在量热设备中均匀加入流动相的量热池

摘要

本发明涉及一种在量热设备中均匀加入流动相的量热池，主要解决现有技术中混合效果不好的问题。本发明通过采用一种在量热设备中均匀加入流动相的量热池，包括反应池外壳、温度和压力传感器探头、固定相进样口、流动相进样通道、多孔分散器，反应池顶部设有套管，所述温度传感器探头放置在内凹式的管套内，不与样品直接接触，压力传感器探头位于反应池顶部气相空间中，固定相进样口位于反应池的顶部，流动相进样通道位于反应池顶部，伸入反应池内部的一端与多孔分散器相连，所述多孔分散器平铺式分散在反应池底部或呈螺旋上升式分布在反应池的空间内的技术方案较好地解决了上述问题，可用于量热测试中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在量热设备中均匀加入流动相的量热池。

背景技术

对一个具体工艺的热风险进行评价，需要获得放热速率、放热量、绝热温升、绝热压升等参数，而这些参数的获得则必须通过量热测试。常用量热设备主要包括理想热流型量热仪(C80，C600，DSC等)和累积热流型量热仪(ARC、VSP2等)。

量热测试的对象一般有两种：单一物质的相变热、分解热和多种物质的混合热、化学反应热等。其中，多种物质的混合常常涉及流动相(气相、液相)与固定相(液相或液固混合物)的混合。

以气相在液相中的混合为例：一种常见的反应形式是将气相反应物通入液相中，充分接触后离开液相进入气相空间。为了保证气相与液相充分混合，比较理想的情况是气相分离为若干小体积气泡，保证足够的气液接触界面。在工业中，气相的分散往往通过加装分配器实现。但此类分配器在小型量热装置中无法容纳，因此需要一种能够置于小型量热装置反应池内的流体分散结构对连续进料的流体物料进行分散。

目前，多种量热仪均带有允许气相连续进料的反应池设计。如FAI公司的VSP所配置的带有进料管线的反应池(详见VSP2 User’s Manual and Test Method)，塞塔拉姆公司的C80所配置的气体循环反应池(http://www.setaram.cn/setaram-products/量热/量热-量热/c80-4/)等。但以上几种设计都只有一个气相出口，气相在被通入液相中后往往生成大体积气泡，自下而上通过液相后进入气相空间。气相与液相的接触面积小、时间短，反应难以充分进行。

本发明针对反应池中提高气相与液相混合效率的问题提出了一种新型的分散结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中混合效果不好的问题，提供一种新的在量热设备中均匀加入流动相的量热池。该量热池具有混合效果好的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种在量热设备中均匀加入流动相的量热池，包括反应池外壳、温度和压力传感器探头、固定相进样口、流动相进样通道、多孔分散器，反应池顶部设有套管，所述温度传感器探头放置在内凹式的管套内，不与样品直接接触，压力传感器探头位于反应池顶部气相空间中，固定相进样口位于反应池的顶部，流动相进样通道位于反应池顶部，伸入反应池内部的一端与多孔分散器相连，所述多孔分散器平铺式分散在反应池底部或呈螺旋上升式分布在反应池的空间内，所述多孔分散器的开孔率为3％～15％，多孔分散器占有反应池的体积为反应池体积的1％～7％。

上述技术方案中，优选地，反应池外壳为薄壁型或厚壁型，量热设备为理想热流型或累积热流型。

上述技术方案中，优选地，多孔分散器平铺式分散在反应池底部时，多孔分散器为盘管式或套环式。

上述技术方案中，优选地，量热池还设有备用进样口，预留给其它需要加入的物料用。

上述技术方案中，优选地，根据需要，量热池设置磁力搅拌设备，磁子需要放在多孔分散器的下方。

本发明涉及一种适用于量热设备的流动相进料装置和方法，主要目的是为了增强反应池中气液相之间的传热传质作用。本发明所要解决的技术难点是：1)在流动相(气相或液相)连续进料、体系可能带有高压、流动相与固定相(反应池中原有物料)需要充分接触反应的情况下，提供一种新的增大二者接触面积、提高混合效率的装置。2)提供一种与之相对应的实现均匀混合的方法。本发明提供了一种适用于连续进料量热过程的反应池装置和方法，与现有技术相比，本发明能够增强反应传热传质，促进物料的迅速混合，缩短反应时间，减少可能的副反应，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述量热池的结构示意图之一。

图2为本发明所述量热池的结构示意图之二。

图3为本发明所述量热池的结构示意图之三。

图1-图3中，1-反应池外壳、2-温度传感器探头、3-压力传感器探头与固定相进样口、4-流动相进样通道、5-多孔分散器。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

一种在量热设备中均匀加入流动相的量热池，如图1所示，包括反应池、反应池外壳、温度和压力传感器探头、固定相进样口、流动相进样通道、多孔分散器，反应池顶部设有套管，所述温度传感器探头放置在内凹式的管套内，不与样品直接接触，压力传感器探头位于反应池顶部气相空间中，固定相进样口位于反应池的顶部，流动相进样通道位于反应池顶部，伸入反应池内部的一端与多孔分散器相连，所述多孔分散器平铺式分散在反应池底部或呈螺旋上升式分布在反应池的空间内，所述多孔分散器的开孔率为7％，多孔分散器占有反应池的体积为反应池体积的2％。

反应池外壳：取决于所使用的量热仪器类别，反应池外壳为薄壁型(如VSP、PhiTECII)，量热设备为理想热流型。

温度压力传感器探头：温度传感器探头可以放置在一个内凹式的管套内，不与样品直接接触。压力传感器探头需要放置在反应池顶部气相空间中。

固定相进样口：固定相通常在测试开始前预装在反应池中，此进样口可以在反应过程中封闭。

流动相进样通道：连接外部物料源(如气瓶、高压泵等)与分散器。

多孔分散器：分散器平铺式分散在反应池底部，分散器为盘管式。

其它进样口：可以预留给其它需要加入的物料。

搅拌：由于流动相在通过固定相的过程中已经起到了搅拌混合的作用，反应池内可以不设电磁搅拌。如果需要设置额外的搅拌，磁子需要放在分散器的下方。

本量热池的使用方法为：

分散器应在加工反应池时预置在池中。在将反应池放入量热仪前通过固定相进样口放入固定相样品，放置温度、压力传感器探头，连接进样口与外部物料源。保持进样口外部阀门关闭。

反应过程中需要加入流动相物料时打开阀门，提供一定的压力后流动相将通过分散器上的多孔结构进入固定相中。当流动相为气体时，气泡的大小取决于气相流速和孔道大小，通过改变气相流速可以改变气泡的大小和进料的速度。当流动相为与固定相互溶的液相时，流动相在通过分散器后即与固定相立刻混合，由于分散器出口布满整个反应池底部，二者互相扩散需要的时间较短，可以提高传质和传热速度。当流动相为与固定相不互溶的液体时，流动相将在固定相中形成油/水或水/油液滴，同样的，液滴的大小取决于流动相的流速和孔道的大小，通过改变流动相流速可以改变液滴的大小和进料的速度。

利用本反应池在VSP2上进行量热测试

实验步骤：

(1)称量固定相样品，加入反应池中；

(2)安装加热器，将反应池放入外釜中，连接进料管线、加热器及温度传感器导线，反应池接地，以排除信号杂音；反应池和外釜之间的空隙中填满玻璃棉，盖上釜盖，密封高压釜；

(3)用表测试导线连接状况及绝缘性能，设定加热程序参数，启动VSP2系统并对温度、压力测定系统进行校正；

(4)开启真空管线上的电磁阀，启动真空泵，将外釜内压力抽至-0.09MPa(g)以下后保持十分钟，初步检查系统的气密性；

(5)打开补偿气气瓶阀门，开启压力自动跟踪系统；开启泄放线路上的背压阀，调节压力至1MPa。流动相进料管线接入氢气瓶，向反应池内打入氢气。

(6)启动加热系统，启动超级磁力搅拌器，开始按设定程序升温。启动冷却系统以保护压力传感器。

(7)观察实验压力、温度变化，记录实验现象直至实验结束。

通过增加气相分布，增大了气液接触面积，更加准确的模拟实际工况，使结果更准确可靠，减少了气液混合对反应的影响。

【实施例2】

按照实施例所述的条件和步骤，如图2所示，分散器平铺式分散在反应池底部，分散器为套环式。反应池外壳为厚壁型(如ARC、C80)，量热设备为累积热流型。所述多孔分散器的开孔率为5％，多孔分散器占有反应池的体积为反应池体积的4％。

【实施例3】

按照实施例所述的条件和步骤，如图3所示，分散器呈螺旋上升式分布在反应池的空间内，分散器为套环式。所述多孔分散器的开孔率为10％，多孔分散器占有反应池的体积为反应池体积的5％。

【比较例】

利用常规量热池与本发明量热池做N,N-二甲基-4,4-偶联吡啶的氯氧化反应。

量热池内先加入一定量水和N,N-二甲基-4,4-偶联吡啶，实验步骤如实施例1所述。常规量热池与本发明量热池均通入一定量氯气。实验数据显示，利用本发明量热池检测到的放热温度比利用常规池检测到的温度低3℃，这是由于本发明量热池气液混合较好，增大了气液接触面积，利于反应，另外温度分布较为均匀，利于仪器检测。在一定温度下的反应最终反应温度也较常规量热池高10℃，这是由于增大了气液接触面积，气液混合较好，反应的氯气量增大，反应放热更多，更接近实际工况。