一种气体环境下的自动恒温恒压装置的制作方法

本发明涉及恒温恒压反应设备领域，具体涉及一种气体环境下的自动恒温恒压装置，该装置适用于高压环境下的自动进料、连续在线反应，也适用于批量连续材料的制备反应。

背景技术

目前在化工反应领域，很多化学物质的合成反应需要在管式或釜式反应器中进行反应，其中一部分反应需要在通入固定压力的气体且保持特定反应温度的条件下进行反应。但是，伴随着反应的不断进行，部分反应会放出气体而使体系压力升高，无法实现压力的自动控制。

例如在糠醇的生产过程中，糠醛和催化剂混合后，再通入氢气，混合后进入预热器预热，预热后再进入管式或釜式反应器中反应。其中，反应温度的控制需要手动调节调节阀进入低压蒸汽来调控，压力控制需要及时手动通入氢气和放出气体来调控。

因此，现有的存在气体环境或氛围的化学反应，很难达到自动的恒温恒压控制，导致温度和压力控制不够均匀稳定，耗费人力物力，安全系数低，反应物的产率和纯度无法保证，降低了生产效率，给生产带来了不必要的损失，亟需进一步改进以满足恒温恒压气体反应的要求。

技术实现要素：

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种气体环境下的自动恒温恒压装置，高温获取结构、恒压结构、产物搜集结构协同作用，通过恒压配件实现对反应体系的恒压调节，通过恒温控制柜实现对反应体系的恒温调节，而且反应尾气在净化处理后排出和收集，反应温度和压力控制稳定，节约人力物力，安全系数高，提高了生产效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种气体环境下的自动恒温恒压装置，包括高温获取结构、恒压结构、产物搜集结构，所述高温获取结构包括一反应器、设于反应器上的恒温控制柜、设于反应器两端的反应器支架；

所述恒压结构包括：恒压控制柜、第一恒压配件、第二恒压配件，所述恒压控制柜与反应器通过反应器支架连接，恒压控制柜的侧壁设有气源进口和气源出口，气源出口通过第一恒压配件与反应器的一端连接，第二恒压配件设于反应器的另一端；

所述产物搜集结构包括：冷凝器、气液分离罐、尾气处理装置，所述冷凝器的一端与第二恒压配件连接，另一端与气液分离罐连接；所述气液分离罐的一端与冷凝器连接，另一端上壁部与尾气处理装置连接；尾气处理装置通过三通管接头连接有排气口、气体收集口。

作为本发明进一步的方案，所述气源为氢气，氢气从第一恒压配件进入时的压力为5mpa，流速为0-500sccm。

作为本发明进一步的方案，所述第一恒压配件为高压减压阀，所述第二恒压配件为背压阀，高压减压阀的出气端压力高于反应器内反应体系压力0.1-0.3mpa。

作为本发明进一步的方案，所述恒压控制柜内设有质量流量计，外壁设有炉管压力显示窗口和尾气流量显示窗口，底部设有万向轮。

作为本发明进一步的方案，所述冷凝器上设有水冷进口和水冷出口。

作为本发明进一步的方案，所述气液分离罐的底部设有液体收集口。

本发明通过将纯氢气从气源进口通入，质量流量计对纯氢气的压力进行测量，使得进入第一恒压配件时压力为5mpa，流速为0-500sccm；在恒压调节过程中，第二恒压配件设定有预设体系压力值，在持续进气的过程中，反应体系的压力会不断升高，第二恒压配件会自动泄压，保证反应体系压力在预设体系压力值之下；恒温调节过程中，恒温控制柜中设置的加热装置可以对反应器进行加热，随着反应器的不断搅拌反应，产物也进一步蒸发，通过管道进入冷凝器，在水冷机的冷却作用下，产物冷凝成液态，堆积在气液分离罐底部，通过液体收集口取出；气液分离罐顶部的气体会沿着管道进入尾气处理装置，会将氢气和其他气体进行分离，氢气沿气体收集口排出，氮气等其他气体沿排气口排出。

本发明的有益效果：

1、本发明的气体环境下的自动恒温恒压装置，高温获取结构、恒压结构、产物搜集结构的共同作用，通过恒压配件实现对反应器的恒压调节，通过恒温控制柜实现对反应器的恒温调节，而且反应尾气在净化处理后排出和收集，反应温度和压力控制稳定，节约人力物力，安全系数高，提高了生产效率。

2、尾气处理装置将氢气与其他气体分离，并且分别排放或收集，不仅节约了氢气资源，也避免了氢气达到一定浓度发生爆炸的隐患，安全性能高。

3、通过高压减压阀和背压阀的配合，使得纯氢气进入反应器前的压力和反应后排出反应器的压力得到了稳定的控制，反应器内的压力保持相对恒定，配合高温加热，加快了反应速率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明气体环境下的自动恒温恒压装置结构示意图。

图中：1、反应器，2、恒温控制柜，3、反应器支架，4、恒压控制柜，5、第一恒压配件，6、第二恒压配件，7、冷凝器，8、气液分离罐，9、尾气处理装置，10、三通管接头，11、排气口，12、气体收集口，13、液体收集口，41、气源进口，42、气源出口，43、炉管压力显示窗口，44、尾气流量显示窗口，45、万向轮，71、水冷进口，72、水冷出口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本实施例提供了一种气体环境下的自动恒温恒压装置，包括高温获取结构、恒压结构、产物搜集结构。高温获取结构用于放置反应物并对反应体系进行升温搅拌达到高温加热反应的目的；恒压结构用于对进出高温获取结构的气体进行压力和流量的调节，以保证反应体系的恒压调节；产物搜集结构用于将高温获取结构排出的反应产物进行冷凝收集，对排出的气体进行处理收集。

其中，高温获取结构包括一反应器1、设于反应器1上的恒温控制柜2、设于反应器1两端的反应器支架3。具体地，反应器1可选自卧式高温反应炉，并配备有搅拌结构和密封结构，高温反应炉的两侧设有安装法兰盘。恒温控制柜设于反应器1的外侧，其内部设有加热结构，外部设有加热系统，加热结构采用常规的热蒸汽加热或电加热丝加热，加热系统包括加热控制系统和温度探头，加热控制系统采用常规的恒温加热控制系统，温度探头伸入反应器内并与加热控制系统电连接，通过温度探头感应反应器内的温度并反馈给加热控制系统，可以调控加热结构的加热，使得反应器内的温度保持恒定。

恒压结构包括：恒压控制柜4、第一恒压配件5、第二恒压配件6，恒压控制柜4与反应器1通过反应器支架3连接，恒压控制柜4的侧壁设有气源进口41和气源出口42，气源出口42通过第一恒压配件5与反应器1的一端连接，第二恒压配件6设于反应器1的另一端。恒压控制柜4内设有质量流量计，外壁设有炉管压力显示窗口43和尾气流量显示窗口44，底部设有万向轮45。质量流量计采用常规的质量流量计，可以直接测量通过流量计的气体的质量流量和密度。其中，气源可选择纯氢气，氢气从第一恒压配件5进入时的压力为5mpa，流速为0-500sccm。第一恒压配件5为高压减压阀，第二恒压配件6为背压阀，高压减压阀的出气端压力高于反应器1内反应体系压力0.1-0.3mpa，使得反应器1与高压减压阀之间形成有压力差，便于气体在负压情况下顺利进入反应器1内。

产物搜集结构包括：冷凝器7、气液分离罐8、尾气处理装置9，冷凝器7的一端与第二恒压配件6连接，另一端与气液分离罐8连接。气液分离罐8的一端与冷凝器7连接，另一端上壁部与尾气处理装置9连接。尾气处理装置9通过三通管接头10连接有排气口11、气体收集口12。冷凝器7上设有水冷进口71和水冷出口72。气液分离罐8的底部设有液体收集口13。其中，尾气处理装置包括氢气分离膜、外壳、气体流动组件、气体排出口，氢气可以从混合气体中通过氢气分离膜滤出，再从气体收集口12排出，其他气体可以从排气口11排出。

本实施例的气体环境下的自动恒温恒压装置的工作过程：

1)纯氢气从气源进口41通入，质量流量计对纯氢气的压力进行测量，进入第一恒压配件5时压力为5mpa，流速为0-500sccm；

2)恒压调节过程中，第二恒压配件6设定有预设体系压力值，持续进气的过程中，反应体系的压力会不断升高，第二恒压配件6会自动泄压，保证反应体系压力在预设体系压力值之下；

3)恒温调节过程中，恒温控制柜中2设置的加热装置可以对反应器1进行加热，随着反应器1的反应体系高温条件下不断搅拌反应，产物会蒸发，通过管道进入冷凝器7，水冷机从水冷进口71与水冷出口72间通入循环冷却水，产物冷凝成液态，堆积在气液分离罐8底部，通过液体收集口13取出；

4)气液分离罐8顶部的气体会沿着管道进入尾气处理装置9，氢气和其他气体进行分离，氢气沿气体收集口12排出，氮气等其他气体沿排气口11排出。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。