一种利用过程分析技术在线监测工艺进程的教学平台的制作方法

1.本实用新型涉及一种教学平台技术领域，具体而言，涉及一种利用过程分析技术在线监测工艺进程的教学平台。


背景技术：

2.过程分析技术(process analytical technology,简称pat)于2004年由美国食品和药物管理局(fda)提出，通过对工艺参数的及时监控、分析和控制，确保最终产品的质量。在化工、制药、生物、食品、材料、能源等领域中，涉及到的结晶、合成、反应等工艺过程的研究显然必不可少，利用过程分析技术(pat)对这些关键工艺进程的深入研究可以实时在线获得反应体系的形貌、粒度、粒度分布、溶解度、过饱和度、温度等诸多参数，而这些参数又对产品的性能以及后处理后加工工艺的效率有着显著影响。
3.在针对化工、制药、生物、食品、材料、能源等领域中涉及的结晶、合成、反应等工艺过程的研究与控制中，学生们需要通过重复的控制变量实验，对成品进行多次的测量，再以此为依据重新调整实验条件从而获得目标成品，这种方式需要大量的实验作为铺垫，成本很高，并且每次获得成品都无法有效获取成品形成过程中的实时的变化信息，获得目标成品的效率很低，不利于学生的研究。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本实用新型提供了一种利用过程分析技术在线监测工艺进程的教学平台旨在解决学生们在进行实验的过程中无法清楚的看到实验过程中涉及到的结晶、合成、反应等工艺的实时过程的问题。
5.一种利用过程分析技术在线监测工艺进程的教学平台，包括平台台体、反应釜、温控设备、在线光谱仪、在线粒形粒度仪、浊度仪和计算机，所述反应釜设置于所述平台台体平面上，所述温控设备通过管线与所述反应釜相连，所述在线光谱仪包括在线光谱仪主机和第一探头，所述在线粒形粒度仪包括在线粒形粒度仪主机和第二探头，所述浊度仪包括浊度仪主机和第三探头，所述第一探头、所述第二探头和所述第三探头均插入所述反应釜内部，所述在线光谱仪主机、所述在线粒形粒度仪主机和所述浊度仪主机分别与所述计算机通信连接。
6.在本实用新型的一种实施例中，所述温控设备、所述在线光谱仪主机、所述在线粒形粒度仪主机和所述浊度仪主机均设置于所述平台台体平面上。
7.在本实用新型的一种实施例中，所述平台台体采用铝合金材料制成，所述平台台体底部设置有福马轮。
8.在本实用新型的一种实施例中，所述反应釜采用双层玻璃反应釜，所述反应釜由釜体、釜盖、电机和搅拌桨组成，所述釜体的顶部设置有所述釜盖，所述釜盖的顶部设置有所述电机，所述电机的输出轴与所述搅拌桨的一端连接，所述搅拌桨的另一端贯穿所述釜盖并延伸至所述釜体内部，所述釜盖的顶部一侧设置有进料口，所述釜体的底部设置有出
料口，所述釜体的两侧分别设置有进水口和出水口。
9.在本实用新型的一种实施例中，所述釜盖的表面开设有所述第一探头、所述第二探头和所述第三探头的插入孔。
10.在本实用新型的一种实施例中，所述温控设备通过两根软管分别与所述进水口和所述出水口连通形成介质传输通道，所述温控设备采用液体作为传输介质为所述反应釜提供加热或者降温所需的能量。
11.在本实用新型的一种实施例中，所述在线光谱仪为在线红外光谱仪、在线近红外光谱仪、在线拉曼光谱仪、在线紫外光谱仪中的任意一种，所述在线光谱仪主机通过信号线与所述第一探头连接。
12.在本实用新型的一种实施例中，所述在线粒形粒度仪主机通过电线与所述第二探头连接。
13.在本实用新型的一种实施例中，所述浊度仪主机通过信号线与所述第三探头连接。
14.本实用新型的有益效果是：本装置可以利用过程分析技术实时在线获得反应体系的形貌、粒度、粒度分布、溶解度、过饱和度、温度等的实时信息，并将整个反应体系内的工艺进程通过计算机的方式进行展示，学生们可以通过计算机清楚的看到整个反应体系内的实时的工艺进程，可激发学生学习兴趣，提高学生研究效率。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
16.图1为本实用新型提供的一种利用过程分析技术在线监测工艺进程的教学平台的连接示意图；
17.图2为本实用新型提供的一种利用过程分析技术在线监测工艺进程的教学平台的结构示意图；
18.图3为本实用新型提供的一种利用过程分析技术在线监测工艺进程的教学平台的正视图；
19.图4为本实用新型提供的一种利用过程分析技术在线监测工艺进程的教学平台的侧视图；
20.图5为本实用新型提供的反应釜的正剖图；
21.图6为本实用新型提供的反应釜的结构示意图。
22.图中：1
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平台台体；2
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福马轮；3
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反应釜；4
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温控设备；5
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在线光谱仪；6
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在线粒形粒度仪；7
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浊度仪；8
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计算机；9
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第一探头；10
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第二探头；11
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第三探头；12
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进料口；13
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釜盖；14
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釜体；15
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出料口；16
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搅拌桨；17
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电机；18
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进水口；19
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出水口；20
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在线光谱仪主机；21
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在线粒形粒度仪主机；22
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浊度仪主机。
具体实施方式
23.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
24.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.实施例1
29.请参阅图1
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6，本实用新型提供一种技术方案：
30.一种利用过程分析技术在线监测工艺进程的教学平台，包括平台台体1、反应釜3、温控设备4、在线光谱仪5、在线粒形粒度仪6、浊度仪7和计算机8，反应釜3设置于平台台体1平面上，温控设备4通过管线与反应釜3相连，在线光谱仪5包括在线光谱仪主机20和第一探头9，在线粒形粒度仪6包括在线粒形粒度仪主机21和第二探头10，浊度仪7包括浊度仪主机22和第三探头11，第一探头9、第二探头10和第三探头11均插入反应釜3内部，在线光谱仪主机20、在线粒形粒度仪主机21和浊度仪主机22分别与计算机8通信连接；
31.具体的，温控设备4实现对反应釜3内工艺进程中的温度控制、在线光谱仪5实现对反应釜3内工艺进程中浓度与过饱和度的实时在线监测、在线粒形粒度仪6实现实时在线监测反应釜3内工艺进程中反应物或者生成物粒形以及粒度分布随时间的变化情况、浊度仪7实现实时监测反应釜3内工艺进程中体系的浊度与温度、计算机8用于实现利用过程分析技术在线监测工艺进程的演示功能。
32.在本实施例中，温控设备4、在线光谱仪主机20、在线粒形粒度仪主机21和浊度仪主机22均设置于平台台体1平面上；
33.具体的，平台台体1分为左右两侧，左边从上至下依次摆放着在线光谱仪5、反应釜3，平台台体1右侧上方摆放着在线粒形粒度仪6、浊度仪7，右侧中间摆放着计算机8、右侧下方摆放着温控设备4。
34.在本实施例中，平台台体1采用铝合金材料制成，平台台体1底部设置有福马轮2；
35.具体的，采用铝合金材料制成的平台台体1具有密度低、力学性能佳、加工性能好和抗腐蚀性能优良的优点，福马轮2用于便于平台台体1的移动和固定。
36.在本实施例中，反应釜3采用双层玻璃反应釜，反应釜3由釜体14、釜盖13、电机17和搅拌桨16组成，釜体14的顶部设置有釜盖13，釜盖13的顶部设置有电机17，电机17的输出轴与搅拌桨16的一端连接，搅拌桨16的另一端贯穿釜盖13并延伸至釜体14内部，釜盖13的顶部一侧设置有进料口12，釜体14的底部设置有出料口15，釜体14的两侧分别设置有进水口18和出水口19；
37.具体的，由电机17提供动力，带动搅拌桨16旋转，高速旋转的搅拌桨16可起到搅拌作用。
38.在本实施例中，釜盖13的表面开设有第一探头9、第二探头10和第三探头11的插入孔；
39.具体的，第一探头9用于获取反应釜3内整个反应体系内的浓度与过饱和度的实时信息，第一探头9将获取到的信息传输至在线光谱仪主机20，在线光谱仪主机20将信息传输至计算机8，第二探头10用于获取反应釜3内整个反应体系内的反应物或者生成物粒形以及粒度分布随时间的变化情况的实时信息，第二探头10将获取到的信息传输至在线粒形粒度仪主机21，在线粒形粒度仪主机21将信息传输至计算机8，第三探头11用于获取反应釜3内反应体系实时的浊度与温度信息，第三探头11将获取到的信息传至浊度仪主机22，浊度仪主机22将信息传出至计算机8。
40.在本实施例中，温控设备4通过两根软管分别与进水口18和出水口19连通形成介质传输通道，温控设备4采用液体作为传输介质为反应釜3提供加热或者降温所需的能量；
41.具体的，温控设备4可以设置升温、降温、恒温的温度以及升温、降温的速率，以实现反应釜3内工艺进程中的温度控制。
42.在本实施例中，在线光谱仪5为在线红外光谱仪、在线近红外光谱仪、在线拉曼光谱仪、在线紫外光谱仪中的任意一种，在线光谱仪主机20通过信号线与第一探头9连接。
43.在本实施例中，在线粒形粒度仪主机21通过电线与第二探头10连接。
44.在本实施例中，浊度仪主机22通过信号线与第三探头11连接。
45.实施例2
46.打开平台台体1上的在线光谱仪主机20、在线粒形粒度仪主机21和浊度仪主机22、计算机8以及计算机8上的教学平台，教学平台可采用现有技术中的任意一种，将按一定比例配置好的阿司匹林固体与无水乙醇溶液从进料口12投放进反应釜3中，启动电机17，搅拌速率调整为300rpm，打开温控设备4，选择升温模式，温度设定为40℃，温控设备4通过两根软管分别与反应釜3的进水口18和出水口19相连接，以液体作为传输介质，为反应釜3提供加热至40℃所需的能量，第一探头9从开孔的釜盖13插入反应釜3中，实时在线监测反应釜3内阿司匹林溶液的浓度与过饱和度的随时间的变化情况，第二探头10从开孔的釜盖13插入反应釜3中，实时在线监测反应釜3内工艺进程中阿司匹林固体颗粒的粒形以及粒度分布随时间的变化情况，第三探头11从开孔的釜盖13插入反应釜3中，实时监测反应釜3内阿司匹林
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乙醇体系的浊度与温度随时间的变化情况，从计算机8的教学平台界面可以观察到所有实时监测的数据，当溶液中无阿司匹林固体颗粒出现且溶液浓度达到最高值，此时阿司匹
林完全溶解，这时设置降温速率，以0.3℃/min的速率降温到10℃，温控设备4通过两根软管分别与反应釜3的进水口18和出水口19相连接，以液体作为传输介质，为反应釜3提供降温至10℃所需的能量，随后阿司匹林晶体开始析出，然后晶体开始生长至结晶结束，在线光谱仪5可以监测到整个结晶过程中溶液的浓度以及过饱和度的变化情况，在线粒形粒度仪6可以监测到阿司匹林晶体从析出到生长完成这个过程中形貌的变化情况以及整个结晶过程中阿司匹林颗粒粒径分布情况，浊度仪7可以检测到整个反应釜3内的浊度与温度随时间的变化情况，判断析晶点，计算机8可以实时反映所有实时监测的数据并进行展示，学生可通过计算机8上的教学平台清晰的观察到整个反应体系内的实时工艺过程。
47.该一种利用过程分析技术在线监测工艺进程的教学平台的工作原理：打开平台台体1上的在线光谱仪主机20、在线粒形粒度仪主机21和浊度仪主机22、计算机8以及教学平台上的教学平台的界面，将按一定比例配置好的待测物料从进料口12投放进反应釜3中，启动电机17，调节搅拌速率，打开温控设备4，温控设备4通过两根软管分别与反应釜3的进水口18和出水口19相连接，以液体作为传输介质，为反应釜3提供所需的能量，第一探头9从开孔的釜盖13插入反应釜3中，实时在线监测反应釜3内待测物料的浓度与过饱和度的随时间的变化情况，第二探头10从开孔的釜盖13插入反应釜3中，实时在线监测反应釜3内工艺进程中待测物料颗粒的粒形以及粒度分布随时间的变化情况，第三探头11从开孔的釜盖13插入反应釜3中，实时监测反应釜3内待测物料的浊度与温度随时间的变化情况，从计算机8的教学平台界面上可以观察到所有实时监测的数据，当溶液中无固体颗粒出现且溶液浓度达到最高值，此时固体物料完全溶解，这时设置适用的降温速率，调节温控设备4，为反应釜3提供降温所需的能量，随后待测物料晶体开始析出，然后晶体开始生长至结晶结束，在线光谱仪5可以监测到整个结晶过程中溶液的浓度以及过饱和度的变化情况，在线粒形粒度仪6可以监测到待测物料晶体从析出到生长完成这个过程中形貌的变化情况以及整个结晶过程中待测物料颗粒粒径分布情况；浊度仪7可以检测到整个反应釜3内的浊度与温度随时间的变化情况，判断析晶点，计算机8可以实时反映所有实时监测的数据并进行展示，学生可通过计算机8清晰的观察到整个反应体系内的实时工艺过程。
48.需要说明的是，温控设备4、在线光谱仪5、在线粒形粒度仪6、浊度仪7和计算机8具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
49.需要说明的是，温控设备4、在线光谱仪5、在线粒形粒度仪6、浊度仪7和计算机8的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
50.以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。