一种用于教学的气固相催化装置

本技术涉及实验教学仪器，尤其涉及一种用于教学的气固相集成装置。

背景技术：

1、化工过程中90％的反应过程涉及催化剂，催化在化工行业中有着举足轻重的作用。反应物料经过催化剂后选择性地转化为目标产物，催化剂的理性评价及其评价结果对于后续催化剂的开发、应用有决定性的作用。此外，在化工及相关专业的本科生课程中，催化反应相关内容占据举足轻重的地位，而气固相催化实验教学对于化工专业本科生理解催化原理及工业应用具有非常重要的意义。以发明人所在的清华大学为例，设定的实验教学课程中包含了气固相催化测定的教学内容。该课程目前以钒氧化物催化乙醇脱水反应为实例，开展了相关的教学课程。相关的教学课程旨在培养学生将理论与实际相结合，增强本科生实验能力。目前，国内反应工程实验课程内容相似，教学环节大同小异，教学过程中学生参与度较低，装置陈旧单一，可扩展性低等缺点已无法满足当前本科生教学任务。

2、近十年催化科学在实验技术上有了较大的发展，催化领域日新月异。然而，目前国内高校针对反应工程实验课程中气固相催化内容的教学模式还仍然采用过去传统、单一的方式，实验教学装置固定，装置占地面积大(长宽高2m×2m×2m的量级)，不便于学生操作，不方便进行改装，自动化程度低，学生参与程度低。这种陈旧的教学方法无法满足当前对创新人才培养的要求，主要存在的不足就是装置灵活性低，装置内容固定，实验过程重复，难以让学生根据所学知识以探究的形式开展实验，教学形式过于死板。

3、综上所述，开发一种新型的应用于化工专业教学的气固相催化装置对于改善本科生教学质量，培养本科生理论与实际结合能力、综合科研能力有着十分重要的意义。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的问题，本技术提供一种用于教学的气固相催化装置。本技术技术方案如下：

2、1、一种用于教学的气固相催化装置，包括：

3、输入模块，其控制气体流量和/或使不同气体混合；

4、进样模块，自所述输入模块流出的气体进入所述进样模块，以实现气体的进样；

5、反应器模块，由所述进样模块进样的气体进入反应器模块进行反应；

6、检测模块，在反应器模块反应后的气体进入检测模块进行检测。

7、2、如项1所述的用于教学的气固相催化装置，其中，所述输入模块包括两个以上的流量控制器以分别控制两种以上所述气体的流量。

8、3、如项2所述的用于教学的气固相催化装置，其中，至少一种所述气体来自气源；控制来自所述气源气体流量的流量控制器为流量计，优选为质量流量计。

9、4、如项2所述的用于教学的气固相催化装置，其中，至少一种所述气体为液体汽化后形成的气体；控制所述液体汽化后形成的气体的流量控制器为控制所述液体流量的泵体。

10、5、如项2所述的用于教学的气固相催化装置，其中，所述输入模块还包括控制阀部件；所述控制阀部件包括两个以上的多通阀，每个所述多通阀至少包括一个入口和两个出口；不同的所述多通阀的一个入口分别连接不同的所述气体的输出端；不同的所述多通阀的一个出口相互连通并连接至所述进样模块。

11、6、如项2所述的用于教学的气固相催化装置，其中，所述进样模块能够进行脉冲进样、阶跃进样、稳态运行中的一种或两种以上。

12、7、如项6所述的用于教学的气固相催化装置，其中，所述进样模块包括脉冲进样部件和/或阶跃进样部件。

13、8、如项7所述的用于教学的气固相催化装置，其中，

14、所述脉冲进样部件包括第一阀、第一气体管路、第二气体管路、第一定量环；

15、其中，所述第一气体管路、第二气体管路连接所述输入模块输出的不同气体；

16、所述第一阀能够在第一模式与第二模式之间进行切换，

17、在所述第一模式下，第一气体管路与反应器模块连通，第二气体管路与第一定量环连通；

18、在所述第二模式下，第一气体管路、第一定量环和反应器模块连通。

19、9、如项8所述的用于教学的气固相催化装置，其中，

20、所述第一阀的阀体至少包括第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第五接口、第六接口，所述第一阀的阀芯能够在所述第一阀的阀体内运动，从而实现其第一接口与第二接口连通、第三接口与第四接口连通、第五接口与第六接口连通，或第二接口与第三接口连通、第四接口与第五接口连通、第六接口与第一接口连通；

21、其中，第四接口或第五接口连接第二气体管路；

22、第三接口与第六接口之间连接有第一定量环，

23、第一接口连接第一气体管路且第二接口连接反应器模块，或，第一接口连接反应器模块且第二接口连接第一气体管路。

24、10、如项7所述的用于教学的气固相催化装置，其中，

25、所述阶跃进样部件包括第二阀、第三气体管路、第四气体管路，所述第二阀能够在第三模式与第四模式之间进行切换；在所述第三模式下，第三气体管路与反应器模块连通；在所述第四模式下，第四气体管路与反应器模块连通。第三、第四模式切换，实现反应物料的阶跃进样。

26、11、如项10所述的用于教学的气固相催化装置，其中，所述第二阀的阀体至少包括第一接口、第二接口、第三接口、第四接口，所述第二阀的阀芯能够在所述第二阀的阀体内运动，从而实现其第一接口与第二接口连通、第三接口与第四接口连通，或第二接口与第三接口连通、第四接口与第一接口连通；其中，第一接口连接第三气体管路，第三接口连接第四气体管路，第二接口或第四接口连接反应器模块。

27、12、如项6所述的用于教学的气固相催化装置，其中，

28、所述进样模块包括：

29、第三阀，所述第三阀的阀体至少包括第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第五接口、第六接口，所述第三阀的阀芯能够在所述第三阀的阀体内运动，从而实现其第一接口与第二接口连通、第三接口与第四接口连通、第五接口与第六接口连通，或第二接口与第三接口连通、第四接口与第五接口连通、第六接口与第一接口连通；

30、第四阀，第四阀的阀体至少包括第一接口、第二接口、第三接口、第四接口，所述第四阀的阀芯能够在所述第四阀的阀体内运动，从而实现其第一接口与第二接口连通、第三接口与第四接口连通，或第二接口与第三接口连通、第四接口与第一接口连通；

31、其中，所述第三阀的第一接口或所述第三阀的第二接口连接所述第四阀的第四接口；

32、所述第三阀的第三接口与所述第三阀的第六接口之间连接有第二定量环；

33、所述第三阀的第四接口连接所述第四阀的第三接口且所述第三阀的第五接口连接第五气体管路，或，所述第三阀的第四接口连接第五气体管路且所述第三阀的第五接口连接所述第四阀的第三接口；

34、所述第四阀的第一接口连接第六气体管路，所述第四阀的第二接口连接反应器模块。

35、13、如项1所述的用于教学的气固相催化装置，其中，所述反应器模块包括：反应器；加热器，用于给所述反应器加热。

36、14、如项13所述的用于教学的气固相催化装置，其中，所述反应器为平推流反应器、序批式反应器或连续搅拌反应器。

37、15、如项14所述的用于教学的气固相催化装置，其中，所述反应器模块还包括预热器和/或冷凝器。

38、16、如项1所述的用于教学的气固相催化装置，其中，所述检测模块包括气相色谱仪、质谱仪、傅里叶变换红外光谱检测器、热导检测器中的一种或两种以上。

39、通过本技术提供的用于教学的气固相催化装置，能够通过输入模块输入气体，输入的气体通过进样模块向反应器模块中进样，以实现在反应器模块中进行催化反应，反应后的物质通过检测模块进行检测，从而便于气固相催化方面的教学。

40、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够使得本技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本技术的具体实施方式进行举例说明。