一种便携式催化固定床反应装置的制作方法

本发明涉及一种便携式催化固定床反应装置技术，属于加热固体催化剂以提高非均相催化反应效率的电加热炉装置。

背景技术：

加热炉在石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域普遍应用，其不但应用的范围比较广泛，而且使用的类型也比较多。专业实验所用的高温电炉有很多种，如箱式炉、管式炉、井式炉、气氛炉等，广泛应用于科研单位、高等院校、工矿企业等单位及冶金等地方。

由于实验室所用的电加热炉要求体积不能过大，并且要求操作简单，控温精确度高等特点，市场上所售用导热油电加热器虽然也适用于实验室，研究所等地方，但是它以电为热源，导热油为热载体，利用循环油泵强制液相循环将热能输送给用热设备后，继而返回重新加热的直流式特种工业炉，使用起来不是特别安全，不能够将电能直接转化成热能升高温度。

本发明中的一种便携式催化固定床反应装置与其他类型的加热炉装置相比，该便携式催化固定床反应装置直接将电能转化为升温反应所需的热能，装置轻便易携，可以满足温度需求高的非均相催化反应，并且安全控制温度精确度较高，操作简单，清洁卫生，便于安装，升温可调节，保温性能好，使用的范围也较广，可以适用于热裂解、液化反应及油管伴热等装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种便携式催化固定床反应装置，以提高非均相催化反应过程中催化剂的催化效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种便携式催化固定床反应装置，其特征在于包括：反应炉（1）、反应器（2）、升降式框架（3）、k型热电偶（4）、k型热电偶补偿导线（5）、金属锁扣（6）、智能温度控制仪（7）和金属架（8）；反应炉可以分为上下对称的两部分，属于开合式的装置，方便放置反应器；反应炉两端中间水平相通，并且中间直径比反应器的直径大，使在反应过程中反应器中的催化剂受热均匀，也防止反应器由于与反应炉的内壁贴合太紧挤压造成反应器的破损；所述反应炉（1）的内部放置有一个反应器（2）用以放置所需要的固体催化剂；所述反应炉（1）上在开合衔接处设有一把金属锁扣（6）以保证反应炉（1）工作时温度稳定也使实验更安全；所述反应炉（1）上安装有一个金属架（8）以方便移动反应设备；所述反应炉（1）的底部安装有可调节高度的升降式框架（3）用来调节反应炉的高度；所述反应炉（1）上面有可以插入快速检测反应炉（1）内部温度的k型热电偶（4）；所述k型热电偶（4）的一端与k型热电偶补偿导线（5）相连，另一端插入反应炉检测其内部的温度通过k型热电偶补偿导线反馈到智能温度控制仪控制反应炉内温度的变化；所述k型热电偶补偿导线（5）一端连接有控制反应炉内部的智能温度控制仪（7）。

反应炉（1）属于上下开合式圆柱形的装置，炉子总长210mm，侧面直径160mm，外壳使用铝型材料加固，加热材料与外壳之间添加一层20mm厚的石英棉起到保温作用，加热材料大约20mm厚保证使用过程中温度达到实验要求并且加热均匀，所述反应炉（1）的中间留有直径为30mm的空间可以放置反应器（2），并且反应炉（1）中间是长110mm的弧型凹槽，与反应器中间的弧形凸起相吻合；弧型凹槽的最大直径为40mm，并且所留空间直径比反应器（2）的直径大以防止反应器（2）与反应炉（2）内壁贴合太紧而损坏反应器；加热时反应炉的最高温度能达到800℃，温度误差在1℃之间。

反应器（2）由一段弯管和一段直管组成，每段连接处制成磨砂接口，以保证反应过程的密封性，并由耐高温的石英材料制成；其中弯管的折弯处的设计角度在95º-100º之间，直管在其正中间处设计长100mm的弧型凸起有助于非均相反应过程中反应气体与固体催化剂充分接触以提高催化反应效率，弧型凸起最大直径为30mm，两端为长100mm直径22mm的圆柱形石英管，并且直管的长度长于反应炉的长度以方便与其他装置相连接，反应器的直管最高可承受实验要求的800℃高温；所述两段组装成一个简单的反应器，反应器整体倾斜角度大于90º有助于反应过程中气体的流动。

所述升降式框架（3）安装在反应炉（1）的下面，为30*30标准铝型材质，结构上采用交叉折叠的方式以方便调节反应炉的高度，调节升降范围在40mm-80mm之间，并且在使用过程中可以根据使用的情况适当的左右调节反应炉的倾斜度。

所述k型热电偶（4）为铠装，k型热电偶的一端与k型热电偶补偿导线（5）连接，另一端从反应炉（1）上面插入其内部检测到反应炉的温度然后通过k型热电偶补偿导线（5）反馈到智能温度控制仪，从而实现温度自动控制。

所述k型热电偶补偿导线（5）一端连接k型热电偶（4），另一端连接智能温度控制仪（7），起到温度补偿的作用，k型热电偶补偿导线（5）总长度为3米。

所述金属锁扣（6）安装在反应炉上下衔接处，为不锈钢材质，并且外面套有绝缘隔温的橡胶套，不仅能够使反应炉工作时温度稳定也使操作更安全。

所述智能温度控制仪（7）能根据设定的程序自主调节反应炉的温度，控制在实验要求的精确范围内，使反应炉的温度在限定的误差范围内。

所述金属架（8）安装在反应炉上半部分，长220mm、宽50mm、厚3mm，为铝型材质，不易折弯，以方便在实验需要时安全移动实验装置。

本发明具有有益效果。

本发明通过将反应炉分为上下对称的两部分即为开合式装置，从而方便放置反应器，使得在加热使用时方便，装置小轻便，加热过程相较于大型的加热炉简单易操作。

本发明的反应炉两端中间水平相通，中间直径比反应器的直径大，方便在反应过程中反应器中的催化剂受热均匀。

本发明所安装的金属锁扣是为了固定上下反应炉以免在反应过程中高温烫伤实验人员，能够使实验操作过程更安全。

本发明可应用于温度要求高的非均相催化反应实验中，确保温度达到实验要求，实验效果好，温度的误差小。

附图说明

图1为本发明的一种便携式催化固定床反应装置的结构示意图

图2为本发明的一种便携式催化固定床反应装置的反应器示意图

图中：1-反应炉，2-反应器，3-升降式框架，4-k型热电偶，5-k型热电偶补偿导线，

6-金属锁扣，7-温度控制仪，8-金属架。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供一种便携式催化固定床反应装置包括有反应炉1，反应器2，升降式框架3，k型热电偶4，k型热电偶补偿导线5，金属锁扣6，智能温度控制仪7，金属架8。反应炉1可以分为上下对称的两部分，属于开合式的装置，方便放置反应器2；反应炉1两端中间水平相通，并且中间直径比反应器2的直径大，使反应过程中反应器2中的催化剂受热均匀，也防止反应器2由于与反应炉1的内壁贴合太紧挤压造成反应器2的破损；反应炉1的炉体外开合处配有黑色橡胶把手；为了实验安全在反应炉1上下衔接处设计了一把金属锁扣6，反应炉1的上面也安装了一个金属架8以方便移动反应装置，而在其下面中央位置安装有可调节高度的升降式框架3，用来调节反应炉1的高度。k型热电偶4一端与k型热电偶补偿导线5相连，而另一端插入反应炉1检测其内部的温度通过k型热电偶补偿导线5反馈到智能温度控制仪7控制反应炉内1温度的变化。

如图2所示，本发明提供一种便携式催化固定床反应装置中的反应器2包括弯管和直管，所述的弯管折弯处的设计角度在95º-100º之间，直管正中间处设计长100mm的弧型凸起有助于非均相反应过程中反应气体与固体催化剂充分接触以提高非均相催化反应效率，并且直管弧形凸起的最大直径为30mm，两端为长100mm直径22mm的圆柱形石英管，直管的长度长于反应炉的长度以方便与其他装置相连接。

本发明工作原理：使用时，首先在反应器2弧型凸起处填充好称量好的固体催化剂，打开反应炉1将反应器2平稳的放置在反应炉1中，扣好金属锁扣6，调节反应炉1下面的升降式框架3将装置调节到合适的高度；然后连接好反应器2后将其中的一端连接到微波热解反应器中，另一端连接到冷凝系统；再将连接了k型热电偶导线5的k型热电偶4从反应炉1的上面插入其内部；打开氮气瓶上的控制阀门向反应装置中通一段时间的氮气，营造无氧的环境，同时也检查反应装置是否密封完全；接着打开便携式催化固定床反应装置的智能温度控制仪7将温度设置到生物质热解反应的目标温度；便携式催化固定床反应装置的反应炉1在加热过程中，当达到100℃后保持恒定的升温速率增加温度，温度达到生物质热解反应目标温度后即可保持在所设定的温度；设置微波热解反应时间、反应温度及反应功率后热解反应开始，微波热解生物质产物中的挥发物通过反应器2中的催化剂发生非均相催化反应后达到催化提质的目的后，经过冷凝系统冷凝分离，非挥发组分以液体形式保留在冷凝管下端的生物油收集瓶中，挥发组分以气体形式通过尾气管排出，当热解反应停止后微波热解反应器自动停止工作，同时关闭便携式催化固定床反应装置的智能温度控制仪7，反应炉1的温度以恒定的降温速率降温直到100℃左右时不再以恒定的速率降温，此时所有的反应都结束。