一种计算机监控的高通量多功能微反应系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种新型计算机监控的高通量多功能微反应系统。该系统以计算机为核心，由九个单元组成，包括反应器单元，温度控制单元，气体流量控制单元，压力检测单元，电动四通阀控制单元，多位阀控制单元，阀门管线单元，分析仪单元，报警单元，计算机为系统提供组态监控平台，实现微反应系统中的温度、气体流量、气体压力组态监控，系统中使用多个反应器平行放置，电动四通阀和多位阀运行采用时序程控的运行方式，实现以多种方法进行催化剂平行评价和筛选，该系统在石油化工、煤炭化工、能源、环境等领域的催化剂研制中发挥重要作用。
【专利说明】一种计算机监控的高通量多功能微反应系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于评价催化剂的新型微反应系统，尤其涉及采用计算机监控的高通量多功能微反应系统。该系统在石油化工、煤炭化工、能源、环境等领域的催化剂研究中发挥重要作用。
【背景技术】
[0002]催化剂在石油和化学工业以致在国民经济中占有重要地位，研制性能优良的催化剂产品有着极其重要的意义。催化剂的研制通常要经历实验室研制到工业放大的过程，在实验室主要进行催化剂的配比，使用微反应装置和分析仪对配制好的催化剂性能进行评价，筛选出高活性、高选择性、长寿命的催化剂，确定最佳反应条件，为进一步的工业放大提供必要参考依据。
[0003]本发明实现了多反应器反应与再生的自动切换和并行评价催化剂的功能。催化剂在化学反应过程中，会因各种原因降低其初始的活性，造成催化活性下降，也称失活，有些失活是永久性的，不可再生，有些失活如果及时采用合理方法处理则可以再生，对于表面积炭造成催化剂失活可以在催化剂失活之前使用特定气体，将积炭除掉，重新恢复其活性。本发明通过计算机程控电动四通阀和多位阀的运转，自动切换气路，利用多个反应器使得催化剂的再生和反应同时进行，以保证整个反应过程的连续性，缩短了观察催化剂的寿命时间，另一方面，通过计算机并行监控多个反应器，实现多个催化剂并行平行评价与筛选，提高实验效率和实验结果的准确性。
【发明内容】
[0004]一种新型计算机控制的高通量多功能微反应系统，该系统以计算机为核心，由九个单元组成，包括反应器单元，温度控制单元，气体流量控制单元，压力检测单元，电动四通阀控制单元，多位阀控制单元，阀门管线单元，分析仪单元，报警单元，计算机为系统提供组态监控平台，实现微反应系统中的装置温度、气体流量、气体压力进行组态监控，系统中采用多个反应器平行放置，电动四通阀和多位阀运行采用时序程控的运行方式，实现以多种方法进行催化剂平行评价和筛选，该系统在石油化工、煤炭化工、能源、环境等领域的催化剂产品中发挥重要作用。
[0005]本发明采用的技术方案为:
[0006]计算机为本系统提供组态监控平台，主要由串口转换器和组态监控软件组成；所述反应器单元由反应器，加热炉，热电偶，智能温控仪组成；所述温度控制单元由恒温箱，测温器件，伴热带，智能温控仪组成；所述气体流量控制单元由气体质量流量控制器，智能流量调节仪组成；所述压力检测单元由压力变送器，智能压力显示仪组成；所述电动四通阀控制单元由电动四通阀，电动四通阀驱动器，智能四通阀控制仪组成；所述多位阀控制单元由多位阀，多位阀驱动器，智能多位阀控制仪组成；所述阀门管线单元由稳压阀，球阀，管线组成；所述分析仪单元由色谱仪，质谱仪组成；所述报警单元由串行口，SMI卡组成。该系统采用多个反应器平行放置，每个反应器安装在不同的加热炉中，每个反应器和加热炉的技术参数保持一致。在每个反应器进气口安装一个电动四通阀，每个反应器出气口端口接到多位阀上一个进气端口，多位阀公共出气端口连接到色谱分析仪进样端口，质谱仪连接到多位阀一个出气端口。
[0007]反应器单元为2个以上，其每个反应器单元由反应器，加热炉，测温热电偶，智能温控仪组成；反应器置于加热炉内部，反应器的外壁上设有测温热电偶，智能温控仪通过导线分别与测温热电偶和加热炉连接；智能温控仪通过导线经串口转换器与计算机连接；
[0008]温度控制单元由恒温箱，加热器，测温热电偶，伴热带，智能温控仪组成；多位阀置于恒温箱内，反应器的出料口通过金属管线与多位阀的一个入口端相连；加热器置于恒温箱内，测温热电偶置于多位阀体的外壁上，一金属管线的一端与多位阀体的出口端相连、另一端伸出恒温箱后与分析仪单元的进样口相连，伸出恒温箱的金属管线外壁缠绕有伴热带，在伴热带与金属管线之间埋有测温热电偶，智能温控仪通过导线分别与测温热电偶和伴热带连接；智能温控仪通过导线经串口转换器与计算机连接；
[0009]气体流量控制单元由气体质量流量控制器，智能流量调节仪组成；智能流量调节仪通过导线与气体质量流量控制器连接，智能流量调节仪通过导线经串口转换器与计算机连接；
[0010]压力检测单元由压力变送器，智能压力显示仪组成；于反应器的进料口处设有压力变送器，智能压力显示仪通过导线与压力变送器连接，智能压力显示仪通过导线经串口转换器与计算机连接；
[0011]电动四通阀控制单元由电动四通阀，电动四通阀驱动器，智能四通阀控制仪组成；于反应器的进料口处设有电动四通阀，电动四通阀分别与反应器的进料口、气体流量控制单元中的气体质量流量控制器相连；电动四通阀驱动器与电动四通阀传动连接；智能四通阀控制仪通过导线与电动四通阀驱动器相连，智能四通阀控制仪通过导线经串口转换器与计算机连接；
[0012]多位阀控制单元由多位阀，多位阀驱动器，智能多位阀控制仪组成；多位阀驱动器与多位阀体传动连接；智能多位阀控制仪通过导线与多位阀驱动器相连，智能多位阀控制仪通过导线经串口转换器与计算机连接；
[0013]阀门管线单元由稳压阀、球阀、金属管线组成；反应器的进料口通过金属管线经气体质量流量控制器、稳压阀、球阀与外界气源相连；
[0014]分析仪单元由色谱仪、质谱仪、或并联的色谱仪与质谱仪组成；色谱仪和/或质谱仪与计算机通讯电缆连接；
[0015]报警单元由串行口，SM卡组成，SM卡经串行口与计算机通讯电缆连接。
[0016]通过计算机组态监控软件实现微反应系统集中控制。计算机负责监控系统装置的温度数据、流量数据、压力数据，并对这些数据实时自动备份，提高了实验精度，简化了操作过程；设定系统的温度、流量、压力安全报警值，采用各种方式及时报警，提高了系统运行安全性；编程控制阀门运行方式，实现多种方法平行、并行评价和筛选催化剂；采用色谱仪、质谱仪实现反应过程在线自动实时分析；装置具有监控软件界面人性化，工艺流程直观，实体结构简单紧凑特点。【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是计算机监控的高通量多功能微反应系统流程示意图
[0018]图2是计算机组态监控软件控制流程框图
[0019]附图1中，1.计算机，2.串口转换器，3.反应器，4.加热炉，5.智能温控仪A，6.热电偶A，7.恒温箱，8.伴热带，9.质量流量控制器A，10.智能流量调节仪B，11.压力变送器，12.智能压力显示仪，13.电动四通阀，14.电动四通阀驱动器，15.智能四通阀控制仪，16.多位阀，17.多位阀驱动器，18.智能多位阀控制仪，19.气相色谱仪，20.质谱仪，21.球阀A，22.稳压阀A，23.加热器，24.智能温控仪B，25.热电偶B，26.智能温控仪C，27.测温元件C，28.管线，29.SIM卡，30.球阀B，31.球阀C，32.稳压阀B，33.稳压阀C，34.质量流量控制器B，35.质量流量控制器C，36.智能流量调节仪B，37.智能流量调节仪C，38.串口A，39.串口 B，40.串口 C。
【具体实施方式】
[0020]本实例是一套四通道计算机监控的多功能微反应系统(图中只画出了两个反应器单元控制流程图)，结合附图具体做进一步说明。
[0021]计算机为系统提供组态监控平台，主要由串口转换器和组态监控软件组成；
[0022]反应器单元为2个以上，其每个反应器单元由反应器，加热炉，热电偶，智能温控仪组成；反应器置于加热炉内部，反应器的外壁上设有测温热电偶，智能温控仪通过导线分别与测温热电偶和加热炉连接；智能温控仪通过导线经串口转换器与计算机连接；
[0023]温度控制单元由恒温箱，加热器，测温热电偶，伴热带，智能温控仪器组成；多位阀置于恒温箱内，反应器的出料口通过金属管线与多位阀的一个入口端相连；加热器置于恒温箱内，测温热电偶置于多位阀体的外壁上，一金属管线的一端与多位阀的出口端相连、另一端伸出恒温箱后与分析仪单元的进样口相连，伸出恒温箱的金属管线外壁缠绕有伴热带，在伴热带与金属管线之间埋有测温热电偶，智能温控仪通过导线分别与测温热电偶和伴热带连接；智能温控仪通过导线经串口转换器与计算机连接；
[0024]气体流量控制单元由气体质量流量控制器，智能流量调节仪组成；智能流量调节仪通过导线与气体质量流量控制器连接，智能流量调节仪通过导线经串口转换器与计算机连接；
[0025]压力检测单元由压力变送器，智能压力显示仪组成；于反应器的进料口处设有压力变送器，智能压力显示仪通过导线与压力变送器连接，智能压力显示仪通过导线经串口转换器与计算机连接；
[0026]电动四通阀控制单元由电动四通阀，电动四通阀驱动器，智能四通阀控制仪组成；于反应器的进料口处设有电动四通阀，电动四通阀分别与反应器的进料口、阀门管线单元中的气体质量流量控制器相连；电动四通阀驱动器与电动四通阀传动连接；智能四通阀控制仪通过导线与电动四通阀驱动器相连，智能四通阀控制仪通过导线经串口转换器与计算机连接；
[0027]多位阀控制单元由多位阀，多位阀驱动器，智能多位阀控制仪组成；多位阀驱动器与多位阀传动连接；智能多位阀控制仪通过导线与多位阀驱动器相连，智能多位阀控制仪通过导线经串口转换器与计算机连接；[0028]阀门管线单元由稳压阀、球阀、金属管线组成；反应器的进料口通过金属管线经气体质量流量控制器、稳压阀、球阀与外界气源相连；
[0029]分析仪单元由色谱仪、质谱仪、或并联的色谱仪与质谱仪组成；色谱仪和/或质谱仪与计算机通讯电缆连接；
[0030]报警单元由串行口，SM卡组成，SM卡经串行口与计算机通讯电缆连接。
[0031 ] 反应器3竖直放置在加热炉4中，热电偶6放置在石英管反应器外壁，计算机I通过串口转换器2将设定好程序升温指令传递给智能温度仪5，控制反应加热炉程序升温，热电偶6测量反应器3温度并通过智能温控仪5传给计算机I显示和备份数据；加热器23和多位阀16放置在恒温箱7中，测温热电偶A25放置多位阀16外壁上，计算机I通过串口转换器2将设定恒温值传递给智能温控仪B24，控制加热器23加热，保持恒温箱7的温度在计算机设定的温度，测温热电偶A25测量恒温箱7温度并通过智能温控仪24传给计算机I显示和备份数据；多位阀16输出口经管线28连接到色谱仪19进样口，伴热带8绕缠在管线28上，测温热电偶B27插在伴热带8与管线28中，计算机I通过串口转换器2将设定恒温值传递给智能温控仪C 26，控制伴热带8加热，保持管线28恒温，测温热电偶B27测量管线28温度并通过智能温控仪C26传给计算机I显示和备份数据。
[0032]气体Gasl通过球阀A 21，稳压阀A 22，质量流量控制器A 9，电动四通阀13端口①，端口②进入反应器3的入口端。计算机I通过串口转换器2将设定的气体流量值传递给智能流量调节仪A10，智能流量调节仪AlO控制质量流量控制器A9，控制管路中的气体流量恒定在设定值，并通过智能流量调节仪AlO传给计算机I显示和备份数据；气体Gas2通过球阀B 30，稳压阀B32，质量流量控制器B34，电动四通阀(13)端口③，端口②进入反应器3的入口端。计算机I通过串口转换器2将设定的气体流量值传递给智能流量调节仪B36，智能流量调节仪B36控制质量流量控制器B 34，控制管路中的气体流量恒定在设定值，并通过智能流量调节器B36传给计算机I显示和备份数据；Gas3气通过球阀C 31，稳压阀C 33，质量流量控制器C35，电动四通阀13端口③，端口②进入反应器3的入口端。计算机I通过串口转换器2将设定的气体流量值传递给智能流量调节仪C 35，智能流量调节仪C37控制质量流量控制器C 35，控制管路中气流量恒定在设定值，并通过智能流量调节仪C37传给计算机I显示和备份数据；压力变送器11通过管线安装在反应器3入口端，检测反应器入口的压力并转化成标准数字信号输入到智能压力显示仪12，通过串口转换器2传给计算机I显示和备份数据。
[0033]反应器3出口端通过管线穿过恒温箱7壁连接到多位阀16入口①，计算机I通过串口转换器2将设定的程控指令传递给智能多位阀控制仪18控制多位阀驱动器17带动多位阀16按照计算机编程指令转动，在固定时间多位阀16入口①与多位阀16选定出口⑤接通，经管线28连接到气相色谱仪19进样口，智能多位阀控制仪18将多位阀16当前状态传送到计算机I显示，多位阀16出口⑥通过管线连接到质谱仪20进样口。
[0034]色谱仪19经串口 B39连接到计算机I，质谱仪20经串口 B40连接到计算机I。
[0035]在计算机组态监控软件功能如下:
[0036]1.监控反应炉温度:输入每个反应器的程序升温表值，启动反应器加热炉，反应炉按照程序升温，随时读取反应炉当前温度值，以数字和曲线方式在屏幕上实时显示，保存温度历史数据；[0037]2.监控反应器气体流量值:设定气体质量流量器流量值，控制流量器按照此设定值运行，实时读取当前流量，以数字和曲线方式在屏幕上实时显示，保存流量历史数据。
[0038]3.监控反应器气体压力:实时监控反应器压力，以数字和曲线方式在屏幕上实时显示，保存压力历史数据。
[0039]4.手机短信报警提示:设定温度安全报警值，压力安全报警值，气体流量安全报警值，当监测到装置超过报警值时，启动网络报警，发送短信到相关人员的手机，提示及时处理。
[0040]5.选择系统以切换方式运行:
[0041]a.设置电动四通阀的切换时间t ;
[0042]b.设置多位阀切换时间T ；
[0043]c.设置循环次数C ;
[0044]d.设置每个反应器的进气种类；
[0045]点击确认键后，指令下达给智能四通阀控制仪和智能多位阀控制仪，电动四通阀和多位阀按照计算机设定的时间进行气路切换运行，按照此方式运行，总保持同一时刻一个反应器进反应气，其它反应器进再生气，当循环次数达到C后，反应过程自动停止。色谱仪在计算机的控制下按照同样的周期T在线采样分析。以此方法运行，实现了催化剂在线再生和产物连续输出。
[0046]6.选择系统以固定方式运行:
[0047]a.设置多位阀切换时间T和循环次数C ；
[0048]b.设置每个反应器要进的气体种类；
[0049]点击确认键后，指令下达给智能四通阀控制仪和智能多位阀控制仪，电动四通阀转到选定的气路位置后固定不动，多位阀按照设定的时间T进行气路切换运行，色谱仪在计算机的控制下同样按照T在线采样分析。当循环次数达到C后，反应过程自动停止。若每个反应器装有同一种或不同种类催化剂，即可实现同时进行多种催化剂评价和筛选。
【权利要求】
1.一种计算机控制的高通量多功能微反应系统，其特征在于:系统以计算机为核心，由九个单元组成，包括反应器单元，温度控制单元，气体流量控制单元，压力检测单元，电动四通阀控制单元，多位阀控制单元，阀门管线单元，分析仪单元，报警单元； 反应器单元经串口转换器与计算机通讯电缆连接； 温度控制单元经串口转换器与计算机通讯电缆连接； 气体流量控制单元经串口转换器与计算机通讯电缆连接； 压力检测单元经串口转换器与计算机通讯电缆连接； 电动四通阀控制单元经串口转换器与计算机通讯电缆连接； 多位阀控制单元经串口转换器与计算机通讯电缆连接； 分析仪单元经串口与计算机通讯电缆连接； 报警单元经串口与计算机通讯电缆连接。
2.根据权利I所述微反应系统，其特征在于: 计算机为系统提供组态监控平台，主要由串口转换器和组态监控软件组成； 反应器单元为2个以上，其每个反应器单元由反应器，加热炉，热电偶，智能温控仪组成；反应器置于加热炉内部，反应器的外壁上设有测温热电偶，智能温控仪通过导线分别与测温热电偶和 加热炉连接；智能温控仪通过导线经串口转换器与计算机连接； 温度控制单元由恒温箱，加热器，测温热电偶，伴热带，智能温控仪组成；多位阀体置于恒温箱内，反应器的出料口通过金属管线与多位阀体的一个入口端相连；加热器置于恒温箱内，测温热电偶置于多位阀体的外壁上，一金属管线的一端与多位阀的出口端相连、另一端伸出恒温箱后与分析仪单元的进样口相连，伸出恒温箱的金属管线外壁缠绕有伴热带，在伴热带与金属管线之间埋有测温热电偶，智能温控仪通过导线分别与测温热电偶和伴热带连接；智能温控仪通过导线经串口转换器与计算机连接； 气体流量控制单元由气体质量流量控制器，智能流量调节仪组成；智能流量调节仪通过导线与气体质量流量控制器连接，智能流量调节仪通过导线经串口转换器与计算机连接; 压力检测单元由压力变送器，智能压力显示仪组成；于反应器的进料口处设有压力变送器，智能压力显示仪通过导线与压力变送器连接，智能压力显示仪通过导线经串口转换器与计算机连接； 电动四通阀控制单元由电动四通阀，电动四通阀驱动器，智能四通阀控制仪组成；于反应器的进料口处设有电动四通阀，电动四通阀分别与反应器的进料口、气体流量控制单元中的气体质量流量控制器相连；电动四通阀驱动器与电动四通阀传动连接；智能四通阀控制仪通过导线与四通阀驱动器相连，智能四通阀控制仪通过导线经串口转换器与计算机连接； 多位阀控制单元由多位阀，多位阀驱动器，智能多位阀控制仪组成；多位阀驱动器与多位阀传动连接；智能多位阀控制仪通过导线与多位阀驱动器相连，智能多位阀控制仪通过导线经串口转换器与计算机连接； 阀门管线单元由稳压阀、球阀、金属管线组成；反应器的进料口通过金属管线经气体质量流量控制器、稳压阀、球阀与外界气源相连； 分析仪单元由色谱仪、质谱仪、或并联的色谱仪与质谱仪组成；色谱仪和/或质谱仪与计算机通讯电缆连接； 报警单元由串行口，SM卡组成，SM卡经串行口与计算机通讯电缆连接。
3.根据权利I所述的微反应系统，其特征在于: 电动四通阀和多位阀采用时序程控的运行方式，实现高通量反应器以切换方式和固定方式工作；计算机负责监控系统温度数据、流量数据、压力数据，并对这些数据实时自动备份，以及设定温度，流量，压力`安全报警值，提供手机短信的网络报警。
【文档编号】G01N35/00GK103777027SQ201210414322
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月25日 优先权日:2012年10月25日
【发明者】谭大力, 郭晓光, 马书启, 傅强, 包信和 申请人:中国科学院大连化学物理研究所