本实用新型属于化工教学装置领域，具体涉及一种多功能反应实验教学装置。
背景技术：
气固相催化反应固定床装置通常是管式反应器，但气固相催化反应固定床在热量传递方面是依靠外部供热，床层内部与壁之间有很大的温差，对转化带来不利因素。如果将催化剂颗粒减小到1mm以下，在反应器内由下至上通入反应物，此反应物通过床层速度增大到一定值后，上升的气体或液体将会把粒子带起，使流体中的粒子呈悬浮状态，若一直保持稳定的这一流速，则床层的粒子会不断上下跳动沸腾，这时我们将此称为沸腾流化床操作，它与固定床不同点是在流化床中粒子沸腾时，可将热量快速从壁上传至内部，而且全部床层内温度很均匀，这就是流化床的优点。故流化床在许多有机反应中得到应用。
同时，釜式反应也是化工反应工艺过程中较重要的单元操作，在化工生产中也是不可缺少的工艺过程。釜式反应装置可用于液相、液-液相、液-固相、气液相下反应，其特点是适用性较大，操作弹性大，连续操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一。但现有实验仪器中通常一套仪器仅仅只能演示一种形式的反应过程，功能较为单一，因此，开发一种多功能反应实验教学装置用于实训操作教学具有重要的现实意义。
技术实现要素：
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种多功能反应实验教学装置。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种多功能反应实验教学装置，它包括釜式反应系统、供气系统、供料系统、固定床反应系统和沸腾流化床反应系统，
所述供气系统通过供气三通阀分别与所述固定床反应系统的进气端、所述沸腾流化床反应系统的进气端和所述釜式反应系统的进气端相连接；
所述供料系统通过供料三通阀分别与所述固定床反应系统的进料端、所述沸腾流化床反应系统的进料端和所述釜式反应系统的进料端相连接。
基于上述，所述釜式反应系统包括第一预热器、釜式反应器壳体和第一产品收集系统，所述釜式反应器壳体上设置有第一预热器装配孔、第一产品输出孔、磁力耦合搅拌器和加热棒，所述第一预热器装配孔连接所述第一预热器相，所述第一产品输出孔连接所述第一产品收集系统。
基于上述，所述第一产品输出孔上还设置有过滤器。
基于上述，所述固定床反应系统包括第二产品收集系统、第二预热器和与所述第二预热器连接的固定床反应器，所述固定床反应器内部设置有第一加热段、第二加热段和第三加热段，所述固定床反应器底部设置有第二产品输出孔，所述第二产品输出孔连接所述第二产品收集系统。
基于上述，所述沸腾流化床反应系统包括第三预热器和与所述第三预热器相连接的沸腾流化床反应器；所述沸腾流化床反应器内部自下而上依次设置有陶瓷杯、微孔流化板和催化剂，所述沸腾流化床反应器底部还设置有第三产品输出孔，所述第三产品输出孔通过产品三通阀连接所述第二产品收集系统。
基于上述，所述第一预热器、所述第二预热器和所述第三预热器均包括预热器壳体和开设在所述预热器壳体上的混合气体进气口和进料口，所述混合气体进气口上设置所述供气三通阀，所述进料口上设置所述供料三通阀；所述预热器壳体内部设置有加热丝。
基于上述，所述第一产品收集系统和所述第二产品收集系统均包括冷凝罐和与冷凝罐相连接的产品储存罐，所述冷凝罐的罐身上分别设置有泠凝水进水口和泠凝水回水口，所述冷凝罐内部设置有产品冷凝管，所述产品冷凝管的一端与所述产品储存罐相连接。
基于上述，所述釜式反应器壳体上、所述固定床反应器上和所述沸腾流化床反应器上分别设置有压力表。
基于上述，所述供气系统包括氢气供气管道和氮气供气管道，所述氢气供气管道和所述氮气供气管道的一端通过两个供气三通阀相连接并分为第一供气口、第二供气口和第三供气口；
所述第一供气口与位于所述第一预热器上的所述混合气体进气口相连接，所述第二供气口与位于所述第二预热器上的所述混合气体进气口相连接，所述第三供气口与位于所述第三预热器上的所述混合气体进气口相连接；
所述氢气供气管道上和所述氮气供气管道上还分别设置有所述过滤器、所述压力表、调压阀和单向阀。
基于上述，所述供料系统包括原料罐和与所述原料罐相连接的柱塞泵，所述柱塞泵的出料端通过所述供料三通阀分别与位于所述第一预热器上的所述进料口、位于所述第二预热器上的进料口和位于所述第三预热器上的进料口相连接。
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体地说，本实用新型具有以下优点：本实用新型提供的多功能反应实验教学装置由管式炉加热固定床、流化床催化反应器及釜式反应器组成，是有机化工、精细化工、石油化工等部门的主要实验设备，尤其在反应工程和催化工程及化工工艺、生化工程、环境保护专业中使用的相当广泛。该实验装置可进行加氢、脱氢、氧化、卤化、芳构化、烃化、歧化、氨化等各种催化反应的科研与教学工作。它能准确地测定和评价催化剂活性、寿命、找出最适宜的工艺条件，同时也能测取反应动力学和工业放大所需数据；且该生产线教学装置更接近工业生产设备，操作弹性更大，可进行手动控制和自动控制。
附图说明
图1 是本实用新型提供的多功能反应实验教学装置的整体连接结构示意图。
图2 是本实用新型提供的多功能反应实验教学装置中的供气系统结构连接示意图。
图3 是本实用新型提供的多功能反应实验教学装置中的固定床反应系统和沸腾流化床反应系统结构连接示意图。
图4 是本实用新型提供的多功能反应实验教学装置中的沸腾流化床反应器结构示意图。
图5 是本实用新型提供的多功能反应实验教学装置中的釜式反应系统结构连接示意图。
图中：1、釜式反应系统；2、供气系统；3、固定床反应系统；4、沸腾流化床反应系统；5、第一产品收集系统；6、第二产品收集系统；7、供料系统；8、加热棒；9、磁力耦合搅拌器；10、釜式反应器壳体；11、混合气体进气口；12、加热丝；13、第一预热器；14、进料口；15、第一冷凝罐；16、产品冷凝管；17、第一产品储存罐；18、压力表；19、过滤器；20、调压阀；21、第二预热器；22、第二冷凝罐；23、第二产品储存罐；24、固定床反应器；25、第一加热段；26、第二加热段；27、第三加热段；28、沸腾流化床反应器；29、第三预热器；30、第二供气口；31、第三供气口；32、第一供气口；33、供气三通阀；34、单向阀；35、氢气供气管道；36、氮气供气管道；37、陶瓷杯；38、催化剂；39、微孔流化板。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，本实施例提供一种多功能反应实验教学装置，它包括釜式反应系统1、供气系统2、供料系统7、固定床反应系统3和沸腾流化床反应系统4。
如图2所示，所述供气系统2通过供气三通阀33分别与所述固定床反应系统3的进气端、所述沸腾流化床反应系统4的进气端和所述釜式反应系统1的进气端相连接。具体地，所述供气系统包括氢气供气管道35和氮气供气管道36，所述氢气供气管道35和所述氮气供气管道36的一端通过两个所述供气三通阀33相连接并分为第一供气口32、第二供气口30和第三供气口31。所述供料系统7通过供料三通阀分别与所述固定床反应系统3的进料端、所述沸腾流化床反应系统4的进料端和所述釜式反应系统1的进料端相连接。
具体地，如图3所示，所述固定床反应系统3包括第二产品收集系统6、第二预热器21和与所述第二预热器21连接的固定床反应器24。所述固定床反应器24内部设置有第一加热段25、第二加热段26和第三加热段27。所述固定床反应器24底部设置有第二产品输出孔，所述第二产品输出孔连接所述第二产品收集系统6。
如图4所示，所述沸腾流化床反应系统4包括第三预热器29和与所述第三预热器29相连接的沸腾流化床反应器28。所述沸腾流化床反应器28内部自下而上依次设置有陶瓷杯37、微孔流化板39和催化剂38。所述沸腾流化床反应器28的底部还设置有第三产品输出孔，所述第三产品输出孔通过产品三通阀连接所述第二产品收集系统6。
如图5所示，所述釜式反应系统1包括第一预热器13、釜式反应器壳体10和第一产品收集系统5。所述釜式反应器壳体10上设置有第一预热器装配孔、第一产品输出孔、磁力耦合搅拌器9和加热棒8。所述第一预热器装配孔连接所述第一预热器13，所述第一产品输出孔连接所述第一产品收集系统5。所述第一产品输出孔上还设置有过滤器19。
其中，所述第一预热器13、所述第二预热器21和所述第三预热器29均包括预热器壳体和开设在所述预热器壳体上的混合气体进气口11和进料口14。所述混合气体进气口11上设置所述供气三通阀33，所述进料口14上设置所述供料三通阀；所述预热器壳体内部设置有加热丝12。
所述第一产品收集系统5和所述第二产品收集系统6均包括冷凝罐和与冷凝罐相连接的产品储存罐，所述冷凝罐的罐身上分别设置有泠凝水进水口和泠凝水回水口，所述冷凝罐内部设置有产品冷凝管16，所述产品冷凝管16的一端与所述产品储存罐相连接。具体地，所述第一产品收集系统5包括第一冷凝罐15和与所述第一冷凝罐15相连接的第一产品储存罐17。所述第二产品收集系统6包括第二冷凝罐22和与所述第二冷凝罐22相连接的第二产品储存罐23。
所述第一供气口32与位于所述第一预热器13上的所述混合气体进气口11相连接；所述第二供气口30与位于所述第二预热器21上的所述混合气体进气口11相连接；所述第三供气口31与位于所述第三预热器29上的所述混合气体进气口11相连接。所述氢气供气管道35上和所述氮气供气管道36上还分别设置有所述过滤器19、压力表18、调压阀20和单向阀34。
所述供料系统7包括原料罐和与所述原料罐相连接的柱塞泵，所述柱塞泵的出料端通过所述供料三通阀分别与位于所述第一预热器13上的所述进料口、位于所述第二预热器21上的进料口和位于所述第三预热器29上的进料口相连接。所述釜式反应器壳体上、所述固定床反应器24上和所述沸腾流化床反应器28上分别设置有所述压力表18。
利用该教学装置进行实际操作时，具体操作步骤如下：
一、固定床反应系统的操作方法
（1）催化剂的填装与系统试漏
向所述固定床反应器24内填装粒度为20目催化剂，并控制其装填高度为10mm，然后通过所述氮气供气管道36向所述固定床反应器24型腔内通入氮气并加压至0.1MPa，5分钟不下降表明不漏气；
（2）升温与实验
开启电源总开关，设定所述第二预热器21的温度和所述固定床反应器24内的温度，待达到设定温度且温度持续稳定10min后，向所述固定床反应器24内通入无水乙醇，其中控制无水乙醇的进液速度0.4 mL/min ～1.0mL/min；预反应进行10min后，正式开始乙醇脱水实验，每隔一定时间分别记录所述固定床反应器24内的第一加热段25、第二加热段26和第三加热段27的温度；其中每个流量下反应30min，取出所述第二产品储存罐23中的液体称重，并色谱分析；
最后依次分别控制无水乙醇的进液速度为0.8 ml/min、1.0 ml/min，重复上述实验步骤，则得到不同加料速度下的原料转化率、产物乙烯收率、副产物乙醚的生成速率等。
二、沸腾流化床反应系统的操作方法
（1）催化剂的装填
首先依次向所述沸腾流化床反应器28内填装陶瓷杯37、催化剂38和微孔流化板39，其中，所述陶瓷杯37为直径为3mm圆柱形陶瓷环且共计装填高度为120mm，所述催化剂38为粒度为20目的催化剂且其装填高度为25mm，所述微孔流化板39为304不锈钢材质，其直径26mm，板厚为5mm，微孔孔径60~70微米；然后通过所述氮气供气管道36向所述沸腾流化床反应器28内型腔内通入氮气并加压至0.1MPa，5分钟不下降表明不漏气；
（2）升温与实验
开启电源总开关，设定所述第三预热器29的温度和所述沸腾流化床反应器28型腔内的温度，当温度达到恒定值后要拉动测温热电偶，观察温度的轴向分布情况。待达到设定温度且温度持续稳定10min后，向所述沸腾流化床反应器28内通入无水乙醇，控制无水乙醇进液速度0.4ml/min~1.0ml/min，氮气流速500 ml/min~800 ml/min，预反应进行10min后，正式开始无水乙醇脱水实验，每隔一定时间记录床层温度，每个流量下反应30min，取出气液分离器中的液体称重，并色谱分析。
分别改变无水乙醇的加料速度为0.8 ml/min 、1.0 ml/min，重复上述实验步骤，则得到不同加料速度下的原料转化率、产物乙烯收率、副产物乙醚的生成速率等。
需要说明的是，当改变无水乙醇流速时，要同时改变所述沸腾流化床反应器28型腔内的，故调节温度一定要在固定的流速下进行。反应中要定时取气样和液样进行分析。
三、釜式反应系统的操作步骤
（1）安装与试压
通过所述氮气供气管道36向所述固定床反应器24型腔内通入氮气并加压至0.1MPa，5分钟不下降表明不漏气；
（2）加料及实验
进行间歇反应时，要打开釜式反应器上的所述进料口14，根据实验条件加入反应器内。进行间歇反应时可加入一定量的无水乙醇，以及50ml的50目左右的催化剂颗粒。
进行连续反应时，需提前向釜式反应器内装填一定体积的惰性溶剂或者其中一种液体反应物。混合反应气体和反应原料经所述第一预热器13预热后进入釜式反应器发生反应，加热产生的蒸汽经冷凝器冷凝。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。