CN212300893U - 一种在线样品采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种在线样品采集系统，属于样品检测技术领域，该在线样品采集系统包括能够输送惰性气体的第一吹扫系统、采样结构及通过管路依次连接的第二吹扫系统、第一切换结构、第二切换结构和抽真空系统，第一吹扫系统连接于第一切换结构和第二切换结构之间的管路，采样结构连接于第二切换结构，采样结构具有能够打开和关闭的排气口；第一切换结构连接有进样管路，且进样管路能够伸入反应装置的固体物料中，第二吹扫系统能够输送与反应装置内的至少一种气体的类型相同的气体。结构紧凑，能够实现连续取样，避免在管路及切换结构中残留固体物料，采集效率高。且能够保证采集样品的新鲜度及后续样品表征结果的准确性。

Description

一种在线样品采集系统

技术领域

本实用新型涉及样品检测技术领域，尤其涉及一种在线样品采集系统。

背景技术

在流程工业中，物质反应过程表征是研究反应机理，实现反应参数优化、提高产物产率及进行反应过程控制的基础。目前，对于流程工业物质反应过程表征的研究，大多使用热重分析仪、固定床/流化床反应器、电热网格反应器、居里点反应器等装置，通过对反应过程中的气相产物进行在线或离线检测的方式实现。通过上述方法虽然可以进行反应过程中的动力学参数分析，并在一定程度上进行反应过程控制，但由于不能在反应过程中获取固体的颗粒物质，也就不能进行固体颗粒的表征，也就无法实现反应过程“突变点”的捕捉与转化过程机理变化的探究。

针对上述问题，出现了针对固体颗粒的颗粒采集系统，但是现有的颗粒采集系统结构复杂，采样后管路及切换结构中往往残留固体颗粒，不适合连续取样操作，采集效率低；且残留的固体颗粒会对切换结构造成磨损，降低其使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种在线样品采集系统，以解决现有技术中存在的颗粒采集系统结构复杂，采样后管路及组件中往往残留固体颗粒，不适合连续取样操作，采集效率低以及切换结构易磨损的问题。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种在线样品采集系统，包括能够输送惰性气体的第一吹扫系统、采样结构及通过管路依次连接的第二吹扫系统、第一切换结构、第二切换结构和抽真空系统，所述第一吹扫系统连接于所述第一切换结构和第二切换结构之间的管路，所述采样结构连接于所述第二切换结构，所述采样结构具有能够打开和关闭的排气口；第一切换结构连接有进样管路，且所述进样管路能够伸入反应装置的固体物料中，所述第二吹扫系统能够输送与所述反应装置内的至少一种气体的类型相同的气体；

所述第一切换结构能够选择性地使所述反应装置连通所述第二吹扫系统或所述第二切换结构，所述第二切换结构能够选择性地使所述采样结构连通所述第一切换结构或所述抽真空系统，所述抽真空系统被配置为能够对所述采样结构抽真空，使所述反应装置内的固体物料在压差的作用下进入所述采样结构内。

进一步地，所述第一吹扫系统包括依次连接的第一气体储罐、第一流量调节结构和第一缓冲罐，第一气体储罐内充设有惰性气体，所述第一缓冲罐连接于所述第一切换结构和所述第二切换结构之间的管路。

进一步地，所述第二吹扫系统包括依次连接的第二气体储罐、第二流量调节结构和第二缓冲罐，所述第二气体储罐内充设有与所述反应装置内的至少一种气体的类型相同的气体，所述第二缓冲罐连接于所述第一切换结构。

进一步地，所述抽真空系统包括依次连接的真空泵、第一过滤器和真空度调节阀，所述真空度调节阀通过管路连接于所述第二切换结构。

进一步地，所述在线样品采集系统还包括连通结构，所述连通结构具有两两均连通的第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口连通于所述第一吹扫系统，所述第二接口连通于所述第一切换结构，所述第三接口连通于所述第二切换结构。

进一步地，所述在线样品采集系统还包括气体检测系统，所述气体检测系统包括依次连接的气体检测装置、除水结构和第二过滤器，所述第二过滤器能够通过管路连通于所述反应装置。

进一步地，所述气体检测系统还包括三通阀，所述三通阀具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口连通于所述除水结构，所述第二端口连通于所述气体检测装置，所述第三端口为排空口。

进一步地，所述进样管路伸出所述反应装置外的部分、所述第一切换结构和所述第二切换结构之间的管路及所述第二切换结构和所述采样结构之间的管路上均包裹有保温层。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提出一种在线样品采集系统，该在线样品采集系统通过抽真空系统能够对采样结构抽真空，一方面能够使得反应装置内的少量固体物料在压差的作用下进入采样结构内，另一方面能够将由反应装置内进入到采样结构的气体进行抽出，防止固体物料继续发生反应；通过设置第二吹扫系统和第一吹扫系统，能够对该在线样品系统的管路、第一切换结构和第二切换结构进行完全吹扫，避免管路中以及切换结构中残留固体物料，且通过第一吹扫系统还能够向采样结构内输送惰性气体，以对采样结构内的固体物料进行保护。该在线样品采集系统，结构紧凑，能够实现连续取样，采集效率高，且能够避免在管路及切换结构中残留固体物料，保证采集样品的新鲜度及后续样品表征结果的准确性。此外，还能够避免切换结构反复使用时其内残存的颗粒对其造成的磨损，延长切换结构的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型提供的在线样品采集系统的结构示意图。

图中：

1、第一吹扫系统；11、第一气体储罐；12、第一流量调节结构；13、第一缓冲罐；2、采样结构；21、排气口；3、第二吹扫系统；31、第二气体储罐；32、第二流量调节结构；33、第二缓冲罐；4、第一切换结构；5、第二切换结构；6、抽真空系统；61、真空泵；62、第一过滤器；63、真空度调节阀；7、反应装置；8、连通结构；9、气体检测系统；91、气体检测装置；92、除水结构；93、第二过滤器；94、三通阀；10、进样管路。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示，本实施例提供一种在线样品采集系统，该在线样品采集系统包括能够输送惰性气体的第一吹扫系统1、采样结构2及通过管路依次连接的第二吹扫系统3、第一切换结构4、第二切换结构5和抽真空系统6，第一吹扫系统1连接于第一切换结构4和第二切换结构5之间的管路中，采样结构2连接于第二切换结构5，采样结构2具有能够打开和关闭的排气口21，第一切换结构4连接有进样管路10，且进样管路10能够伸入反应装置7的固体物料中，第二吹扫系统3能够输送与反应装置7内的至少一种气体的类型相同的气体；上述第一切换结构4能够选择性地使反应装置7连通第二切换结构5或第二吹扫系统3，第二切换结构5能够选择性地使采样结构2连通第一切换结构4或抽真空系统6。抽真空系统6能够对采样结构2抽真空，使反应装置7内的固体物料在反应装置7和采样结构2之间的压差的作用下进入采样结构2内。

需要说明的是，反应装置7内的固体物料为催化剂或者参与反应的组分，反应装置7内的气体为参与反应的组分或者反应生成的气体产物。在本实施例中，上述第一切换结构4和第二切换结构5均优选为三通阀。此外，在本实施例中，采样结构2为具有排气口21的采集瓶。

可以理解的是，在采集固体物料时，可首先通过第二切换结构5使得采样结构2连通抽真空系统6，关闭采样结构2的排气口21，随后通过抽真空系统6对采样结构2进行抽真空。然后通过第一切换结构4使得第二切换结构5连通反应装置7，通过第二切换结构5使得采样结构2连通第一切换结构4，在反应装置7和采样结构2之间的压差的作用下，反应装置7内的固体物料沿管路进入到采样结构2内，从而实现对固体物料的采集。此外，当采样结构2和抽真空系统6连通时，抽真空系统6能够将由反应装置7进入到采样结构2内的气体抽出，防止固体物料继续发生反应，保证后续表征结果的准确性。另外，通过第一吹扫系统1不仅能够对管路进行吹扫，还能够向采样结构2内输送惰性气体，以对采样结构2内的固体物料进行保护，便于固体物料的封存。通过第二吹扫系统3，能够将进样管路10内残留的固体物料吹回至反应装置7内，以及避免在采样间歇时，反应装置7内的物料进入进样管路10内发生反应，致使进样管路10堵塞。

具体地，如图1所示，第一吹扫系统1包括依次连接的第一气体储罐11、第一流量调节结构12和第一缓冲罐13，第一气体储罐11内充设有惰性气体，第一缓冲罐13连接于第一切换结构4和第二切换结构5之间的管路中。通过第一流量调节结构12，能够调整第一气体储罐11向外输送的惰性气体的流量；通过第一缓冲罐13，能够对惰性气体进行缓冲，降低吹扫压力，避免因吹扫压力过高而导致颗粒从反应装置7或采样结构2中喷出。

进一步地，该在线样品采集系统还包括连通结构8，连通结构8具有两两均相互连通的第一接口、第二接口和第三接口，第一接口连通于第一缓冲罐13，第二接口连通于第一切换结构4，第三接口连通于第二切换结构5。当然在其他实施例中，连通结构8还可以设置为三通阀，也就是说连通结构8能够选择性的使第一吹扫系统1连通第一切换结构4或第二切换结构5。当使得第一吹扫系统1连通第一切换结构4，且第一切换结构4连通反应装置7时，第一吹扫系统1能够将连通结构8和第一切换结构4之间的管路及进样管路10中残留的固体物料吹回反应装置7内。当使得第一吹扫系统1连通第二切换结构5，且第二切换结构5连通采样结构2时，第一吹扫系统1能够将连通结构8和采样结构2之间的管路中残留的固体物料吹至采样结构2内，同时输送惰性气体对采样结构2内的固体物料进行保护。

再次参照图1，第二吹扫系统3包括依次连接的第二气体储罐31、第二流量调节结构32和第二缓冲罐33，第二气体储罐31内充设有与反应装置7内的至少一种气体的类型相同的气体，第二缓冲罐33连接于第一切换结构4。通过第二流量调节结构32，能够调整第二气体储罐31向外输送的惰性气体的流量；通过第二缓冲罐33，能够降低第二气体储罐33向采样装置7内输送的气体的压力，避免因吹扫压力过高而导致颗粒从反应装置7中喷出。

上述抽真空系统6包括依次连接的真空泵61、第一过滤器62及真空度调节阀63，真空度调节阀63通过管路连接于第二切换结构5。当第二切换结构5使得采样结构2和真空度调节阀63连通时，真空泵61能够对采样结构2进行抽真空。进一步地，通过真空度调节阀63可以对真空泵61的输出功率进行调节，从而实现采样结构2内真空度的调控。

如图1所示，该在线样品采集系统还包括气体检测系统9，具体地，气体检测系统9包括依次连接的气体检测装置91、除水结构92和第二过滤器93，第二过滤器93能够通过管路连通于反应装置7。反应装置7内的气体能够通过第二过滤器93和除水结构92后进入气体检测装置91，从而实现对气体的检测。

进一步地，气体检测系统9还包括三通阀94，三通阀94具有第一端口、第二端口和第三端口，第一端口连通于除水结构92，第二端口连通于气体检测装置91，第三端口为排空口。通过设置三通阀94，能够在需要对气体进行检测时，使得第一端口和第二端口连通，在无需对气体进行检测时，可使得第一端口和第三端口连通，对气体进行排空。

可选地，为了避免由反应装置7排出的气体中的易冷凝组分在管路中凝结，并粘连颗粒物质导致管路堵塞，该在线样品采集系统的进样管路10伸出反应装置7外的部分、第一切换结构4和第二切换结构5之间的管路及第二切换结构5和采样结构2之间的管路上均包裹有保温层。进一步地，还可以在每段管路上设置加热结构，加热结构可以为通有高温液体的管路或者电加热结构；或者将每段管路设置为双层结构，内层为固体物料的流通的管路，夹层内可设置有高温液体。

需要说明的是，反应装置7为可以进行气固两相反应的实验装置，既可以是金属材质，也可以是非金属材质(例如石英玻璃)；既可以进行固定床反应，也可以外接流化气体，进行流化床状态下的反应；既可以用于在常温下发生的反应，也可以用于在热态下进行的反应(包括但不限于催化、热解、气化反应)；

进一步地，反应装置7具备加热结构(具体结构未在本实用新型中标出)。例如可以是在反应装置7外配有加热炉。

以下将对该在线样品采集系统的工作过程进行详细的说明。

1、采样结构2通过管路与第二切换结构5连接，通过第二切换结构5使得采集瓶和抽真空系统6连通，关闭采集瓶的排气口21，随后打开真空泵61，对采集瓶进行抽真空，通过真空度调节阀63调节采集瓶的真空度，直至采集瓶内的压力处于预设压力范围内，实现采集瓶压力的调控。

2、关闭真空泵61，待采集瓶内的压力稳定后，通过第二切换结构5使得采集瓶和第一切换结构4连通，同时通过第一切换结构4使得第二切换结构5和反应装置7连通，反应装置7内的固体物料在反应装置7和采集瓶之间的压差的作用下，通过进样管路10、第一切换结构4、第二切换结构5进入采集瓶内，实现对固体物料样品的采集。

3、采样完成后，通过第二切换结构5使得采集瓶和抽真空系统6连通，随后通过第一吹扫系统1向第一切换结构4和第二切换结构5之间的管路内输送惰性气体，惰性气体通过第一切换结构4和进样管路10进入到反应装置7内，实现对连通结构8和第一切换结构4之间的管路及进样管路10内残留的固体物料的吹扫，同时开启真空泵61，再次对采集瓶抽真空，将由反应装置7内进入到采集瓶的气体抽出，防止固体物料继续发生反应。

4、关闭真空泵61，打开采集瓶的排气口21，通过第二切换结构5使得采集瓶和第一吹扫系统1连通，通过第一切换结构4使得反应装置7和第二吹扫系统3连通，通过第二吹扫系统3对进样管路10再次进行吹扫。同时，通过第一吹扫系统1向第一切换结构4和第二切换结构5之间的管路内输送惰性气体，惰性气体通过第二切换结构5进入采集瓶内，实现对连通结构8和采集瓶之间的管路吹扫，同时还可以对采集瓶内的固体物料进行封存保护。

5、关闭第一吹扫系统1，更换采集瓶，准备下一次固体物料的采样。此时，为避免反应装置7内的固体物料在气体的作用下进入进样管路10并在其中发生反应，致使进样管路10堵塞，在采样间歇期间宜持续开启第二吹扫系统3，以对进样管路10进行吹扫。

当需要对反应装置7内的气体进行检测时，使得三通阀94的第一端口和第二端口连通，气体通过第二过滤器93和除水结构92后进入气体检测装置91。当无需对反应装置7内的气体检测时，使得三通阀94的第一端口和第三端口连通，对反应装置7内的气体进行排空。

以下井队该在线样品采集系统的工作过程进行详细说明：

将第二切换结构5切换至采样结构2与抽真空系统6连通，并对采样结构2进行抽真空，通过真空度调节阀63调节采样结构2的真空度，直至采样结构2的内压力处于预设压力范围内，并停止抽真空；

通过调节第一切换结构4和第二切换结构5，使得反应装置7与采样结构2通过连接管路连通，反应装置7内的固体物料在反应装置7和采样结构2之间的压差的作用下沿管路进入采样结构2内；

调节第二切换结构5至采样结构2与抽真空系统6连通，并再次对采样结构2抽真空，以抽出由反应装置7进入到采样结构2内的反应气体，保证采集的样品不会在采样结构2中继续发生反应，同时通过第一吹扫系统1向反应装置7与采样结构2之间的连接管路内输送惰性气体，以将位于第一吹扫系统1和连接管路的连接点与反应装置7之间的一部分连接管路，也就是连通结构8和第一切换结构4内残留的固体颗粒吹回反应装置7内；

停止对采样结构2抽真空，并将第一切换结构4切换至第二吹扫系统3与反应装置7连通，通过第二吹扫系统3对进样管路10进行吹扫；同时将第二切换结构5切换至第一吹扫系统1与采样结构2连通，打开采样结构2的排气口21，并通过第一吹扫系统1向反应装置7与采样结构2之间的连接管路内输送惰性气体，以将位于第一吹扫系统1和连接管路的连接点与采样结构2之间的一部分连接管路，也就是连通结构8和第二切换结构5内残留的固体颗粒用惰性气体吹扫至采样结构2内。完成全采样管路吹扫及采集样品的惰性气体封存。

关闭第一吹扫系统1，更换采样结构2，并保持第二吹扫系统3处于开启状态。此时，通过保持第二吹扫系统3开启，能够避免反应装置7内的固体物料在气体的作用下进入进样管路10并在其中发生反应，致使进样管路10堵塞。也即，在采样间歇期间持续开启第二吹扫系统3，以对进样管路10进行吹扫。

进一步地，在线样品采集系统在工作过程中还包括：使反应装置7内的气体经过过滤和除水后进入气体检测装置91。具体地，使得三通阀94的第一端口和第二端口连通，反应装置7内的气体依次经过第二过滤器93、除水结构92和三通阀94后进入气体检测装置91。

综上，本实施例提供的在线样品采集系统，通过抽真空系统6能够对采样结构2抽真空，一方面能够使得反应装置7内的固体物料在压差的作用下进入采样结构2内，另一方面能够将由反应装置7内进入到采样结构2的气体进行抽出，防止固体物料继续发生反应。通过第二吹扫系统3和第一吹扫系统1，能够对该在线样品系统的管路、第一切换结构4和第二切换结构5进行完全吹扫，避免管路及切换结构中残留固体物料，且通过第一吹扫系统1还能够向采样结构2内输送惰性气体，以对采样结构2内的固体物料进行保护。该在线样品采集系统，结构紧凑，能够实现连续取样，采集效率高，且能够避免在管路及切换结构中残留固体物料，保证采集样品的新鲜度及后续样品表征结果的准确性。此外，还能够避免切换结构反复使用时其内残存的颗粒对其造成的磨损，延长切换结构的使用寿命。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种在线样品采集系统，其特征在于，包括能够输送惰性气体的第一吹扫系统(1)、采样结构(2)及通过管路依次连接的第二吹扫系统(3)、第一切换结构(4)、第二切换结构(5)和抽真空系统(6)，所述第一吹扫系统(1)连接于所述第一切换结构(4)和第二切换结构(5)之间的管路，所述采样结构(2)连接于所述第二切换结构(5)，所述采样结构(2)具有能够打开和关闭的排气口(21)；第一切换结构(4)连接有进样管路(10)，且所述进样管路(10)能够伸入反应装置(7)的固体物料中，所述第二吹扫系统(3)能够输送与所述反应装置(7)内的至少一种气体的类型相同的气体；

所述第一切换结构(4)能够选择性地使所述反应装置(7)连通所述第二吹扫系统(3)或所述第二切换结构(5)，所述第二切换结构(5)能够选择性地使所述采样结构(2)连通所述第一切换结构(4)或所述抽真空系统(6)，所述抽真空系统(6)被配置为能够对所述采样结构(2)抽真空，使所述反应装置(7)内的固体物料在压差的作用下进入所述采样结构(2)内。

2.根据权利要求1所述的在线样品采集系统，其特征在于，所述第一吹扫系统(1)包括依次连接的第一气体储罐(11)、第一流量调节结构(12)和第一缓冲罐(13)，第一气体储罐(11)内充设有惰性气体，所述第一缓冲罐(13)连接于所述第一切换结构(4)和所述第二切换结构(5)之间的管路。

3.根据权利要求1所述的在线样品采集系统，其特征在于，所述第二吹扫系统(3)包括依次连接的第二气体储罐(31)、第二流量调节结构(32)和第二缓冲罐(33)，所述第二气体储罐(31)内充设有与所述反应装置(7)内的至少一种气体的类型相同的气体，所述第二缓冲罐(33)连接于所述第一切换结构(4)。

4.根据权利要求1所述的在线样品采集系统，其特征在于，所述抽真空系统(6)包括依次连接的真空泵(61)、第一过滤器(62)和真空度调节阀(63)，所述真空度调节阀(63)通过管路连接于所述第二切换结构(5)。

5.根据权利要求1所述的在线样品采集系统，其特征在于，所述在线样品采集系统还包括连通结构(8)，所述连通结构(8)具有两两均连通的第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口连通于所述第一吹扫系统(1)，所述第二接口连通于所述第一切换结构(4)，所述第三接口连通于所述第二切换结构(5)。

6.根据权利要求1所述的在线样品采集系统，其特征在于，所述在线样品采集系统还包括气体检测系统(9)，所述气体检测系统(9)包括依次连接的气体检测装置(91)、除水结构(92)和第二过滤器(93)，所述第二过滤器(93)能够通过管路连通于所述反应装置(7)。

7.根据权利要求6所述的在线样品采集系统，其特征在于，所述气体检测系统(9)还包括三通阀(94)，所述三通阀(94)具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口连通于所述除水结构(92)，所述第二端口连通于所述气体检测装置(91)，所述第三端口为排空口。

8.根据权利要求1所述的在线样品采集系统，其特征在于，所述进样管路(10)伸出所述反应装置(7)外的部分、所述第一切换结构(4)和所述第二切换结构(5)之间的管路及所述第二切换结构(5)和所述采样结构(2)之间的管路上均包裹有保温层。

Images