CN219051282U - 一种高通量压力控制器及平行反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高通量压力控制器及平行反应系统，涉及高通量平行反应系统的压力调控领域，其包括：第一层板、第二层板和活动构件，第一层板开设有流入通道和流出通道；第二层板开设有平衡流道，并与第一层板之间设有腔室；活动构件位于腔室内，并活动于第一位置和第二位置之间；其中，活动构件将腔室分隔为流体空间和压力控制空间，流体空间连通流入通道和流出通道，压力控制空间连通平衡流道；该高通量压力控制器还包括能够控制平衡流体压力的平衡流体控制系统；平行反应系统包括上述高通量压力控制器。本实用新型可以通过活动构件同时控制多路流体通道的开闭，进而调控其体系压力，无需在每个反应器出口处各设置一个背压阀。

Description

一种高通量压力控制器及平行反应系统

技术领域

本实用新型涉及高通量平行反应系统的压力调控领域，具体涉及一种高通量压力控制器及平行反应系统。

背景技术

高通量平行反应系统广泛应用于化学反应研究中，该系统中平行放置有多个反应器，该反应器通常为流通式反应器。为了对比分析在不同反应器中所执行的实验结果，精确控制各反应器的温度、压力及空速等工艺条件至关重要。

当利用传统的小型固定床/流化床反应器能够合成某一化合物时，为了进行小规模的生产，多个这种小型反应器被并联布置。而在这些并联反应器中使用压力等反应条件应与原始的单个反应器相同，确保所有反应器中的反应条件相同是规模化合成这一化合物的关键。

传统反应系统的压力调节控制是通过设置在反应器出口的背压阀来实现，每个反应器通道需各配置一个对应的背压阀，这显然是不利的，因为背压阀通常成本较高且占用空间很大。

综上所述，发明人在实现本实用新型的技术方案时，发现现有高通量压力控制器存在以下技术问题：

现有高通量压力控制器需要在每个反应器出口处各设置一个背压阀，造成设备成本提高且占用空间较大的问题。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

本实用新型提供了一种高通量压力控制器及平行反应系统，通过一个压力控制器实现对多路通道压力的同时控制，可解决现有高通量压力控制器设备成本较高且占用空间较大的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种高通量压力控制器，包括：

第一层板，开设有流入通道和流出通道；

第二层板，开设有平衡流道，所述第一层板与第二层板之间设有腔室；

活动构件，可拆卸的设置于所述腔室内，并活动于第一位置和第二位置之间；

其中，所述活动构件将所述腔室分隔为流体空间和压力控制空间，所述流体空间连通所述流入通道和所述流出通道，所述压力控制空间连通所述平衡流道；在所述第一位置，所述活动构件分隔所述流入通道和所述流出通道，在所述第二位置，所述流入通道与所述流出通道通过所述流体空间相连通。

在一些实施方式中，还包括密封件，该密封件密封连接于所述第一层板和第二层板之间并与第一层板和第二层板形成所述腔室；所述活动构件连接于密封件之间。

在一些实施方式中，所述第一层板靠近第二层板的板面包括第一区域和第二区域，所述第一区域凹设于第二区域内，所述活动构件朝向所述第一区域设置。

在一些实施方式中，还包括第三层板及设于第三层板上的接头，所述接头与流入通道或流出通道连接。

在一些实施方式中，所述流入通道、流出通道、平衡流道、腔室及活动构件形成压力控制单元，所述第一层板和第二层板之间设有至少两个压力控制单元；所述第一层板和第二层板还开设有共用通道，该共用通道包括一设置于所述第一层板或第二层板的入口，各所述压力控制单元的平衡流道以并联的形式连接于共用通道。

在一些实施方式中，还包括平衡流体控制系统，该平衡流体控制系统包括：

平衡流体源，用于为平衡流道提供平衡流体；

第一压力控制器，连接于平衡流体源和平衡流道之间。

在一些实施方式中，所述平衡流体控制系统还包括：

第一流体控制器，其入口与所述平衡流道及第一压力控制器出口连接；

平衡流体引流通道，与所述第一流体控制器出口连接。

在一些实施方式中，所述第一流体控制器为质量流量控制器或针阀。

在一些实施方式中，所述平衡流体控制系统通过第二流体控制器替换第一压力控制器，且还包括第二压力控制器，该第二压力控制器的入口与所述第二流体控制器出口、第一流体控制器入口及平衡流道连接。

在一些实施方式中，还包括平衡流体自动控制系统，该平衡流体自动控制系统包括：

平衡流体源，用于为平衡流道提供流体；

第一自动调压阀，连接于平衡流体源和平衡流道之间；

第二自动调压阀，其入口与所述第一自动调压阀出口及平衡流道连接；

压力传感器，用于检测第一自动调压阀出口及平衡流道压力值；

压力控制装置，用于接收所述压力传感器的压力值，并发送控制信号至所述第一自动调压阀和第二自动调压阀。

本实用新型还提供了一种平行反应系统，包括至少一个上述的高通量压力控制器，还包括至少一个反应器，所述反应器的出口一一对应地与高通量压力控制器的流入通道连接。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型提供的高通量压力控制器及平行反应系统，具备以下有益效果：

(1)该高通量压力控制器工作时，平衡流体从平衡流道进入压力控制空间，反应流体从流入通道流入流体空间，当压力控制空间压力高于流体空间压力时，活动构件移动至第一位置，活动构件与第一层板接触并分隔流入通道和流出通道，实现流体通道关闭的效果；当压力控制空间压力不高于流体空间压力时，活动构件移动至第二位置，活动构件与第一层板脱离接触，且流入通道与流出通道通过流体空间连通，从而实现流体通道开启的效果。可以看出，本实用新型的高通量压力控制器可以通过活动构件控制流体通道的开闭，进而调控体系压力，实现一个压力控制器同时调控多路通道压力的效果，无需在每个反应器出口处各设置一个背压阀，降低了设备成本和占用空间。

(2)该高通量压力控制器采用第一层板和第二层板的层状布设结构，方便活动构件的更换。

附图说明

图1为实施例1的高通量压力控制器的示意图；

图2为实施例1中第一层板与活动构件间形成间隙的示意图；

图3为实施例2的高通量压力控制器的示意图；

图4为实施例3的高通量压力控制器的示意图；

图5为实施例3中平衡流体压力为11.0bar时的4路反应流体通道压力随时间的波动图；

图6为实施例3中平衡流体压力为46.2bar时的4路反应流体通道压力随时间的波动图；

图7为实施例4的高通量压力控制器和平衡流体控制系统的示意图；

图8为实施例5的高通量压力控制器和平衡流体控制系统的示意图；

图9为实施例6的高通量压力控制器和平衡流体自动控制系统的示意图；

图10为实施例7中平行反应系统的示意图。

附图标记：第一层板1、第二层板2、密封件3、活动构件4、平衡流体控制系统5、过滤装置6、第三层板7、接头8、反应器9、流入通道11、流出通道12、流体空间13、第一区域14、第二区域15、平衡流道20、压力控制空间21、共用通道22、平衡流体自动控制系统5a、平衡流体源51、第一压力控制器52、第一流体控制器53、第二流体控制器53a、平衡流体引流通道54、第二压力控制器55、第一自动调压阀56、第二自动调压阀57、压力传感器58、压力控制装置59。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

现有高通量压力控制器需要在每个反应器出口处各设置一个背压阀，造成设备成本提高且占用空间较大的问题。

为解决上问题，提供如下实施例：

实施例1：参阅图1所示，图1为实施例1的高通量压力控制器的示意图。

本实施例提供一种高通量压力控制器，包括：第一层板1、第二层板2、密封件3和活动构件4。

第一层板1，开设有流入通道11和流出通道12。

上述第一层板1可以是不锈钢材质，也可根据具体实验需求采用耐流体腐蚀的哈氏合金、钛合金等材料；流入通道11用于输入反应流体，其可以连接到平行反应系统的反应流体供给管路或者反应器流出端管路；流出通道12用于输出反应流体，其可被连接到平行反应系统的反应器进入端管路或者检测分析端入口；其中，第一层板1可以根据高通量实际的流路需求增加层数，用于多路反应流体的同时输入。

第二层板2，开设有平衡流道20。

上述第二层板2可以是不锈钢材质，也可根据具体实验需求采用耐流体腐蚀的哈氏合金、钛合金等材料；平衡流道20用于输送平衡流体，其中，平衡流体可以是气体或液体的至少一种，如选用氮气、氩气等惰性气体作为平衡流体。

可以理解的是，第一层板1和第二层板2也可以从层板形状等同的替换为其他形状，以适应具体的安装和使用情况。

密封件3，设置于第一层板1和第二层板2之间。

上述密封件3用于密封第一层板1和第二层板2，密封件3可以是密封圈，并可以通过螺丝或卡扣等连接元件紧密固定在第一层板1或第二层板2上，第一层板1和第二层板2上可以开设与密封圈适配的密封圈槽。

活动构件4，与密封件3连接，并活动于第一位置和第二位置之间。

上述活动构件4用于动态连通和断开流入通道11和流出通道12，活动构件4可以是压力调节膜等弹性膜层，该压力调节膜可根据两侧压力变化而向压力较小侧移动和变形；活动构件4可以与密封件3通过密封嵌合或粘接等方式连接。

其中，第一层板1、第二层板2与密封件3之间形成腔室，活动构件4将该腔室分隔为流体空间13和压力控制空间21，流体空间13连通流入通道11和流出通道12，压力控制空间21连通平衡流道20。在第一位置，活动构件4通过与第一层板1接触并封闭流入通道11或流出通道12等方式分隔流入通道11和流出通道12，在第二位置，活动构件4与第一层板1脱离接触，且流入通道11和流出通道12通过流体空间13相连通；上述分隔是指流体无法在两个通道或空间之间流动。可以理解的是，活动构件4与第一层板1或第二层板2接触可以是直接接触，也可以是通过衔接部件间接接触。

为了防止例如催化剂等固体粉末堵塞流体通道，该高通量压力控制器还包括设于反应流体通道上的过滤装置6(实施例仅示出设于流入通道11的过滤装置6)。过滤装置6能够过滤掉反应流体中的固体粉末，保持通道通畅。

以上技术方案的高通量压力控制器工作时，平衡流体从平衡流道20进入压力控制空间21，反应流体从流入通道11流入流体空间13，当压力控制空间21压力高于流体空间13压力时，活动构件4移动至第一位置，活动构件4与第一层板1接触并分隔流入通道11和流出通道12，实现流体通道关闭的效果；当压力控制空间21压力不高于流体空间13压力时，活动构件4移动至第二位置，活动构件4与第一层板1脱离接触，且流入通道11与流出通道12通过流体空间13相连通，从而实现流体通道开启的效果。

参阅图2所示，图2为实施例1中第一层板与活动构件间形成间隙的示意图，当活动构件4与第一层板1间隙较小时，由于活动构件4本身存在一定厚度，在外力挤压下会与第一层板1产生与贴合类似的密封效果，使得流入通道11和流出通道12之间一直处于关闭的状态，为了避免活动构件4在外力挤压层板时与第一层板1发生这种提前、非必要的闭合，第一层板1靠近第二层板2的板面包括第一区域14和第二区域15，第一区域14凹设于第二区域15内，并与第二区域15产生高度差，活动构件4朝向第一区域14设置，第一区域14与第二区域15的高度差适当增加了活动构件4与第一层板1的间隙，该间隙使活动构件4即使在层板受外力挤压下也不会与第一层板1接触密封，进而避免上述提前、非必要的闭合。当然，可以理解的是，第一区域14凹陷于第二区域15高度差形成的间隙不宜过大，否则，平衡流体压力在一定范围内，活动构件4无法与第一层板1有效接触密封，最终影响压力调控效果。

实施例2：参阅图3所示，图3为实施例2的高通量压力控制器的示意图。

为了方便将反应流体引入或引出，实施例1中的高通量压力控制器还可以包括第三层板7及设于第三层板7上的接头8，第三层板7上设有第一通道和第二通道，第一通道的入口处设有一接头8，第一通道的出口与流入通道11的入口连接。第二通道的入口与流出通道12，第二通道的出口设有另一接头8。层板间的连接处可以通过密封剂3密封。使用时，第三层板7与体系管路连接后固定，通过第一通道入口处的接头8向流入通道11内引入反应流体，并通过第二通道出口处的另一接头8将反应流体从流出通道12引出，第三层板7的设置将更加方便其他层板及其配件的更换。

实施例3：参阅图4所示，图4为实施例3的高通量压力控制器的示意图。

在实施例1的基础上，本实施例的高通量压力控制器包括多个实施例1中的并行排列的高通量压力控制器，即流入通道、流出通道、平衡流道、腔室及活动构件形成压力控制单元，所述第一层板和第二层板之间设有至少两个压力控制单元，第一层板1和第二层板2除开设有多个压力控制单元，还开设有共用通道22，该共用通道22包括一设置于第一层板1或第二层板2的入口；第二层板2包括数量与并行排列的高通量压力控制器数量对应的平衡流道20，平衡流道20至少为两个，各平衡流道20以并联形式连接于共用通道22。

术语“至少两个”可以理解为两个、三个、四个及更多个，也就是说压力控制单元的数量可以是两个、三个、四个及更多个。图4仅示例性的示出了压力控制单元为四个的情形。

如图4所示，共用通道22可从第一层板1经由上、下板层间隙到达第二层板2，并分流成4路分配到对应平衡流道20。需要说明的是，在一些实施例中，各并行排列的高通量压力控制器还可以设置各平衡流道20单独的平衡流体通道，并且该平衡流体通道可连接至各自单独的平衡流体源51，由多个平衡流体源51一一对应地为多个平衡流道20提供平衡流体。

本实施例的高通量压力控制器实际工作时，在共用通道22未通入平衡流体的情况下，反应流体经由流入通道11进入，并通过流体空间13从流出通道12流出，此时的流体通道压力为0bar；当共用通道22通入平衡流体并保有一定压力时，利用本实施例的高通量压力控制器可调控多个流体通道的流体压力。具体的，以压力控制单元设有四个为例。反应流体经流入通道11进入后，会产生不低于一定数值如0.5bar的体系压力，同时，由于物理挤压活动构件4均匀度存在一定差异，导致高通量压力控制器调控后的每个流体通道的压力亦存在一定的波动。例如，图5为实施例3中平衡流体压力为11.0bar时的4路反应流体通道压力随时间的波动图，即当压力控制空间21的平衡流体压力为11.0bar时，通过该高通量压力控制器控制4路反应流体通道的压力分别为10.9bar、11.0bar、11.0bar、11.0bar，且能长时间稳定；图6为实施例3中平衡流体压力为46.2bar时的4路反应流体通道压力随时间的波动图，即当压力控制空间21的平衡流体压力为46.2bar时，通过该高通量压力控制器控制4个反应流体通道的压力分别为46.3bar、46.3bar、46.2bar、46.2bar。可以看出，该高通量压力控制器通过共用通道22同时为多个压力控制单元的平衡流道20提供平衡流体，使各压力控制单元的平衡流体压力几乎一致，即极大缩小了各压力控制空间21的压力误差，进而极大提升了平行反应的压力控制效果。本实用新型的高通量压力控制器可以通过活动构件4同时控制多路流体通道的开闭，进而调控其体系压力，无需在每个反应器出口处各设置一个背压阀，大大降低了设备成本。

实施例4：参阅图7所示，图7为实施例4的高通量压力控制器和平衡流体控制系统的示意图。

为了方便控制平衡流体压力，本实施例的高通量压力控制器在实施例1-3的基础上，还包括平衡流体控制系统5，该平衡流体控制系统5包括：平衡流体源51和第一压力控制器52。平衡流体源51，用于为平衡流道20提供流体；第一压力控制器52，连接于平衡流体源51和平衡流道20之间，第一压力控制器52可以是减压阀，其出口与平衡流道20或共用通道22连接。如此，平衡流体源51为平衡流道20提供平衡流体，第一压力控制器52可以控制平衡流体的压力。

平衡流体控制系统5还可以进一步包括：第一流体控制器53和平衡流体引流通道54。第一流体控制器53的入口连接于平衡流道20以及第一压力控制器52出口之间，第一流体控制器53可以是质量流量控制器或针阀。平衡流体引流通道54与第一流体控制器53出口连接。平衡流体引流通道54用于将平衡流体引流至平衡流体源51、收集装置或将平衡流体直接排出。

该实施例的高通量压力控制器工作时，平衡流体控制系统5可以控制进入高通量压力控制器的平衡流体的压力，具体的，当平衡流道20或压力控制空间21的压力偏小时，关闭第一流体控制器53，并调节第一压力控制器52可以将平衡流体压力增大至期望值；当平衡流道20或压力控制空间21的压力偏大时，打开第一流体控制器53将平衡流道20内的部分平衡流体排出，再调节第一压力控制器52至期望值即可。可以看出，本实施例的高通量压力控制器能够通过平衡流体控制系统5高效调节平衡流体压力，使用方便。

实施例5：参阅图8所示，图8为实施例5的高通量压力控制器和平衡流体控制系统的示意图。

平衡流体控制系统5包括平衡流体元51、与平衡流体源51的出口连接的第二流体控制器53a，第二流体控制器53a的出口与压力控制空间21连接，该平衡流体控制系统还包括第二压力控制器55，该第二压力控制器55的入口与第二流体控制器53a出口、第一流体控制器53入口及平衡流道20连接，第二压力控制器55可以是背压阀。如此，平衡流体控制系统5调控进入高通量压力控制器1中的平衡流体压力过程如下，当平衡流道20压力偏小时，关闭第一流体控制器53，开启第二流体控制器53a，并调节第二压力控制器55将平衡流体压力增大至期望压力；当平衡流道20压力偏大时，关闭第二流体控制器53a，打开第一流体控制器53将平衡流体部分排出，再调节第二压力控制器55至期望压力值。可以看出，该实施方式下的平衡流体控制系统5能够通过第一流体控制器53和压力控制器共同调节平衡流体压力，调节更加方便和准确。

实施例6：参阅图9所示，图9为实施例6的高通量压力控制器和平衡流体自动控制系统的示意图。

本实施例的高通量压力控制器在实施例1-3的基础上，还包括平衡流体自动控制系统5a，该平衡流体自动控制系统5a能够实现为平衡流体的自动控制，并包括：平衡流体源51、第一自动调压阀56、第二自动调压阀57、压力传感器58和压力控制装置59。其中，平衡流体源51用于为平衡流道20提供流体；第一自动调压阀56连接于平衡流体源51和平衡流道20之间；第二自动调压阀57的入口与第一自动调压阀56出口及平衡流道20连接；压力传感器58用于检测第一自动调压阀56出口及平衡流道20压力值，并通过链接向压力控制装置59提供测量的数据信号；压力控制装置59用于接收压力传感器58的压力值，并通过链接发送控制信号至第一自动调压阀56和第二自动调压阀57。

本实施例的高通量压力控制器工作时，通过向压力控制装置59输入设定一期望压力为P1，压力传感器58监测的平衡流道20压力为P2。若P1<P2，则压力控制装置59经由链接向自动调压阀发出指示信号，通过自动调压阀的调节使得压力P1和P2一致；若P1>P2，则压力控制装置59经由链接向自动调压阀发出指示信号，通过自动调压阀的调节使得压力P1和P2一致。可以看出，本实施例的高通量压力控制器可以实现平衡流道20压力自动调节至预设值，自动化控制，使用方便。

以上实施例中，还可以设置平衡流体收集装置(图未示)，其从一个、多个或者所有压力控制器收集使用过的平衡流体，或者将平衡流体与反应产物汇合，快速带走反应产物进入分析系统进行分析。

实施例7：参阅图10所示，图10为实施例7中平行反应系统的示意图。

本实施例提供了一种平行反应系统，包括至少一个上述任一实施例的高通量压力控制器，还包括至少一个反应器9，反应器9的出口一一对应地与高通量压力控制器的流入通道11连接。

术语“至少一个”可以理解为一个、两个、三个及更多个，也就是说高通量压力控制器的数量可以是一个、两个、三个及更多个。反应器9的数量可以是一个、两个、三个及更多个。图10中顿号表示省略部分的反应器9及高通量压力控制器，高通量压力控制器和反应器9的数量根据化学平行反应实验需要设定。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解为在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高通量压力控制器，其特征在于，包括：

第一层板，开设有流入通道和流出通道；

第二层板，开设有平衡流道，所述第一层板与第二层板之间设有腔室；

活动构件，可拆卸的设置于所述腔室内，并活动于第一位置和第二位置之间；

其中，所述活动构件将所述腔室分隔为流体空间和压力控制空间，所述流体空间连通所述流入通道和所述流出通道，所述压力控制空间连通所述平衡流道；在所述第一位置，所述活动构件分隔所述流入通道和所述流出通道，在所述第二位置，所述流入通道与所述流出通道通过流体空间相连通。

2.根据权利要求1所述的高通量压力控制器，其特征在于，还包括密封件，该密封件密封连接于所述第一层板和第二层板之间并与第一层板和第二层板形成所述腔室；所述活动构件连接于密封件之间。

3.根据权利要求1所述的高通量压力控制器，其特征在于，所述第一层板靠近第二层板的板面包括第一区域和第二区域，所述第一区域凹设于第二区域内，所述活动构件朝向所述第一区域设置。

4.根据权利要求1所述的高通量压力控制器，其特征在于，还包括第三层板及设于第三层板上的接头，所述接头与流入通道或流出通道连接。

5.根据权利要求1所述的高通量压力控制器，其特征在于，所述流入通道、流出通道、平衡流道、腔室及活动构件形成压力控制单元，所述第一层板和第二层板之间设有至少两个压力控制单元；所述第一层板和第二层板还开设有共用通道，该共用通道包括一设置于所述第一层板或第二层板的入口，各所述压力控制单元的平衡流道以并联的形式连接于共用通道。

6.根据权利要求1所述的高通量压力控制器，其特征在于，还包括平衡流体控制系统，该平衡流体控制系统包括：

平衡流体源，用于为平衡流道提供平衡流体；

第一压力控制器，连接于平衡流体源和平衡流道之间。

7.根据权利要求6所述的高通量压力控制器，其特征在于，所述平衡流体控制系统还包括：

第一流体控制器，其入口与所述平衡流道及第一压力控制器出口连接；

平衡流体引流通道，与所述第一流体控制器出口连接。

8.根据权利要求6所述的高通量压力控制器，其特征在于，所述平衡流体控制系统通过第二流体控制器替换第一压力控制器，且还包括第二压力控制器，该第二压力控制器的入口与所述第二流体控制器出口、第一流体控制器入口及平衡流道连接。

9.根据权利要求1所述的高通量压力控制器，其特征在于，还包括平衡流体自动控制系统，该平衡流体自动控制系统包括：

平衡流体源，用于为平衡流道提供流体；

第一自动调压阀，连接于平衡流体源和平衡流道之间；

第二自动调压阀，其入口与所述第一自动调压阀出口及平衡流道连接；

压力传感器，用于检测第一自动调压阀出口及平衡流道压力值；

压力控制装置，用于接收所述压力传感器的压力值，并发送控制信号至所述第一自动调压阀和第二自动调压阀。

10.一种平行反应系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-9任一所述的高通量压力控制器，还包括至少一个反应器，所述反应器的出口一一对应地与高通量压力控制器的流入通道连接。

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