透明管式光熱反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種透明管式光熱反應(yīng)器。該透明管式光熱反應(yīng)器由管部分、燈管和殼體組成，管部分為石英外管內(nèi)置加熱棒加熱的結(jié)構(gòu)形式，其中反應(yīng)管為石英管材質(zhì)，也可采用硬質(zhì)玻璃等透明材質(zhì)。加熱棒和熱電偶外均套有套管，套管均為盲管的形式。加熱棒套管從反應(yīng)管下面插入反應(yīng)管內(nèi)，加熱棒套管上面放置石英棉以及催化劑樣品，而熱電偶套管從反應(yīng)管上部插入催化劑內(nèi)，防止熱電偶與加熱棒的直接接觸。反應(yīng)管左右兩側(cè)對稱放置兩根燈管，可以為各種管狀燈源。氣體的流動模式與傳統(tǒng)管式反應(yīng)器類似，從反應(yīng)管上部流入，反應(yīng)后，產(chǎn)物從底部流出。該透明管式光熱反應(yīng)器可以廣泛地用于光熱催化反應(yīng)或者催化劑光熱反應(yīng)性能評價(jià)中。
【專利說明】 透明管式光熱反應(yīng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及催化劑反應(yīng)性能測試的儀器領(lǐng)域，具體地說是提供一種外部光源照射透明管內(nèi)部樣品實(shí)現(xiàn)光熱反應(yīng)的固定床用管式光熱反應(yīng)器。

【背景技術(shù)】
[0002]固定床反應(yīng)器是一種微分反應(yīng)裝置，在催化劑反應(yīng)性能測試方面具有廣泛的應(yīng)用。光作為一種自然的能源形式，作用于光敏感催化劑時(shí)，可使得催化劑處于激發(fā)態(tài)，從而促進(jìn)催化反應(yīng)過程的發(fā)生。光催化具有自身獨(dú)特的優(yōu)勢，相比于熱能，光子攜帶的巨大能量能完成熱能無法實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)過程。另外光催化中，可通過選擇合適能量的光源，選擇地激發(fā)反應(yīng)物，實(shí)現(xiàn)單一反應(yīng)過程的發(fā)生。然而對于一些需要較大能量的光激發(fā)的反應(yīng)，往往常用的白色光(390?780nm)和紫外光源(254nm)可能無法滿足。另外光在催化反應(yīng)的利用效率不大也限制它的應(yīng)用。
[0003]光熱反應(yīng)過程是將光和熱兩者結(jié)合起來，在一定的反應(yīng)溫度，在光的輔助作用下，催化劑的反應(yīng)性能一般遠(yuǎn)高于單一的光催化和熱催化活性。因此要達(dá)到相同的反應(yīng)活性，在光的參與作用下，可明顯地降低反應(yīng)的溫度，同時(shí)可提高反應(yīng)的選擇性。反過來說，熱源的存在可以減低所需光源的能量，即在一定溫度下，使得原本需要在很高能量的光源作用的反應(yīng)可以在常用的白色光(390?780nm)和紫外光源(254nm)完成。因此光熱反應(yīng)器充分發(fā)揮了光和熱的協(xié)同作用，相互促進(jìn)。
[0004]為此， 申請人:于2012年9月提出了“固定床光熱反應(yīng)器”的發(fā)明專利申請。該申請中將固定床和光源結(jié)合起來，主要是對光熱反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較特殊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了熱源與光源在位置上良好的匹配。但該固定床光熱反應(yīng)器采用內(nèi)置光源外置加熱爐加熱的方式，由于光源處于高溫爐體中，需要冷卻。在該裝置中，光源外套有光源套管，中間吹冷氣，另外光源套管外還套有真空管，以隔絕爐體對燈管的傳熱，因此該裝置結(jié)構(gòu)和加工工藝較為復(fù)雜，使用成本比較高，大大地限制了其應(yīng)用。實(shí)際上，本 申請人:于2013年5月提出了“透明管式反應(yīng)器”的發(fā)明申請專利，該申請中提出一種外管透明內(nèi)部樣品可視的管式反應(yīng)器，該反應(yīng)器采用加熱棒內(nèi)置加熱的方式，實(shí)現(xiàn)催化劑的高溫反應(yīng)，同時(shí)可以觀察到反應(yīng)過程中催化劑樣品的顏色和狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，本 申請人:提出一種結(jié)構(gòu)和工藝簡單，操作方便，使用成本低的透明床式光熱反應(yīng)器，這對光熱反應(yīng)的研究有著廣泛的現(xiàn)實(shí)意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明設(shè)計(jì)出了一種嶄新的透明管式光熱反應(yīng)器，并著重考慮設(shè)計(jì)中存在的問題。例如要考慮到加熱棒與測溫?zé)犭娕纪瑫r(shí)插入反應(yīng)管內(nèi)，但兩者最好要相互隔絕，不相互接觸，這樣才能更準(zhǔn)確地測定樣品的溫度，同時(shí)還考慮到燈管的數(shù)量和與反應(yīng)管的位置問題，盡量地降低燈管的使用溫度，因此對該反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)。
[0006]具體來說，本發(fā)明中反應(yīng)器由管部分、燈管和殼體組成，管部分為石英外管內(nèi)置加熱棒加熱的結(jié)構(gòu)形式，其中反應(yīng)管為透明的石英管材質(zhì)，也可采用普通的硬質(zhì)玻璃或者其他的透明材質(zhì)。加熱棒和熱電偶外均套有相應(yīng)的加熱棒套管和熱電偶套管，加熱棒套管的上端和熱電偶套管的下端均為盲管的形式，以便于反應(yīng)管的密封。加熱棒套管及加熱棒從反應(yīng)管下面插入反應(yīng)管內(nèi)，加熱棒套管上面放置一層一定厚度的石英棉，石英棉上再放置催化劑樣品，加熱棒通過自然傳熱的方式對催化劑進(jìn)行加熱，使催化劑樣品的溫度均勻。而熱電偶套管及熱電偶從反應(yīng)管上部插入催化劑內(nèi)，這樣可防止熱電偶與加熱棒的直接接觸，另外熱電偶與催化劑接觸，可有效地測定催化劑的溫度。在反應(yīng)管的左右兩側(cè)對稱放置兩根燈管，也可根據(jù)用戶需求選擇多根燈管。燈管可以為白熾燈管、高壓氙燈、高壓汞燈和鹵鎢燈等各種管狀燈源，可根據(jù)用戶的光源要求進(jìn)行選擇，另外燈管與反應(yīng)管的距離要盡量遠(yuǎn)，避免燈管溫度過高而影響其正常工作，距離的選擇則要考慮到反應(yīng)的溫度和燈管的工作狀態(tài)。反應(yīng)管和燈管均處于外殼中，外殼要盡量密封，防止光線外露，減小能量損失以及對人體的傷害；外殼的材料可選用不銹鋼、鋁等金屬，盡量減小其對光源的吸收。氣體的流動模式與傳統(tǒng)的管式反應(yīng)器類似，從反應(yīng)管上部入口流入，經(jīng)過催化劑反應(yīng)后，產(chǎn)物從反應(yīng)管底部出口流出。
[0007]下面結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明
[0008]圖1為本發(fā)明的透明管式光熱反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]如圖1為本發(fā)明的透明管式光熱反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。該透明管式光熱反應(yīng)器由管部分1、燈管11和殼體12組成，其中管部分I為石英外管2內(nèi)置加熱棒8加熱的結(jié)構(gòu)形式，反應(yīng)管2為透明的石英管材質(zhì)，也可采用普通的硬質(zhì)玻璃或者其他的透明材質(zhì)。加熱棒8和熱電偶4外均套有相應(yīng)的加熱棒套管7和熱電偶套管3，加熱棒套管7的上端和熱電偶套管7的下端均為盲管的形式，以便于反應(yīng)管2的密封。加熱棒套管7及加熱棒8從下面插入反應(yīng)管2內(nèi)，加熱棒套管7上面放置一層一定厚度的石英棉6，石英棉6上再放置催化劑樣品5，加熱棒套管7的粗度與反應(yīng)管2相當(dāng)，因此可起到承載石英棉6的作用，防止在反應(yīng)過程中吹動或松散而導(dǎo)致催化劑樣品5損失。加熱棒8通過自然傳熱的方式對上面支撐的催化劑樣品5進(jìn)行加熱，同時(shí)使催化劑樣品5的溫度均勻。而熱電偶套管3及熱電偶4從反應(yīng)管2上部插入催化劑樣品5中，這樣可防止熱電偶4與加熱棒8相接觸，另外熱電偶4與催化劑樣品5緊密接觸，可有效地測定催化劑樣品5的溫度。
[0010]在反應(yīng)管2的左右兩側(cè)對稱放置兩根燈管11，也可根據(jù)用戶需求選擇多根燈管。燈管11可以為白熾燈管、高壓氙燈、高壓汞燈和鹵鎢燈等各種管狀燈源，可根據(jù)用戶的要求進(jìn)行選擇，另外燈管11與反應(yīng)管2的距離要盡量遠(yuǎn)，避免燈管11溫度過高而影響其正常工作，距離的選擇則要考慮到反應(yīng)的溫度和燈管11的工作狀態(tài)。反應(yīng)管2和燈管11均處于外殼12中，外殼12要盡量密封，防止光線外露，以減小能量損失以及對人體的傷害；外殼12的材料可選用不銹鋼、鋁等金屬，盡量減小其對光源的吸收。
[0011]氣體的流動模式與傳統(tǒng)的管式反應(yīng)器類似，從反應(yīng)管上部入口 9流入，經(jīng)過催化劑5反應(yīng)后，產(chǎn)物從反應(yīng)管底部10出口流出，進(jìn)入色譜、質(zhì)譜等檢測儀器中進(jìn)行分析或者通過尾氣處理后進(jìn)行排空。
[0012]該透明管式光熱反應(yīng)器可以廣泛地用于光熱催化反應(yīng)或者催化劑的光熱反應(yīng)性能的評價(jià)中，其結(jié)構(gòu)和工藝簡單，操作方便，使用成本低，具有較大的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種透明的管式光熱反應(yīng)器。
2.按照權(quán)利要求1所述的透明管式光熱反應(yīng)器，其特征在于其由管部分、燈管和殼體組成。
3.按照權(quán)利要求2所述的管部分，其特征在于其為石英外管內(nèi)置加熱棒加熱的結(jié)構(gòu)形式，加熱棒和熱電偶外均套有相應(yīng)的加熱棒套管和熱電偶套管，加熱棒套管的上端和熱電偶套管的下端均為盲管的形式，以便于反應(yīng)管的密封。加熱棒套管及加熱棒從反應(yīng)管下面插入反應(yīng)管內(nèi)，加熱棒套管上面放置一層一定厚度的石英棉，石英棉上再放置催化劑樣品，加熱棒通過自然傳熱的方式對催化劑進(jìn)行加熱，使催化劑樣品的溫度均勻。而熱電偶套管及熱電偶從反應(yīng)管上部插入催化劑內(nèi)，這樣可防止熱電偶與加熱棒的直接接觸，另外熱電偶與催化劑接觸，可有效地測定催化劑的溫度。
4.按照權(quán)利要求2所述的管部分，其特征在于其中氣體的流動模式與傳統(tǒng)的管式反應(yīng)器類似，從反應(yīng)管上部入口流入，經(jīng)過催化劑反應(yīng)后，產(chǎn)物從反應(yīng)管底部出口流出。
5.按照權(quán)利要求2所述的多根燈管，其特征在于其對稱放置在反應(yīng)管的兩側(cè)，其數(shù)量可根據(jù)用戶需求選擇，可以為白熾燈管、高壓氙燈、高壓汞燈和鹵鎢燈等各種管狀燈源，根據(jù)用戶的要求進(jìn)行選擇，另外其與反應(yīng)管的距離要盡量遠(yuǎn)，避免其溫度過高而影響其正常工作，距離的選擇則要考慮到其工作狀態(tài)和反應(yīng)的溫度。
6.按照權(quán)利要求2所述的外殼，其特征在于反應(yīng)管和燈管均處于其中，要盡量密封，防止光線外露，減小能量損失以及對人體的傷害；其材料可選用不銹鋼、鋁等金屬，盡量減小光源的吸收和損失。
7.按照權(quán)利要求3所述的石英管，其特征在于其為透明的石英管材質(zhì)，也可采用普通的硬質(zhì)玻璃或者其他的透明材質(zhì)。
【文檔編號】B01J19/12GK104162386SQ201310187485
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月20日
【發(fā)明者】黃華 申請人:黃華