一種計算機監(jiān)控的高通量多功能微反應系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種新型計算機監(jiān)控的高通量多功能微反應系統(tǒng)。該系統(tǒng)以計算機為核心，由九個單元組成，包括反應器單元，溫度控制單元，氣體流量控制單元，壓力檢測單元，電動四通閥控制單元，多位閥控制單元，閥門管線單元，分析儀單元，報警單元，計算機為系統(tǒng)提供組態(tài)監(jiān)控平臺，實現(xiàn)微反應系統(tǒng)中的溫度、氣體流量、氣體壓力組態(tài)監(jiān)控，系統(tǒng)中使用多個反應器平行放置，電動四通閥和多位閥運行采用時序程控的運行方式，實現(xiàn)以多種方法進行催化劑平行評價和篩選，該系統(tǒng)在石油化工、煤炭化工、能源、環(huán)境等領域的催化劑研制中發(fā)揮重要作用。
【專利說明】一種計算機監(jiān)控的高通量多功能微反應系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于評價催化劑的新型微反應系統(tǒng)，尤其涉及采用計算機監(jiān)控的高通量多功能微反應系統(tǒng)。該系統(tǒng)在石油化工、煤炭化工、能源、環(huán)境等領域的催化劑研究中發(fā)揮重要作用。
【背景技術】
[0002]催化劑在石油和化學工業(yè)以致在國民經(jīng)濟中占有重要地位，研制性能優(yōu)良的催化劑產(chǎn)品有著極其重要的意義。催化劑的研制通常要經(jīng)歷實驗室研制到工業(yè)放大的過程，在實驗室主要進行催化劑的配比，使用微反應裝置和分析儀對配制好的催化劑性能進行評價，篩選出高活性、高選擇性、長壽命的催化劑，確定最佳反應條件，為進一步的工業(yè)放大提供必要參考依據(jù)。
[0003]本發(fā)明實現(xiàn)了多反應器反應與再生的自動切換和并行評價催化劑的功能。催化劑在化學反應過程中，會因各種原因降低其初始的活性，造成催化活性下降，也稱失活，有些失活是永久性的，不可再生，有些失活如果及時采用合理方法處理則可以再生，對于表面積炭造成催化劑失活可以在催化劑失活之前使用特定氣體，將積炭除掉，重新恢復其活性。本發(fā)明通過計算機程控電動四通閥和多位閥的運轉，自動切換氣路，利用多個反應器使得催化劑的再生和反應同時進行，以保證整個反應過程的連續(xù)性，縮短了觀察催化劑的壽命時間，另一方面，通過計算機并行監(jiān)控多個反應器，實現(xiàn)多個催化劑并行平行評價與篩選，提高實驗效率和實驗結果的準確性。

【發(fā)明內容】

[0004]一種新型計算機控制的高通量多功能微反應系統(tǒng)，該系統(tǒng)以計算機為核心，由九個單元組成，包括反應器單元，溫度控制單元，氣體流量控制單元，壓力檢測單元，電動四通閥控制單元，多位閥控制單元，閥門管線單元，分析儀單元，報警單元，計算機為系統(tǒng)提供組態(tài)監(jiān)控平臺，實現(xiàn)微反應系統(tǒng)中的裝置溫度、氣體流量、氣體壓力進行組態(tài)監(jiān)控，系統(tǒng)中采用多個反應器平行放置，電動四通閥和多位閥運行采用時序程控的運行方式，實現(xiàn)以多種方法進行催化劑平行評價和篩選，該系統(tǒng)在石油化工、煤炭化工、能源、環(huán)境等領域的催化劑產(chǎn)品中發(fā)揮重要作用。
[0005]本發(fā)明采用的技術方案為:
[0006]計算機為本系統(tǒng)提供組態(tài)監(jiān)控平臺，主要由串口轉換器和組態(tài)監(jiān)控軟件組成；所述反應器單元由反應器，加熱爐，熱電偶，智能溫控儀組成；所述溫度控制單元由恒溫箱，測溫器件，伴熱帶，智能溫控儀組成；所述氣體流量控制單元由氣體質量流量控制器，智能流量調節(jié)儀組成；所述壓力檢測單元由壓力變送器，智能壓力顯示儀組成；所述電動四通閥控制單元由電動四通閥，電動四通閥驅動器，智能四通閥控制儀組成；所述多位閥控制單元由多位閥，多位閥驅動器，智能多位閥控制儀組成；所述閥門管線單元由穩(wěn)壓閥，球閥，管線組成；所述分析儀單元由色譜儀，質譜儀組成；所述報警單元由串行口，SMI卡組成。該系統(tǒng)采用多個反應器平行放置，每個反應器安裝在不同的加熱爐中，每個反應器和加熱爐的技術參數(shù)保持一致。在每個反應器進氣口安裝一個電動四通閥，每個反應器出氣口端口接到多位閥上一個進氣端口，多位閥公共出氣端口連接到色譜分析儀進樣端口，質譜儀連接到多位閥一個出氣端口。
[0007]反應器單元為2個以上，其每個反應器單元由反應器，加熱爐，測溫熱電偶，智能溫控儀組成；反應器置于加熱爐內部，反應器的外壁上設有測溫熱電偶，智能溫控儀通過導線分別與測溫熱電偶和加熱爐連接；智能溫控儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接；
[0008]溫度控制單元由恒溫箱，加熱器，測溫熱電偶，伴熱帶，智能溫控儀組成；多位閥置于恒溫箱內，反應器的出料口通過金屬管線與多位閥的一個入口端相連；加熱器置于恒溫箱內，測溫熱電偶置于多位閥體的外壁上，一金屬管線的一端與多位閥體的出口端相連、另一端伸出恒溫箱后與分析儀單元的進樣口相連，伸出恒溫箱的金屬管線外壁纏繞有伴熱帶，在伴熱帶與金屬管線之間埋有測溫熱電偶，智能溫控儀通過導線分別與測溫熱電偶和伴熱帶連接；智能溫控儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接；
[0009]氣體流量控制單元由氣體質量流量控制器，智能流量調節(jié)儀組成；智能流量調節(jié)儀通過導線與氣體質量流量控制器連接，智能流量調節(jié)儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接；
[0010]壓力檢測單元由壓力變送器，智能壓力顯示儀組成；于反應器的進料口處設有壓力變送器，智能壓力顯示儀通過導線與壓力變送器連接，智能壓力顯示儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接；
[0011]電動四通閥控制單元由電動四通閥，電動四通閥驅動器，智能四通閥控制儀組成；于反應器的進料口處設有電動四通閥，電動四通閥分別與反應器的進料口、氣體流量控制單元中的氣體質量流量控制器相連；電動四通閥驅動器與電動四通閥傳動連接；智能四通閥控制儀通過導線與電動四通閥驅動器相連，智能四通閥控制儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接；
[0012]多位閥控制單元由多位閥，多位閥驅動器，智能多位閥控制儀組成；多位閥驅動器與多位閥體傳動連接；智能多位閥控制儀通過導線與多位閥驅動器相連，智能多位閥控制儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接；
[0013]閥門管線單元由穩(wěn)壓閥、球閥、金屬管線組成；反應器的進料口通過金屬管線經(jīng)氣體質量流量控制器、穩(wěn)壓閥、球閥與外界氣源相連；
[0014]分析儀單元由色譜儀、質譜儀、或并聯(lián)的色譜儀與質譜儀組成；色譜儀和/或質譜儀與計算機通訊電纜連接；
[0015]報警單元由串行口，SM卡組成，SM卡經(jīng)串行口與計算機通訊電纜連接。
[0016]通過計算機組態(tài)監(jiān)控軟件實現(xiàn)微反應系統(tǒng)集中控制。計算機負責監(jiān)控系統(tǒng)裝置的溫度數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)實時自動備份，提高了實驗精度，簡化了操作過程；設定系統(tǒng)的溫度、流量、壓力安全報警值，采用各種方式及時報警，提高了系統(tǒng)運行安全性；編程控制閥門運行方式，實現(xiàn)多種方法平行、并行評價和篩選催化劑；采用色譜儀、質譜儀實現(xiàn)反應過程在線自動實時分析；裝置具有監(jiān)控軟件界面人性化，工藝流程直觀，實體結構簡單緊湊特點。【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是計算機監(jiān)控的高通量多功能微反應系統(tǒng)流程示意圖
[0018]圖2是計算機組態(tài)監(jiān)控軟件控制流程框圖
[0019]附圖1中，1.計算機，2.串口轉換器，3.反應器，4.加熱爐，5.智能溫控儀A，6.熱電偶A，7.恒溫箱，8.伴熱帶，9.質量流量控制器A，10.智能流量調節(jié)儀B，11.壓力變送器，12.智能壓力顯示儀，13.電動四通閥，14.電動四通閥驅動器，15.智能四通閥控制儀，16.多位閥，17.多位閥驅動器，18.智能多位閥控制儀，19.氣相色譜儀，20.質譜儀，21.球閥A，22.穩(wěn)壓閥A，23.加熱器，24.智能溫控儀B，25.熱電偶B，26.智能溫控儀C，27.測溫元件C，28.管線，29.SIM卡，30.球閥B，31.球閥C，32.穩(wěn)壓閥B，33.穩(wěn)壓閥C，34.質量流量控制器B，35.質量流量控制器C，36.智能流量調節(jié)儀B，37.智能流量調節(jié)儀C，38.串口A，39.串口 B，40.串口 C。
【具體實施方式】
[0020]本實例是一套四通道計算機監(jiān)控的多功能微反應系統(tǒng)(圖中只畫出了兩個反應器單元控制流程圖)，結合附圖具體做進一步說明。
[0021]計算機為系統(tǒng)提供組態(tài)監(jiān)控平臺，主要由串口轉換器和組態(tài)監(jiān)控軟件組成；
[0022]反應器單元為2個以上，其每個反應器單元由反應器，加熱爐，熱電偶，智能溫控儀組成；反應器置于加熱爐內部，反應器的外壁上設有測溫熱電偶，智能溫控儀通過導線分別與測溫熱電偶和加熱爐連接；智能溫控儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接；
[0023]溫度控制單元由恒溫箱，加熱器，測溫熱電偶，伴熱帶，智能溫控儀器組成；多位閥置于恒溫箱內，反應器的出料口通過金屬管線與多位閥的一個入口端相連；加熱器置于恒溫箱內，測溫熱電偶置于多位閥體的外壁上，一金屬管線的一端與多位閥的出口端相連、另一端伸出恒溫箱后與分析儀單元的進樣口相連，伸出恒溫箱的金屬管線外壁纏繞有伴熱帶，在伴熱帶與金屬管線之間埋有測溫熱電偶，智能溫控儀通過導線分別與測溫熱電偶和伴熱帶連接；智能溫控儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接；
[0024]氣體流量控制單元由氣體質量流量控制器，智能流量調節(jié)儀組成；智能流量調節(jié)儀通過導線與氣體質量流量控制器連接，智能流量調節(jié)儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接；
[0025]壓力檢測單元由壓力變送器，智能壓力顯示儀組成；于反應器的進料口處設有壓力變送器，智能壓力顯示儀通過導線與壓力變送器連接，智能壓力顯示儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接；
[0026]電動四通閥控制單元由電動四通閥，電動四通閥驅動器，智能四通閥控制儀組成；于反應器的進料口處設有電動四通閥，電動四通閥分別與反應器的進料口、閥門管線單元中的氣體質量流量控制器相連；電動四通閥驅動器與電動四通閥傳動連接；智能四通閥控制儀通過導線與電動四通閥驅動器相連，智能四通閥控制儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接；
[0027]多位閥控制單元由多位閥，多位閥驅動器，智能多位閥控制儀組成；多位閥驅動器與多位閥傳動連接；智能多位閥控制儀通過導線與多位閥驅動器相連，智能多位閥控制儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接；[0028]閥門管線單元由穩(wěn)壓閥、球閥、金屬管線組成；反應器的進料口通過金屬管線經(jīng)氣體質量流量控制器、穩(wěn)壓閥、球閥與外界氣源相連；
[0029]分析儀單元由色譜儀、質譜儀、或并聯(lián)的色譜儀與質譜儀組成；色譜儀和/或質譜儀與計算機通訊電纜連接；
[0030]報警單元由串行口，SM卡組成，SM卡經(jīng)串行口與計算機通訊電纜連接。
[0031 ] 反應器3豎直放置在加熱爐4中，熱電偶6放置在石英管反應器外壁，計算機I通過串口轉換器2將設定好程序升溫指令傳遞給智能溫度儀5，控制反應加熱爐程序升溫，熱電偶6測量反應器3溫度并通過智能溫控儀5傳給計算機I顯示和備份數(shù)據(jù)；加熱器23和多位閥16放置在恒溫箱7中，測溫熱電偶A25放置多位閥16外壁上，計算機I通過串口轉換器2將設定恒溫值傳遞給智能溫控儀B24，控制加熱器23加熱，保持恒溫箱7的溫度在計算機設定的溫度，測溫熱電偶A25測量恒溫箱7溫度并通過智能溫控儀24傳給計算機I顯示和備份數(shù)據(jù)；多位閥16輸出口經(jīng)管線28連接到色譜儀19進樣口，伴熱帶8繞纏在管線28上，測溫熱電偶B27插在伴熱帶8與管線28中，計算機I通過串口轉換器2將設定恒溫值傳遞給智能溫控儀C 26，控制伴熱帶8加熱，保持管線28恒溫，測溫熱電偶B27測量管線28溫度并通過智能溫控儀C26傳給計算機I顯示和備份數(shù)據(jù)。
[0032]氣體Gasl通過球閥A 21，穩(wěn)壓閥A 22，質量流量控制器A 9，電動四通閥13端口①，端口②進入反應器3的入口端。計算機I通過串口轉換器2將設定的氣體流量值傳遞給智能流量調節(jié)儀A10，智能流量調節(jié)儀AlO控制質量流量控制器A9，控制管路中的氣體流量恒定在設定值，并通過智能流量調節(jié)儀AlO傳給計算機I顯示和備份數(shù)據(jù)；氣體Gas2通過球閥B 30，穩(wěn)壓閥B32，質量流量控制器B34，電動四通閥(13)端口③，端口②進入反應器3的入口端。計算機I通過串口轉換器2將設定的氣體流量值傳遞給智能流量調節(jié)儀B36，智能流量調節(jié)儀B36控制質量流量控制器B 34，控制管路中的氣體流量恒定在設定值，并通過智能流量調節(jié)器B36傳給計算機I顯示和備份數(shù)據(jù)；Gas3氣通過球閥C 31，穩(wěn)壓閥C 33，質量流量控制器C35，電動四通閥13端口③，端口②進入反應器3的入口端。計算機I通過串口轉換器2將設定的氣體流量值傳遞給智能流量調節(jié)儀C 35，智能流量調節(jié)儀C37控制質量流量控制器C 35，控制管路中氣流量恒定在設定值，并通過智能流量調節(jié)儀C37傳給計算機I顯示和備份數(shù)據(jù)；壓力變送器11通過管線安裝在反應器3入口端，檢測反應器入口的壓力并轉化成標準數(shù)字信號輸入到智能壓力顯示儀12，通過串口轉換器2傳給計算機I顯示和備份數(shù)據(jù)。
[0033]反應器3出口端通過管線穿過恒溫箱7壁連接到多位閥16入口①，計算機I通過串口轉換器2將設定的程控指令傳遞給智能多位閥控制儀18控制多位閥驅動器17帶動多位閥16按照計算機編程指令轉動，在固定時間多位閥16入口①與多位閥16選定出口⑤接通，經(jīng)管線28連接到氣相色譜儀19進樣口，智能多位閥控制儀18將多位閥16當前狀態(tài)傳送到計算機I顯示，多位閥16出口⑥通過管線連接到質譜儀20進樣口。
[0034]色譜儀19經(jīng)串口 B39連接到計算機I，質譜儀20經(jīng)串口 B40連接到計算機I。
[0035]在計算機組態(tài)監(jiān)控軟件功能如下:
[0036]1.監(jiān)控反應爐溫度:輸入每個反應器的程序升溫表值，啟動反應器加熱爐，反應爐按照程序升溫，隨時讀取反應爐當前溫度值，以數(shù)字和曲線方式在屏幕上實時顯示，保存溫度歷史數(shù)據(jù)；[0037]2.監(jiān)控反應器氣體流量值:設定氣體質量流量器流量值，控制流量器按照此設定值運行，實時讀取當前流量，以數(shù)字和曲線方式在屏幕上實時顯示，保存流量歷史數(shù)據(jù)。
[0038]3.監(jiān)控反應器氣體壓力:實時監(jiān)控反應器壓力，以數(shù)字和曲線方式在屏幕上實時顯示，保存壓力歷史數(shù)據(jù)。
[0039]4.手機短信報警提示:設定溫度安全報警值，壓力安全報警值，氣體流量安全報警值，當監(jiān)測到裝置超過報警值時，啟動網(wǎng)絡報警，發(fā)送短信到相關人員的手機，提示及時處理。
[0040]5.選擇系統(tǒng)以切換方式運行:
[0041]a.設置電動四通閥的切換時間t ;
[0042]b.設置多位閥切換時間T ；
[0043]c.設置循環(huán)次數(shù)C ;
[0044]d.設置每個反應器的進氣種類；
[0045]點擊確認鍵后，指令下達給智能四通閥控制儀和智能多位閥控制儀，電動四通閥和多位閥按照計算機設定的時間進行氣路切換運行，按照此方式運行，總保持同一時刻一個反應器進反應氣，其它反應器進再生氣，當循環(huán)次數(shù)達到C后，反應過程自動停止。色譜儀在計算機的控制下按照同樣的周期T在線采樣分析。以此方法運行，實現(xiàn)了催化劑在線再生和產(chǎn)物連續(xù)輸出。
[0046]6.選擇系統(tǒng)以固定方式運行:
[0047]a.設置多位閥切換時間T和循環(huán)次數(shù)C ；
[0048]b.設置每個反應器要進的氣體種類；
[0049]點擊確認鍵后，指令下達給智能四通閥控制儀和智能多位閥控制儀，電動四通閥轉到選定的氣路位置后固定不動，多位閥按照設定的時間T進行氣路切換運行，色譜儀在計算機的控制下同樣按照T在線采樣分析。當循環(huán)次數(shù)達到C后，反應過程自動停止。若每個反應器裝有同一種或不同種類催化劑，即可實現(xiàn)同時進行多種催化劑評價和篩選。
【權利要求】
1.一種計算機控制的高通量多功能微反應系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)以計算機為核心，由九個單元組成，包括反應器單元，溫度控制單元，氣體流量控制單元，壓力檢測單元，電動四通閥控制單元，多位閥控制單元，閥門管線單元，分析儀單元，報警單元； 反應器單元經(jīng)串口轉換器與計算機通訊電纜連接； 溫度控制單元經(jīng)串口轉換器與計算機通訊電纜連接； 氣體流量控制單元經(jīng)串口轉換器與計算機通訊電纜連接； 壓力檢測單元經(jīng)串口轉換器與計算機通訊電纜連接； 電動四通閥控制單元經(jīng)串口轉換器與計算機通訊電纜連接； 多位閥控制單元經(jīng)串口轉換器與計算機通訊電纜連接； 分析儀單元經(jīng)串口與計算機通訊電纜連接； 報警單元經(jīng)串口與計算機通訊電纜連接。
2.根據(jù)權利I所述微反應系統(tǒng)，其特征在于: 計算機為系統(tǒng)提供組態(tài)監(jiān)控平臺，主要由串口轉換器和組態(tài)監(jiān)控軟件組成； 反應器單元為2個以上，其每個反應器單元由反應器，加熱爐，熱電偶，智能溫控儀組成；反應器置于加熱爐內部，反應器的外壁上設有測溫熱電偶，智能溫控儀通過導線分別與測溫熱電偶和 加熱爐連接；智能溫控儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接； 溫度控制單元由恒溫箱，加熱器，測溫熱電偶，伴熱帶，智能溫控儀組成；多位閥體置于恒溫箱內，反應器的出料口通過金屬管線與多位閥體的一個入口端相連；加熱器置于恒溫箱內，測溫熱電偶置于多位閥體的外壁上，一金屬管線的一端與多位閥的出口端相連、另一端伸出恒溫箱后與分析儀單元的進樣口相連，伸出恒溫箱的金屬管線外壁纏繞有伴熱帶，在伴熱帶與金屬管線之間埋有測溫熱電偶，智能溫控儀通過導線分別與測溫熱電偶和伴熱帶連接；智能溫控儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接； 氣體流量控制單元由氣體質量流量控制器，智能流量調節(jié)儀組成；智能流量調節(jié)儀通過導線與氣體質量流量控制器連接，智能流量調節(jié)儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接; 壓力檢測單元由壓力變送器，智能壓力顯示儀組成；于反應器的進料口處設有壓力變送器，智能壓力顯示儀通過導線與壓力變送器連接，智能壓力顯示儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接； 電動四通閥控制單元由電動四通閥，電動四通閥驅動器，智能四通閥控制儀組成；于反應器的進料口處設有電動四通閥，電動四通閥分別與反應器的進料口、氣體流量控制單元中的氣體質量流量控制器相連；電動四通閥驅動器與電動四通閥傳動連接；智能四通閥控制儀通過導線與四通閥驅動器相連，智能四通閥控制儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接； 多位閥控制單元由多位閥，多位閥驅動器，智能多位閥控制儀組成；多位閥驅動器與多位閥傳動連接；智能多位閥控制儀通過導線與多位閥驅動器相連，智能多位閥控制儀通過導線經(jīng)串口轉換器與計算機連接； 閥門管線單元由穩(wěn)壓閥、球閥、金屬管線組成；反應器的進料口通過金屬管線經(jīng)氣體質量流量控制器、穩(wěn)壓閥、球閥與外界氣源相連； 分析儀單元由色譜儀、質譜儀、或并聯(lián)的色譜儀與質譜儀組成；色譜儀和/或質譜儀與計算機通訊電纜連接； 報警單元由串行口，SM卡組成，SM卡經(jīng)串行口與計算機通訊電纜連接。
3.根據(jù)權利I所述的微反應系統(tǒng)，其特征在于: 電動四通閥和多位閥采用時序程控的運行方式，實現(xiàn)高通量反應器以切換方式和固定方式工作；計算機負責監(jiān)控系統(tǒng)溫度數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)實時自動備份，以及設定溫度，流量，壓力`安全報警值，提供手機短信的網(wǎng)絡報警。
【文檔編號】G01N35/00GK103777027SQ201210414322
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月25日 優(yōu)先權日:2012年10月25日
【發(fā)明者】譚大力, 郭曉光, 馬書啟, 傅強, 包信和 申請人:中國科學院大連化學物理研究所