而且振动传感器能够保护酸碱度计，在延长酸碱度计寿命的同时，提升系统集成度，有利于在狭小的反应体系内，降低接触式传感器对流场的影响，进行多参数的精确测量。

抑制剂混合子系统使用高压气体进行分散，抑制剂添加罐顶部配有压力表，高压气体进气管在抑制剂添加罐的底部，此设计有利于抑制剂的分散，特别是对于固体粉末状的抑制剂，底部高压气体在加载时即可使抑制剂均匀混合，无需在罐顶开孔增加额外设施进行搅拌混合，有利于提高抑制剂添加罐的密封性。

所采用的抑制剂释放子系统通过电磁阀或气动球阀控制，释放系统的末端配有可拆卸的释放喷口，释放喷口可以根据测试需要进行替换，释放喷口的形状包括锥形、柱形等轴对称立方体，释放喷口的表面设置有不同疏密度的圆孔或方孔，通过控制喷射压力，调整不同的喷口形状和结构，有利于获得最优的组合，优化抑制剂释放过程的控制参数。

实用新型优点：

本实用新型结构合理、设计完善，对反应失控抑制剂抑制效果进行评价，实现对多影响因素不同测试水平下抑制效果的量化分析，同时，在较短的时间内，提供较多的测试结果；对反应失控抑制剂在实际工程应用中的抑制效果进行综合全面的考察，从而给出最优的反应失控抑制策略。

1）所采用的抑制剂释放子系统的末端配有可拆卸的释放喷口，释放喷口可以根据测试需要进行替换，通过释放喷口的表面设置有不同疏密度的圆孔或方孔，进行喷射压力控制，并通过调整不同的喷口形状和结构，获得最优的组合，优化抑制剂释放过程的控制参数。

2）参数测量子系统中的测量单元可以任意组合，进而实现其中一种或者多种组合的参数的采集。

3）本实用新型设置的激光反射镜能够很好避免多束光源的交叉面易产生混叠的缺陷，有利于提高测试精度，给设备提供更加紧凑设计的同时，全面揭示流场结构。

4）采用反应釜适配器作为反应器外壳，能同时装载多个反应釜，在装载多个反应釜的情况下，单个反应釜内反应物的容量相对减少，降低反应危险性的同时，使同时进行的测试数量增多，这种设置有利于加快测试效率。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型系统结构示意图；

图2为本实用新型采用的反应釜适配器结构俯视图；

图3为本实用新型粘度和酸碱度测量结合传感器的结构示意图。

图中：

1、抑制剂混合子系统，11、高压气体钢瓶，12、控制阀，13、高压金属软管，14、抑制剂添加罐；

2、抑制剂释放子系统，21、抑制剂释放控制阀，22、高压金属软管，23、抑制剂释放喷头；

3、反应器子系统，31、反应容器，32、反应器外壳，33、反应容器外部控温单元，34、反应容器内部控温单元，35、反应器物料分散设备，36、反应容器上盖，37、反应釜适配器，38、滑动导轨；

4、参数测量子系统，41、温度测量单元，42、浊度测量单元，43、粘度及酸碱度测量单元，431、振动元件，432、酸碱度计，44、激光反射镜，45、激光发生器，46、平面成像镜头，47、轴断面成像镜头；

5、数据采集及控制子系统，51、数据采集模块，52、计算机。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的描述。

参照附图1所示的反应失控抑制剂抑制效果测试系统，包括抑制剂混合子系统1、抑制剂释放子系统2、反应器子系统3、参数测量子系统4、数据采集及控制子系统5。

所述抑制剂混合子系统1包括高压气体钢瓶11、控制阀12、高压金属软管13、抑制剂添加罐14，所述抑制剂混合子系统1与抑制剂释放子系统2通过高压金属软管13连接。

所述抑制剂释放子系统2包括抑制剂释放控制阀21、高压金属软管22、抑制剂释放喷头23。抑制剂释放喷头23通过高压金属软管22与抑制剂添加罐14底部相连接，通过抑制剂释放控制阀21控制抑制剂的释放。抑制剂释放喷头23具有多种可更换的结构，根据实验测试要求，选择不同结构的抑制剂释放喷头23进行实验。

所述反应器子系统3进一步包括反应容器31、反应器外壳32、反应容器外部控温单元33、反应容器内部控温单元34、反应器物料分散设备35、反应容器上盖36、反应釜适配器37、滑动导轨38。所述反应容器31放置于反应器外壳32中，且与反应器外壳32之间间距不大于0.5mm。所述反应容器31和反应容器上盖36通过快拆卡箍密封。所述反应容器上盖36上预留有适配孔供反应器物料分散设备35、参数测量子系统的传感器、反应容器内部控温单元34、抑制剂释放喷头23插入。

所述反应容器31材质为玻璃，所述反应容器上盖36材质可为玻璃或聚四氟乙烯，反应容器密封后可实现常压或微负压反应。常规反应容器31的容量为200ml，在使用反应釜适配器37时，与其适配的反应容器31的容量为50ml，数量为4个。

所述参数测量子系统4包括温度测量单元41、浊度测量单元42、粘度及酸碱度测量单元43、流场测量系统。所述流场测量系统包括激光反射镜44、激光发生器45、平面成像镜头46、轴断面成像镜头47组成。所述激光发生器45与浊度测量单元42紧贴在反应容器31外壁布置。所述温度测量单元41、粘度及酸碱度测量单元43通过反应容器上盖36上预留适配孔插入反应容器31内。所述激光反射镜44通过固定支架从反应容器上盖36伸入反应容器31内部。平面成像镜头46、轴断面成像镜头47布置在反应器外壳32中的滑动导轨38上。所述粘度及酸碱度测量单元43的分别由振动粘度计的振动元件431和酸碱度计432组成，振动粘度计的振动元件431作为外套包覆在酸碱度计432外侧，酸碱度计432头部露出2-3cm。

所述振动粘度计的振动元件431采用市售HYZY-500型振动元件，酸碱度计432采用市售BPH-200A型pH计，温度传感器采用市售PT-1000型热电阻。

所述数据采集及控制子系统5包括数据采集模块51和计算机52。所述数据采集模块51和计算机52通过网络数据线相连接。所述数据采集模块51输入端和输出端分别和抑制剂释放子系统1、抑制剂混合子系统2、反应容器外部控温单元33、反应容器内部控温单元34、反应器物料分散设备35、参数测试系统4中的传感器元件通过信号线相连接。所述计算机52中，装设有现有的专用的实验分析软件程序，综合分析反应过程中及抑制剂加入后的温度、浊度、粘度、酸碱度和流场变化情况来评价反应失控抑制及的抑制效果。

在本优选的实施例中，可以选用反应釜适配器，同时装载多个反应釜，在装载多个反应釜的情况下，单个反应釜内反应物的容量相对减少，降低反应危险性的同时，使同时进行的测试数量增多，这种设置有利于加快测试效率。

反应釜内外有供冷却或加热介质流动的空腔或弯管，冷却介质为水或其他冷却液，加热介质可以为蒸汽或热流体，可以根据实际测试要求，进行内部冷却外部加热，或内部加热外部冷却，或内外同时加热或内外同时冷却。冷热流体通过计算机控制的管线上的电磁阀调控。

参数测量子系统中的温度测量单元进一步包括多个温度传感器组成的传感器阵列，传感器在阵列沿轴向垂直分布，能够测得反应体系内部不同位置的温度，对由于搅拌转速低而导致的层流条件下反应釜内温度不均匀的情况，能够比较全面的表征反应体系温度分布。

利用上述反应失控抑制剂抑制效果测试系统进行测量的方法，其步骤为：

1）根据测试目的，在抑制剂添加罐14中加入一定量的抑制剂，在反应容器31中加入反应物。密封抑制剂添加罐14；

2）根据测试要求，布置好硬件设备；

2-1）安装抑制剂释放喷口23；

2-2）布置参数测量子系统4的各个监测参数的传感器，将温度测量单元41、粘度及酸碱度测量单元43的传感器通过反应容器上盖36上预留适配孔插入反应容器31内；

2-3）将激光反射镜44通过固定支架从反应容器上盖36伸入反应容器31内部，将激光发生器45与浊度测量单元42紧贴在反应容器31外壁布置，调整平面成像镜头46、轴断面成像镜头47在反应器外壳32中的滑动导轨上的位置；

2-4）对传感器进行标定，设置反应控制参数，包括控温程序、搅拌转速、抑制剂释放压力、抑制剂释放控制阀21开启时间；

2-5）将反应容器上盖36与反应容器31用快拆卡箍密封；

3）开始测试；

3-1）启动反应器物料分散设备35、反应容器外部控温单元33或反应容器内部控温单元34，开始记录参数测试系统数据；

3-2）在到达预设抑制剂释放时刻前，开启高压气瓶控制阀12，向抑制剂添加罐14中加压到预设压力值，关闭高压气瓶控制阀12；

3-3）在到达预设抑制剂释放时刻时，打开抑制剂释放子系统控制阀21，注入抑制剂；

4）待反应终止，停止记录数据，停止搅拌，降低反应器温度至安全温度。实验后，反应体系的温度数据、浊度数据、酸碱度数据、粘度数据、流场图像信息传输、记录在计算机中，综合分析反应过程中及抑制剂加入后的温度、浊度、粘度、酸碱度和流场变化情况来评价反应失控抑制及的抑制效果。

以上对本实用新型进行了阐述，但是本实用新型所介绍的实施例并没有限制的意图，在不背离本实用新型主旨的范围内，本实用新型可有多种变化和修改。

Claims (9)

1.一种反应失控抑制剂抑制效果测试系统，其特征在于：包括反应器子系统、参数测量子系统、抑制剂混合子系统、抑制剂释放子系统和数据采集及控制子系统；抑制剂混合子系统和抑制剂释放子系统通过高压金属软管相连接；数据采集及控制子系统分别与抑制剂释放子系统、抑制剂混合子系统、反应器子系统以及参数测量子系统相连。

2.根据权利要求1所述的反应失控抑制剂抑制效果测试系统，其特征在于：所述抑制剂混合子系统包括高压气体钢瓶和抑制剂添加罐，高压气体钢瓶和抑制剂添加罐通过高压金属软管相连，在高压气体钢瓶出口处设有控制阀；

所述抑制剂释放子系统具有抑制剂释放喷头，抑制剂释放喷头通过高压金属软管与抑制剂添加罐的底部相连，并在与抑制剂添加罐的连接端设有抑制剂释放控制阀，通过抑制剂释放控制阀调节和控制抑制剂的释放；

所述反应器子系统包括反应容器、反应器外壳、反应容器外部控温单元、反应容器内部控温单元、反应器物料分散设备和反应容器上盖；所述反应容器放置在反应器外壳中，反应容器上盖盖在反应容器上方，并与反应容器相密封；在所述反应容器上盖上预留有适配孔，供反应器物料分散设备、参数测量子系统的传感器、反应容器内部控温单元以及抑制剂释放喷头插入；

所述参数测量子系统包括温度测量单元、浊度测量单元、粘度及酸碱度测量单元和/或流场测量单元；能实现其中一种或者多种组合的参数的采集；

所述温度测量单元和粘度及酸碱度测量单元均通过反应容器上盖上预留适配孔插入反应容器内；

在所述反应器外壳内，设有围绕在反应容器外周的滑动导轨；

所述流场测量单元包括激光发生器、平面成像镜头和轴断面成像镜头；所述激光发生器与浊度测量单元紧贴在反应容器外壁；平面成像镜头和轴断面成像镜头分别通过滑轮座装设在反应器外壳中的滑动导轨上，能沿滑动导轨滑动；

所述数据采集与控制子系统包括数据采集模块、控制模块和计算机；所述数据采集模块和计算机通过网络数据线相连接；数据采集模块的输入端和输出端分别和抑制剂释放子系统、抑制剂混合子系统、反应容器外部控温单元、反应容器内部控温单元、反应器物料分散设备以及参数测量子系统中的传感器元件通过信号线相连接；所述控制模块和计算机通过网络数据线相连接；控制模块的输入端和输出端分别和抑制剂释放子系统、抑制剂混合子系统、反应容器外部控温单元、反应容器内部控温单元、反应器物料分散设备以及参数测量子系统中的传感器元件通过信号线相连接。

3.根据权利要求2所述的反应失控抑制剂抑制效果测试系统，其特征在于：所述流场测量单元还包括激光反射镜，所述激光反射镜通过固定支架从反应容器上盖伸入反应容器内部。

4.根据权利要求3所述的反应失控抑制剂抑制效果测试系统，其特征在于：所述激光反射镜偏转角度距垂线+45°或-45°，激光反射镜中心与激光发射器布置在同一水平面。

5.根据权利要求2所述的反应失控抑制剂抑制效果测试系统，其特征在于：所述反应器外壳采用反应釜适配器，反应容器采用反应釜；反应釜适配器能同时装载多个反应釜。

6.根据权利要求5所述的反应失控抑制剂抑制效果测试系统，其特征在于：反应釜内外有供冷却或加热介质流动的空腔或弯管，冷却介质为水或其他冷却液，加热介质为蒸汽或热流体，能根据实际测试要求，进行内部冷却外部加热，或内部加热外部冷却，或内外同时加热或内外同时冷却；冷热流体通过计算机控制的管线上的电磁阀调控。

7.根据权利要求2所述的反应失控抑制剂抑制效果测试系统，其特征在于：参数测量子系统中的温度测量单元包括多个温度传感器组成的传感器阵列，传感器在阵列沿轴向垂直分布，能够测得反应体系内部不同位置的温度，对由于搅拌转速低而导致的层流条件下反应釜内温度不均匀的情况，能够比较全面的表征反应体系温度分布。

8.根据权利要求2所述的反应失控抑制剂抑制效果测试系统，其特征在于：反应容器采用内嵌式设计，安装在反应器外壳中，反应器外壁和反应器外壳间距不大于0.5mm。

9.根据权利要求2所述的反应失控抑制剂抑制效果测试系统，其特征在于：所述粘度及酸碱度测量单元由具有振动粘度计的振动元件和酸碱度计组成，振动元件作为外套包覆在酸碱度计外侧，酸碱度计的头部露出振动元件2-3cm。