CN217248829U - 一种封闭式自控制反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种封闭式自控制反应系统，包括：底座，反应装置本体，所述底座用于支撑所述反应装置本体；所述原液罐、与反应装置本体相互连通，原液罐内含有参与化学反应所需的液体反应原料，还包括，加料口，所述加料口用于添加化学反应所需的固体反应原料，所述固体反应原料和所述液体反应原料发生化学反应后发生气体；还包括与反应装置本体依次连通的吸附室气体干燥组、气体纯化室和加压储存罐；还包括，传感器和控制系统，用于检测和控制反应系统。本申请通过压力传感器组与控制系统配合，实时监测并控制反应系统；通过吸附室气体干燥组、气体纯化室和加压储存罐，对化学反应产生的易燃易爆的气体进行合理的处理与回收。

Description

一种封闭式自控制反应系统

技术领域

本实用新型涉及一种化学实验器具技术领域，尤其涉及一种用于固体与液体反应制配气体的封闭式自控制反应系统。

背景技术

化学领域经常使用的启普发生器又称为一种气体发生器或者是氢气发生装置，它在典型的化学实验中常被用于固体与液体反应制配气体的一个化学反应过程。

一般而言，启普发生器是由球形漏斗、容器和导气管三部分组成，在启普发生器气密性良好的情况下，打开导气管上的旋塞，球形漏斗中的液体进入容器与固体发生化学反应，此时化学反应产生大量氢气，导致容器内气体压强增大变大，将液体压回球形漏斗，使容器中液体液面降低，与固体脱离，反应停止。因此，启普发生器具有随时控制化学反应发生和停止的优点。

但是现有的启普发生器没有对产生的易燃易爆的氢气进行合理的处理与回收；并且传统的启普发生器在教学过程中仅能使得学习人员观察到化学反应产生了气体，然而化学反应产生的气体的压力和气体的量无法进行量化检测；并且传统的启普发生器的操作过程为手动操作，实验者容易接触到具有腐蚀性的酸原液，手动控制不精确等缺点和不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种封闭式自控制反应系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种封闭式自控制反应系统，包括：底座、反应装置本体、原液罐、滞留球、吸附室气体干燥组和控制系统；所述底座用于支撑所述反应装置本体；所述反应装置本体上方设置加料口；所述加料口用于添加化学反应所需的固体反应原料，所述固体反应原料和液体反应原料发生化学反应后产生反应气体；所述原液罐内含有参与化学反应所需的所述液体反应原料，分别与所述反应装置本体、滞留球相连通；所述滞留球的底部导管延伸至反应装置本体的底部，所述底部导管低于所述固体反应原料通道的底部；所述吸附室气体干燥组与气体纯化室、加压储存罐依次连通，所述吸附室气体干燥组与所述反应装置本体之间的连通管道设置电磁阀三和单向阀二；所述控制系统，用于检测和控制反应系统。

优选的，所述固体反应原料的加料通道的最低点b与液体反应原料的回流通道的最低点的底部横截面的最高点a满足以下关系式：a<b。

优选的，所述吸附室气体干燥组内部交错设置有多组分子筛吸附剂。

优选的，所述反应装置本体还包括密封机构，所述密封机构包括铰接件、密封垫片、U型加紧臂和半圆加压帽，所述铰接件的一端连接在盖子的边缘，另一端连接所述U型加紧臂，所述U型加紧臂以铰接件为支点向下旋转压紧在反应装置本体的台沿上，所述半圆加压帽用于加压抵住所述反应装置本体的台沿下方。所述原液罐与反应装置本体的连通管道上设置有进液流量计和电磁阀一，所述控制系统接收进液流量计的检测数据并控制电磁阀一的开合。

优选的，所述滞留球与反应装置本体连通管道之间设置有电磁阀二，所述电磁阀二与后台的控制系统电性连接。

优选的，反应装置本体还包括加热板和隔热保护壳，所述加热板与后台的控制系统电性连接。

优选的，所述反应装置本体还包括废液泄流阀，所述废液泄流阀与后台的控制系统电性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，

1）一种封闭式自控制反应系统设置吸附室气体干燥组、气体纯化室和加压储存罐，由于所述反应装置本体内部的固液反应所产生的反应气体的湿度较大，因此，所述吸附室气体干燥组用于调节化学反应产生的气体的干湿度，然后将干燥后的气体进行纯化，并且最后通过加压储存罐对气体进行加压保存，有利于对产生的易燃易爆的氢气进行合理的处理与回收；

2）通过各个传感器与控制系统配合，从而根据实时监测到的反应系统内的真实数据了解反应系统内部的基本参数并进行下一步的操作控制，实现反应装置的自行调节控制与反馈控制的功能；

3）一种封闭式自控制反应系统设置加热板可以对反应过程中的温度等物理参数进行严格的调整和控制。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的反应装置本体的正视图；

图2是本发明的反应装置本体的剖视图；

图3是本发明图2中A处放大示意图；

图4是本发明的一种封闭式自控制反应系统的正视图；

图5是本发明的一种封闭式自控制反应系统的三维立体图；

图6是本发明的吸附室气体干燥组的剖视图；

图中：1、底座；2、反应装置本体；3、进液流量计；4、电磁阀一；5、原液罐；6、单向阀一；7、滞留球；8、电磁阀二；9、电磁阀三；10、单向阀二；11、吸附室气体干燥组；12、气体纯化室；13、加压储存罐；14、导线组；15、控制系统；151、示数屏；152、控制钮；

21、加料口；22、压力传感器组；221、压力检测仪；222、机械气压保护器；223、电气气压保护器；23、密封机构；231、铰接件；232、密封垫片；233、U型加紧臂；234、半圆加压帽；24、固定反应原料；25、加热板；26、隔热保护壳；27、废液泄流阀；

111、分子筛吸湿剂。

具体实施方式

下面将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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6所示，一种封闭式自控制反应系统，包括，底座1，反应装置本体2，所述底座1用于支撑反应装置本体2，进一步的，所述底座1的中心位置通过四个焊接件将反应装置本体2悬空架起，所述底座1用于支撑反应装置本体2底部的平衡和稳定性。所述反应装置本体2顶部包括加料口21，所述加料口21用于添加化学反应所需的固体反应原料24，所述存放固体反应原料24的加料通道带有细密的网孔，所述网孔的直径远小于固体反应原料24的尺寸，使得固体反应原料24无法从网孔中漏出，并且液体反应原料可顺畅的流入网孔进入固体反应原料24的间隙中。所述加料通道固定于反应装置本体2的内部左侧。所述固体反应原料24为Zn、Fe、Mg和Al中的一种或几种的混合物。

所述反应装置本体2顶部还包括原液罐5，所述原液罐5内含有参与化学反应所需的液体反应原料，所述液体反应原料为H₂SO₄或HCl。所述固体反应原料24和所述液体反应原料发生化学反应后产生反应气体。所述原液罐5与反应装置本体2连通，原液罐5向反应装置本体2中添加液体反应原料，所述原液罐5与反应装置本体2的连通管道上设置有进液流量计3和电磁阀一4，所述进液流量计3用于计量流入反应装置本体2中的液体反应原料的流量，并将流量数据传输给后台的控制系统15，从而控制系统15控制电磁阀一4的开合。

所述反应装置本体2顶部还包括滞留球7，所述原液罐5、与反应装置本体2相互连通，滞留球7的所述底部导管延伸至反应装置本体2的底部，所述底部导管最低点低于所述固体反应原料24加料通道的底部最低点。当固体反应原料和液体反应原料接触并发生化学反应后产生大量气体，使得反应装置本体2内部的气体压强不断增大，若此时在该封闭式自控制反应系统气密性良好的情况下，反应装置本体2内的液体反应原料将被压至所述滞留球7内，然后回流至所述原液罐5，通过单向阀一6可以将滞留在滞留球7中的液体反应原料流回到原液罐5。进一步地，所述滞留球7与反应装置本体2连通，连通管道之间设置有电磁阀二8，所述电磁阀二8与后台的控制系统15电性连接，所述控制系统15控制电磁阀二8的开合。

请参阅图4所示，其为本发明的一种封闭式自控制反应系统的正视图，进一步地，所述封闭式自控制反应系统还包括吸附室气体干燥组11、气体纯化室12和加压储存罐13，由于所述反应装置本体2内部的固液反应所产生的反应气体的湿度较大，因此，所述吸附室气体干燥组11用于调节化学反应产生的气体的干湿度，然后将干燥后的气体进行纯化，并且最后通过加压储存罐13对气体进行加压保存，所述加压储存罐13的外壳上设置有压力示数表和气体剩余量示数表。进一步地，所述反应装置本体2、吸附室气体干燥组11、气体纯化室12和加压储存罐13依次连通，所述反应装置本体2和吸附室气体干燥组11之间的连通管道设置电磁阀三9和单向阀二10，所述电磁阀三9和单向阀二10与后台的控制系统15电性连接，所述单向阀二10限制反应气体只能从反应装置本体2流向吸附室气体干燥组11，所述控制系统15控制电磁阀三9和单向阀二10的开合。

请参阅图4所示，进一步地，所述封闭式自控制反应系统还包括控制系统15和导线组14，所述控制系统15包括示数屏151和控制钮152，所述示数屏151用于显示上述封闭式自控制反应系统中各个传感器所检测到的流量和压力等数值，有利于操作者根据实时监测到的反应系统内的真实数据了解所述反应系统内部的基本情况并进行下一步的操作判断，所述控制钮152用于控制电磁阀、单向阀和加热板25的开合，有利于控制与调节反应系统的各大重要条件参数。

请参阅图6所示，其为本发明的吸附室气体干燥组的剖视图，进一步地，所述吸附室气体干燥组11内部交错设置有多组分子筛吸附剂111，交错设置的所述分子筛吸附剂111有利于增大气体与分子筛吸附剂111的接触面积，提高吸附效率。

请参阅图2所示，其为本发明的反应装置本体的剖视图，进一步地，所述反应装置本体2还包括加热板25和隔热保护壳26，所述加热板25可以对反应过程中的温度等物理参数进行严格的调整和控制，进一步的，所述加热板25与后台的控制系统15电性连接，所述控制系统15根据实验条件控制化学反应的温度。进一步地，所述反应装置本体2还包括废液泄流阀27，所述废液泄流阀27与后台的控制系统15电性连接，所述废液泄流阀27用于将反应装置本体2底部的废弃的酸液泄出，有利于清洁反应装置本体2，泄出废液也有利于为下一次化学实验做前期准备。进一步地，所述反应装置本体2还包括压力传感器组22，所述压力传感器22包括压力检测仪221、机械气压保护器222和电气气压保护器223，所述压力检测仪221用于检测反应装置本体2内部的气体压强，为了防止实验事故的发生，在反应系统上设置机械气压保护器222和电气气压保护器223互锁双保护，防止由于反应装置本体2内部的气体压强过大，而发生反应装置的爆裂和由于局部压强过大造成零件的弹射伤害操作人员的危害性事件的发生。

请参阅图2所示，进一步地，所述反应装置本体2的内部，固体反应原料24的加料通道的最低点b与液体反应原料的回流通道的最低点的底部横截面的最高点a满足以下关系式：a<b。

请参阅图3所示，其为本发明图2中A处放大示意图，即为本发明的密封结构23放大示意图，进一步地，所述反应装置本体2还包括密封机构23，所述密封结构23用于将反应装置本体2与盖子进行压紧和密封。所述密封机构23包括铰接件231、密封垫片232、U型加紧臂233和半圆加压帽234，所述铰接件231的一端连接在盖子的边缘，另一端连接所述U型加紧臂233，所述U型加紧臂233以铰接件231为支点向下旋转压紧在反应装置本体2的台沿上，所述半圆加压帽234用于加压抵住反应装置本体2的台沿下方从而进一步提高密封性。

工作原理：一种封闭式自控制反应系统用于固体与液体反应制配气体的一个化学反应过程，通过密封机构23、控制系统15控制电磁阀一4、电磁阀二8、电磁阀三9和废液泄流阀27为关闭状态，从而为反应装置本体2创造一个封闭式反应空间；控制系统15控制电磁阀一4开启，静置片刻，观察原液罐5中的液体反应原料的液面是否下降，若不下降则表示反应系统的气密性良好。然后，控制系统15控制电磁阀二8开启，使容器内气压与外界大气压相等，原液罐5中的液体反应原料顺利进入反应装置本体2中与固体反应原料24接触后关闭电磁阀二8，液体反应原料和固体反应原料24发生化学反应，该化学反应产生大量气体使得反应装置本体2的气体压强大于大气压强，此时，可以从压力检测仪221和控制系统15的示数屏151上观察到反应装置内体2内的气体压强的数值在不断增大，当压力检测仪221的数值超过预设压力阈值则启动机械气压保护器222和电气气压保护器223互锁双保护，进行及时泄压避免事故。控制系统15控制电磁阀三9开启，化学反应产生的气体进入吸附室气体干燥组11、气体纯化室12和加压储存罐13，由于所述反应装置本体2内部的固液反应所产生的反应气体的湿度较大，因此，所述吸附室气体干燥组11用于调节化学反应产生的气体的干湿度，然后将干燥后的气体进行纯化，并且最后通过加压储存罐13对气体进行加压保存，进行气体的处理与回收，回收结束后控制系统15控制电磁阀三9关闭，此时反应装置本体2内的化学反应仍在基础，气压仍大于大气压强。控制系统15再次控制电磁阀二8开启，可以观察到液体反应原料压至所述滞留球7内，然后回流至所述原液罐5，使反应装置本体2内液体反应原料液面降低，低于固体反应原料的加料通道的最低点b，即为液体反应原料和固体反应原料24脱离，反应停止。打开废液泄流阀27，清洁反应系统。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种封闭式自控制反应系统，其特征在于，包括：底座(1)、反应装置本体(2)、原液罐(5)、滞留球(7)、吸附室气体干燥组(11)和控制系统(15)；

所述底座(1)用于支撑所述反应装置本体(2)；所述反应装置本体(2)上方设置加料口(21)；所述加料口(21)用于添加化学反应所需的固体反应原料(24)，所述固体反应原料(24)和液体反应原料发生化学反应后产生反应气体；

所述原液罐(5)内含有参与化学反应所需的所述液体反应原料，分别与所述反应装置本体(2) 、滞留球(7)相连通；所述滞留球(7) 的底部导管延伸至反应装置本体(2)的底部，所述底部导管低于所述固体反应原料(24)通道的底部；

所述吸附室气体干燥组(11)与气体纯化室(12)、加压储存罐(13)依次连通，所述吸附室气体干燥组(11)与所述反应装置本体(2)之间的连通管道设置电磁阀三(9)和单向阀二(10)；

所述控制系统(15)，用于检测和控制反应系统。

2.根据权利要求1所述的一种封闭式自控制反应系统，其特征在于，所述固体反应原料(24)的加料通道的最低点b与液体反应原料的回流通道的最低点的底部横截面的最高点a满足以下关系式：a<b。

3.根据权利要求2所述的一种封闭式自控制反应系统，其特征在于，所述吸附室气体干燥组(11)内部交错设置有多组分子筛吸附剂(111)。

4.根据权利要求3所述的一种封闭式自控制反应系统，其特征在于，所述反应装置本体(2)还包括密封机构(23)，所述密封机构(23)包括铰接件(231)、密封垫片(232)、U型加紧臂(233)和半圆加压帽(234)，所述铰接件(231)的一端连接在盖子的边缘，另一端连接所述U型加紧臂(233)，所述U型加紧臂(233)以铰接件(231)为支点向下旋转压紧在反应装置本体(2)的台沿上，所述半圆加压帽(234)用于加压抵住所述反应装置本体(2)的台沿下方。

5.根据权利要求4所述的一种封闭式自控制反应系统，其特征在于，所述原液罐(5)与反应装置本体(2)的连通管道上设置有进液流量计(3)和电磁阀一(4)，所述控制系统(15)接收进液流量计(3)的检测数据并控制电磁阀一(4)的开合。

6.根据权利要求5所述的一种封闭式自控制反应系统，其特征在于，所述滞留球(7)与反应装置本体(2)连通管道之间设置有电磁阀二(8)，所述电磁阀二(8)与后台的控制系统(15)电性连接。

7.根据权利要求6所述的一种封闭式自控制反应系统，其特征在于，所述反应装置本体(2)还包括加热板(25)和隔热保护壳(26)，所述加热板(25)与后台的控制系统(15)电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种封闭式自控制反应系统，其特征在于，所述反应装置本体(2)还包括废液泄流阀(27)，所述废液泄流阀(27)与后台的控制系统(15)电性连接。

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