本發(fā)明涉及一種高壓容器，具體涉及一種開放式高壓反應(yīng)容器的寬幅調(diào)壓穩(wěn)壓設(shè)計。本發(fā)明還涉及這種開放式高壓反應(yīng)容器的寬幅調(diào)壓穩(wěn)壓設(shè)計的工作方法。

本發(fā)明得到國家自然科學(xué)基金委（nsfc）重大科研儀器研制項目41227801和中國科學(xué)院科研裝備研制項目“深海模擬器abyssource研制”的資助，以及中國科學(xué)院資源地層學(xué)與古地理學(xué)重點實驗室（南京地質(zhì)古生物研究所）的協(xié)助。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的進步和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，壓力容器在石油、化工、輕工、醫(yī)藥、環(huán)保、食品、生物工程及國防等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，且數(shù)量日益增大，壓力容器壓力的恒定控制和準確穩(wěn)定地調(diào)節(jié)的要求也越來越高。在反應(yīng)釜中，由于液-液反應(yīng)或固-液反應(yīng)體系的弱可壓縮性，一些化學(xué)反應(yīng)形成新的物質(zhì)如產(chǎn)生沉淀所引起的體積變化就會造成密閉反應(yīng)釜壓力的急劇變化；包括容器的環(huán)境溫度等的波動也會引起反應(yīng)釜的壓力波動（李宏飛等，2005；傅獻彩，2005；dingk.et.al.2005）。有些理化過程中也需要控制平衡平穩(wěn)準確地調(diào)節(jié)反應(yīng)釜的壓力，以保證與壓力有關(guān)的理化反應(yīng)的進行（王玉甲等，2013；李浩然等，2016）。無疑，恒定的壓力及其壓力穩(wěn)定控制和準確穩(wěn)定地調(diào)節(jié)就是壓力容器系統(tǒng)中的重要因素。而在反應(yīng)進行的過程中，在保持壓力恒定的條件下，如何加入或排出反應(yīng)釜內(nèi)的物質(zhì)，一直是高壓密閉反應(yīng)中難以解決的問題（翟德明等2015；張一層等，2016）。

目前大多數(shù)恒壓反應(yīng)容器通過過程控制實現(xiàn)壓力容器的穩(wěn)壓設(shè)計，建立系統(tǒng)傳遞函數(shù)，結(jié)合數(shù)學(xué)工具進行分析和控制，通過壓力反饋自適應(yīng)調(diào)節(jié)變量，智能控制壓力恒定（jeffreyr.thummetal.,2001;李世倫等.2007；董賢信等，2014；高洪杰，2011）。但這種系統(tǒng)控制都是建立在機械模型最優(yōu)化的基礎(chǔ)上，在物理層面最大化的消除壓力大幅度波動的影響，再通過過程控制精確控制壓力恒定（thomaset.al.,1991；劉國學(xué)，2010.；胡學(xué)敏，2013；劉敬喜等，2012）。這種控制方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制響應(yīng)遠遠慢于壓力傳遞的速度（液體的壓力傳遞速度接近于音速），而大部分智能控制系統(tǒng)的時間響應(yīng)遠遠慢于壓力變化及其傳遞，從而使得過程控制過程中依然出現(xiàn)巨大的壓力波動，最近也出現(xiàn)了通過串接或并接一個蓄能器作為壓力波動緩沖的新設(shè)計方案（李懷明等,2009；王玉甲等2013；李浩然等，2016）。但是這種方法依然存在明顯的缺陷，一方面由于蓄能器（以氣囊式和彈簧式為例，重力活塞式不適合作為高壓環(huán)境的蓄能器）存在壓力緩沖限度，壓力變動過大，蓄能器的緩沖能力越差，當蓄能器氣囊壓力與設(shè)定壓力差距較大時，如0.5倍以上，蓄能器就幾乎沒有壓力緩沖能力，而壓力實驗中數(shù)倍的壓力變化調(diào)節(jié)是常常需要的，因此，簡單的串接或并接蓄能器對壓力的穩(wěn)定和控制調(diào)節(jié)的能力還是非常有限的。也就是說蓄能器的原始設(shè)定壓力與反應(yīng)釜實際所需壓力越接近，恒壓穩(wěn)壓效果越好，在實際反應(yīng)過程中壓力與蓄能器原有設(shè)定壓力差距越大，其恒壓緩沖能力就越差。另一方面，環(huán)境溫度的變化也會造成蓄能器壓力的變化，從而反而會造成系統(tǒng)，包括反應(yīng)釜壓力的變化，而一般情況下很少會對系統(tǒng)中的的蓄能器進行恒溫調(diào)節(jié)。

對于很多高壓恒壓反應(yīng)流程，通常需要在保持壓力不變的條件下增加物料或排出產(chǎn)物，這種高壓環(huán)境中的過程往往會帶來極大的壓力波動（王光雨，翁昔陽，一種超臨界二氧化碳介質(zhì)中酶催化制備醛類、烯醛類香料的方法。申請（專利）號：cn200610027858.2，已撤回）。這種在液-液反應(yīng)或固-液反應(yīng)過程中需要從高壓密閉反應(yīng)器增加或者排除反應(yīng)材料且保持壓力穩(wěn)定是難以做到的，但也是實際工作中非常需要的。

盡管大幅度擴大蓄能器體積可以增加壓力緩沖能力，但由于蓄能器一般體積較小，這帶來蓄能器緩沖范圍小，實驗或反應(yīng)過程中壓力的壓力波動難以得到緩沖和平衡。雖然蓄能器體積越大壓力緩沖會越大，但會造成反應(yīng)釜反應(yīng)物大量進入蓄能器造成實際參與反應(yīng)的反應(yīng)物的條件控制缺失等等。那么，如何在機械模型上對壓力容器系統(tǒng)進行優(yōu)化，解決壓力的大幅度波動是蓄能器壓力緩沖的一個難題。本發(fā)明涉及通過在反應(yīng)釜旁串聯(lián)或并聯(lián)的一個經(jīng)過特殊加工的蓄能器，其氣相接口處連接一個恒溫氣罐，并可以具有調(diào)節(jié)該恒溫高壓氣罐的壓力的氣壓壓力的控制系統(tǒng)。即通過來保持高壓氣罐的壓力的恒定以及正確平穩(wěn)地根據(jù)需要調(diào)節(jié)蓄能器的壓力，從而間接的調(diào)節(jié)或恒定反應(yīng)釜內(nèi)的壓力。當反應(yīng)釜中的物理過程、化學(xué)過程引起釜內(nèi)壓力高于或低于設(shè)定值時，串聯(lián)的蓄能器內(nèi)的液體就會進入反應(yīng)釜或者吸收來自高壓反應(yīng)釜的液體，由此吸收高出來的壓力或釋放壓力以穩(wěn)定反應(yīng)釜的壓力波動，始終保持容器內(nèi)壓力穩(wěn)定。當壓力波動超過蓄能器蓄能緩沖能力的時候（如較大幅度的壓力改變），可以通過調(diào)節(jié)蓄能器后級的氣罐壓力提供更大的緩沖能力，以保證反應(yīng)釜或反應(yīng)器工作對壓力的需要。

當反應(yīng)釜內(nèi)的壓力需要調(diào)整或改變時，只需要改變蓄能器內(nèi)的氣相部分的壓力就可以。而蓄能器氣囊或氣相部分的氣壓可以通過調(diào)整與其連接的恒溫氣罐的壓力來控制，由此可以來間接且準確地控制和調(diào)整反應(yīng)釜內(nèi)的液相-固相或液相-液相反應(yīng)的壓力穩(wěn)定控制和壓力恒定改變的要求。

例如，在地質(zhì)地球化學(xué)研究中，礦物的形成和變化通常與固體和液體間的物理化學(xué)過程有關(guān)，而對于這一相互關(guān)系的研究是一個地球科學(xué)非常重要的研究領(lǐng)域，而對于巖石礦物的形成和變化，其過程中壓力的影響因素和溫度等一樣，是非常重要的控制因素。

一方面，對于液-液反應(yīng)或固-液反應(yīng)過程中如果形成新的不同密度物質(zhì)，反應(yīng)物容積會發(fā)生改變，而由于液體或溶液的難以壓縮性，反應(yīng)器內(nèi)的壓力會發(fā)生急劇變化，從而改變了原有的設(shè)計要求，因此，保證反應(yīng)過程的壓力均一是保證實驗或反應(yīng)條件的重要因素。而隨著新的礦物的形成，溶液中反應(yīng)物的不斷減少，必然需要向系統(tǒng)添加新的反應(yīng)物，而添加過程以及產(chǎn)物的輸出過程中，也會帶來壓力的波動，從而造成對反應(yīng)的不穩(wěn)定以至于產(chǎn)物的不穩(wěn)定性。

另一方面，對于液-液反應(yīng)或固-液反應(yīng)，為保證反應(yīng)的連續(xù)進行，通常當需要向反應(yīng)釜連續(xù)或間斷性地添加反應(yīng)原料或反應(yīng)物的時候，必然會引起壓力的大幅度波動，當然，如果需要將反應(yīng)釜內(nèi)的產(chǎn)物連續(xù)或間斷性移除，這些動作或要求都會造成反應(yīng)釜內(nèi)部壓力的大幅度改變，從而因改變了反應(yīng)條件而影響反應(yīng)過程和反應(yīng)產(chǎn)物，因此，如何在連續(xù)或間斷性增加反應(yīng)物，以及連續(xù)或間斷性移除反應(yīng)產(chǎn)物的時候保持反應(yīng)釜內(nèi)的壓力不變，一直是高壓液-液反應(yīng)和固-液反應(yīng)中的難題。

再有就是有些實驗過程或研究過程中，需要穩(wěn)定準確的調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)的壓力，而對于液-液反應(yīng)或固-液反應(yīng)來說，這個調(diào)節(jié)難度相對較大，特別是高壓泵本身的特點，也是造成壓力調(diào)整困難的原因。

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技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中所述三個方面的問題，本發(fā)明的目的是提供一種開放式高壓反應(yīng)容器的寬幅調(diào)壓穩(wěn)壓設(shè)計，這是一種對于液-液反應(yīng)或固-液反應(yīng)器壓力控制的調(diào)壓穩(wěn)壓設(shè)計，主要涉及通過蓄能器的壓力緩沖及其穩(wěn)定調(diào)節(jié)，包括后級的壓力控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，來控制反應(yīng)器中壓力的大幅度波動，以及要求在反應(yīng)器的工作過程中需要準確穩(wěn)定地改變反應(yīng)器的壓力設(shè)計。本發(fā)明還提供這種開放式高壓反應(yīng)容器的寬幅調(diào)壓穩(wěn)壓設(shè)計的工作方法。

為實現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種開放式高壓反應(yīng)容器的寬幅調(diào)壓穩(wěn)壓設(shè)計，反應(yīng)釜外部設(shè)有恒溫系統(tǒng)，該反應(yīng)釜的釜內(nèi)出水口通過電磁閥i、電動調(diào)節(jié)閥i與蓄能器連通，其特征在于，所述的蓄能器通過電動調(diào)節(jié)閥ii電磁閥ii與單向閥（或截止閥）ii連接有高壓氣罐；在該蓄能器與高壓氣罐之間，通過電磁閥iii與單向閥（或截止閥）iii連接有高壓氣泵（或選裝氮氣或惰性氣體氣源）；同時，所述反應(yīng)釜的釜內(nèi)出水口通過電磁閥iv與單向閥（或截止閥）iv與液體容器連通，該液體容器中裝有試劑或水，該液體容器中還設(shè)有高壓液泵；釜內(nèi)排液口通過電磁閥v與單向閥（或截止閥）v接非循環(huán)液體排液口；同時，該電磁閥v與單向閥（或截止閥）v之間通過電磁閥vi在液體容器中開設(shè)循環(huán)液體出液口。

所述反應(yīng)釜的的釜蓋上設(shè)有有泄壓閥、安全閥、并可以根據(jù)各種需要設(shè)置各類傳感器，如壓力傳感器、溫度傳感器、壓力表等。

所述反應(yīng)釜可以根據(jù)需要具有加熱（制冷）裝置調(diào)節(jié)反應(yīng)釜溫度。

所述蓄能器與高壓氣罐之間（后級）的支路設(shè)有電動調(diào)節(jié)閥vii，該電動調(diào)節(jié)閥vii連通大氣。

所述蓄能器與高壓氣罐之間還可以設(shè)有壓力傳感器與壓力表。

所述高壓氣罐上設(shè)有氣壓調(diào)節(jié)閥viii；

所述蓄能器的氣相區(qū)采用能夠與密封管道固定鏈接的形式。即，本發(fā)明中的蓄能器是將市售蓄能器的氣相區(qū)略加改造。以氣囊式蓄能器為例，將該種類型的蓄能器的充氣接口改造成密封口內(nèi)部加含缺口的墊片，從而保證其在任何條件下使充氣口和氣囊連接，并根據(jù)充氣閥接口標準加工固定接口，以便和高壓氣罐等的管道可以有效連接。

所述高壓氣泵、高壓液泵和傳感器及電磁閥及電動調(diào)節(jié)閥等上連接有控制電路或控制電腦（上位機）。

所述蓄能器通過電磁閥和電動調(diào)節(jié)閥與反應(yīng)釜串連（或并聯(lián)）在一起，當反應(yīng)釜內(nèi)由于物理過程或化學(xué)反應(yīng)等發(fā)生體積改變或壓力改變時，以及當反應(yīng)釜外部物質(zhì)需要通過高壓注入或泵入反應(yīng)釜時，電磁閥可開啟，反應(yīng)釜和蓄能器聯(lián)通，二者壓力保持隨液體流動的平衡，壓力很快一致從而保證系統(tǒng)內(nèi)壓力平穩(wěn)恒定。而串接的電動調(diào)節(jié)閥可以控制壓力波動幅度和波形。

所述高壓氣罐起到補充蓄能器緩沖能力和調(diào)節(jié)壓力的作用。從理論上來說，蓄能器只能夠緩沖或減小反應(yīng)釜壓力波動，而不能消除壓力波動，而緩沖能力與蓄能器大小關(guān)系密切，特別是與設(shè)定壓力之間的壓力差大小有關(guān)。由于反應(yīng)釜的壓力波動過大，蓄能器并不能完全滿足系統(tǒng)緩沖能力抵消系統(tǒng)壓力波動的需求。故在蓄能器上連接一個高壓氣罐以提高蓄能器的緩沖能力，以保證反應(yīng)釜在壓力改變時不會發(fā)生大的壓力變化。

所述高壓氣罐起到穩(wěn)定蓄能器壓力、調(diào)節(jié)蓄能器壓力及由此調(diào)節(jié)反應(yīng)釜壓力的作用。由于蓄能器與反應(yīng)釜相連，反應(yīng)釜的壓力同蓄能器的氣相部分的壓力保持一致。當經(jīng)過改造的蓄能器的充氣口所連接的高壓氣罐的壓力改變時，蓄能器的液相壓力也隨之改變，因而反應(yīng)釜的壓力也會與之改變保持一致，從而保證了反應(yīng)器或反應(yīng)釜在實驗或工作過程中改變壓力的需要，同時由于這個壓力改變具有恒壓穩(wěn)壓作用，因此，由此系統(tǒng)控制的壓力是準確而穩(wěn)定的。

所述的蓄能器起到儲存反應(yīng)物及將其推入或注入反應(yīng)釜的作用，起到高壓泵的作用。當需要將外界流體輸入到反應(yīng)釜時，可以先將連接反應(yīng)釜和蓄能器之間的電磁閥及電動調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，并關(guān)閉蓄能器和高壓氣罐的電磁閥，打開蓄能器后級的電動調(diào)節(jié)閥釋放壓力，用普通水泵將需要的液體定量半定量地泵入或注入到蓄能器中，關(guān)閉泄壓的電動調(diào)節(jié)閥，打開蓄能器和高壓氣罐的電動調(diào)節(jié)閥，給蓄能器加壓，并利用高壓氣罐和反應(yīng)釜的壓力差，以及適當調(diào)節(jié)反應(yīng)釜對外排放物質(zhì)的流量，讓蓄能器內(nèi)的反應(yīng)物以接近等壓的方式進入反應(yīng)釜。

一般情況下，高壓蓄能器的充氣不能用空氣，因為空氣中的氧氣對蓄能器存在不安全性，需要使用氮氣或其他惰性氣體。

本發(fā)明創(chuàng)造性地將工業(yè)上液壓起重機的附件裝置，即蓄能器經(jīng)過改造后用于高壓液-液反應(yīng)或固-液反應(yīng)中壓力的異常變化的控制，以及對蓄能器的特異性改造使蓄能器可以用于這些物理、化學(xué)反應(yīng)中對壓力恒定或壓力恒定改變的控制需要以及如何在保持反應(yīng)釜壓力恒定不變的條件下向反應(yīng)釜加入新物質(zhì)，排出反應(yīng)物，使得以前難以實現(xiàn)的這些反應(yīng)過程的條件要求成為可能，特別是可以滿足模擬與表層存在物質(zhì)交換，同時又保持高壓的海底或地球深部的物理和化學(xué)及生物等過程成為可能。

同時，基于項目組簡單實驗裝置的驗證證明，蓄能器的氣相容積大小，以及與此相關(guān)的電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)，可以改變因高壓水泵向反應(yīng)釜泵入液體時造成的壓力波動，或者改變波動的大小和形狀。

換言之，本發(fā)明的方案是（參照附圖）：一種開放式高壓恒壓反應(yīng)器的寬幅調(diào)壓穩(wěn)壓設(shè)計方案，包括依次相連的高壓氣泵、具有溫度控制的恒溫高壓氣罐、高壓氣罐恒溫系統(tǒng)、電動調(diào)節(jié)閥i，ii，v，vii，viii、壓力傳感器、壓力表、電磁閥i，ii，iv，v，vi、蓄能器、試劑或反應(yīng)液控制室和高壓液泵、單向截止閥iv，和反應(yīng)釜或反應(yīng)器。反應(yīng)器上可以根據(jù)需要設(shè)置有壓力傳感器、溫度傳感器、安全閥、泄壓閥以及恒溫系統(tǒng)，釜內(nèi)外有根據(jù)需要設(shè)定位置的進出水口及循環(huán)進出水口。

壓力恒定和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)由高壓氣泵、具有溫度控制的恒溫高壓氣罐、高壓氣罐恒溫系統(tǒng)、電動調(diào)節(jié)閥ii，viii、壓力傳感器、壓力表、電磁閥ii和蓄能器構(gòu)成，用于控制和調(diào)節(jié)蓄能器氣相部分的壓力。

其中所述的蓄能器是經(jīng)過上述的簡單改造，其充氣接口與電磁閥ii連接，之后是氣體壓力控制系統(tǒng)（高壓氣泵、恒溫高壓氣罐、反應(yīng)器和高壓氣罐恒溫系統(tǒng)、電動調(diào)節(jié)閥、壓力傳感器、壓力表），所述的空氣壓力控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制蓄能器的氣體壓力，并由此控制蓄能器的液相壓力和與此相連的反應(yīng)器或反應(yīng)釜的壓力，以及使反應(yīng)釜或反應(yīng)器液相的壓力緩沖能力達到最大。

系統(tǒng)在運行時不但可以通過高壓液泵輸入新的反應(yīng)物以及通過排液口排出反應(yīng)釜內(nèi)的液體進行內(nèi)外物質(zhì)交換，并且可以在反應(yīng)釜內(nèi)外物質(zhì)交換過程中保證反應(yīng)釜內(nèi)的壓力恒定，或者可以根據(jù)要求進行穩(wěn)定調(diào)節(jié)。

如果反應(yīng)釜內(nèi)部在反應(yīng)過程中或物理化學(xué)過程中發(fā)生體積改變造成壓力變化時，其連接的蓄能器及其壓力控制系統(tǒng)可以使反應(yīng)釜壓力保持不變。

新反應(yīng)物可以通過高壓液泵經(jīng)電磁閥iv和單向閥iv控制直接加入到反應(yīng)釜（電磁閥i打開，電磁閥v，vi關(guān)閉），蓄能器及其高壓氣罐起到降低壓力波動的作用。

新反應(yīng)物可以通過高壓液泵經(jīng)電磁閥iv和單向閥iv控制間接加入到反應(yīng)釜：通過加入不大于蓄能器的液相區(qū)域容積的液體到蓄能器中，通過調(diào)節(jié)蓄能器的后級氣罐壓力，以使壓力同設(shè)定壓力一致。當調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥i、ii、v打開，并順序打開電磁閥i和電磁閥v（或vi），高壓氣罐氣壓推動蓄能器膜片把蓄能器液相部分的液體恒壓推入反應(yīng)釜，而反應(yīng)釜中的液體流出反應(yīng)釜。這個過程通常要求電動調(diào)節(jié)閥v的開度小于電磁調(diào)節(jié)閥i和ii。當蓄能器中的液體大部分進入反應(yīng)釜后，順序關(guān)閉電動調(diào)節(jié)閥vi、i和ii，順序關(guān)閉電磁閥v（或vi）、ii和i，至此，恒壓更換反應(yīng)釜內(nèi)的液體結(jié)束。該過程保證通過釜內(nèi)排液口流出反應(yīng)釜液體隨時有保證壓力的液體從蓄能器供應(yīng)，從而達到保證壓力不變的條件下使反應(yīng)釜內(nèi)外物質(zhì)交流。

其中所述高壓氣罐連接蓄能器的后級氣囊充氣口，氣罐的壓力控制系統(tǒng)可以隨時調(diào)整氣罐的壓力，同時調(diào)節(jié)了蓄能器氣囊的壓力，從而精確控制和調(diào)節(jié)于蓄能器連接的反應(yīng)器的壓力。

蓄能器的后級高壓氣罐可以具有恒溫設(shè)計和功能以提高氣罐的氣壓不受環(huán)境溫度改變的影響。

對于較高壓力的恒壓穩(wěn)壓和壓力調(diào)節(jié)，氣囊內(nèi)及后級的氣壓控制系統(tǒng)，建議使用氮氣或其他惰性氣體。如果條件可以，也可以對蓄能器整體進行恒溫控制以保證蓄能器氣相或氣囊壓力的穩(wěn)定。

完成本申請第二個發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是，上述開放式高壓反應(yīng)容器的寬幅調(diào)壓穩(wěn)壓設(shè)計的工作方法，其特征在于，步驟如下：

打開反應(yīng)釜外的恒溫系統(tǒng)，達到事先設(shè)定的恒溫條件時，開始物理過程或化學(xué)反應(yīng)；

新反應(yīng)物可以通過高壓泵經(jīng)電磁閥iv和單向閥iv控制間接加入到反應(yīng)釜：

當反應(yīng)釜內(nèi)由于物理過程或化學(xué)反應(yīng)等發(fā)生體積改變或壓力改變時，以及當反應(yīng)釜外部物質(zhì)需要通過高壓注入或泵入反應(yīng)釜時，開啟電動調(diào)節(jié)閥i、電磁閥i，反應(yīng)釜和蓄能器聯(lián)通，二者壓力保持隨液體流動的平衡，壓力很快一致從而保證系統(tǒng)內(nèi)壓力平穩(wěn)恒定；如果需要某種變化的壓力以及壓力變化的特殊波形，則可以通過其串接的電動調(diào)節(jié)閥i的大小和開閉速度等進行控制；

當反應(yīng)釜的壓力波動過大，蓄能器并不能完全滿足系統(tǒng)緩沖能力抵消系統(tǒng)壓力波動的需求時，開啟電磁閥ii與單向閥（或截止閥）ii連接高壓氣罐，間接增大蓄能器的氣相體積以提高蓄能器的緩沖能力，以保證反應(yīng)釜在壓力改變時不會發(fā)生大的壓力變化；

當需要將外界流體輸入到反應(yīng)釜時，先將反應(yīng)釜和蓄能器之間的電磁閥i關(guān)閉，并關(guān)閉蓄能器和高壓氣罐的電磁閥ii與單向閥（或截止閥）ii，開啟電動調(diào)節(jié)閥vii釋放蓄能器中的氣體，至其與大氣壓平衡；

打開電磁閥iv和電動調(diào)節(jié)閥i，用普通水泵（也可以用高壓液泵）將需要的液體定量半定量地泵入或注入到蓄能器液相容積（下部）中。泵入完成后，關(guān)閉泄壓的電動調(diào)節(jié)閥vii，打開蓄能器和高壓氣罐的電動調(diào)節(jié)閥ii和電磁閥ii，使蓄能器氣相壓力到設(shè)計壓力（通常同高壓氣罐一致），順序打開電動調(diào)節(jié)閥i電磁閥i和電動調(diào)節(jié)閥vi和電磁閥vi（或v），讓電動調(diào)節(jié)閥v的流量或通量不大于電動調(diào)節(jié)閥i，利用高壓氣罐的壓力將蓄能器中的液體推入到反應(yīng)釜中。適當調(diào)節(jié)反應(yīng)釜對外排放物質(zhì)的流量，讓蓄能器內(nèi)的反應(yīng)物以接近等壓的方式進入反應(yīng)釜，也可以控制進出反應(yīng)釜的流量和流速；

當反應(yīng)時間過長或反應(yīng)釜恒壓系統(tǒng)泄漏所引起的壓力變化而蓄能器及高壓氣罐難以恒定反應(yīng)釜的壓力時，打開電磁閥iii與單向閥（或截止閥）iii，并啟動高壓氣泵進行補壓；也可以通過高壓氣泵調(diào)節(jié)高壓氣罐的壓力，以便給反應(yīng)釜某個設(shè)定的壓力改變曲線。

本發(fā)明利用氣體的可壓縮性解決液液反應(yīng)和固液反應(yīng)中因為不可壓縮性造成的壓力劇變。而從用于液壓起重機的蓄能器，進過簡單改造之后，不但可以應(yīng)用蓄能器的儲能原理保持反應(yīng)容器的壓力穩(wěn)定以及根據(jù)需要隨時準確穩(wěn)定地改變反應(yīng)釜的壓力，同時還可以隨時根據(jù)需要在保持反應(yīng)釜壓力不變的情況下，向反應(yīng)釜輸入物質(zhì)或輸出物質(zhì)，以及可以用普通水泵替代高壓水泵向反應(yīng)釜注入物質(zhì)。其優(yōu)勢在于安全性能高，整個體系的壓力波動小，精確控制反應(yīng)容器的壓力，特別是保持壓力不變的情況下使反應(yīng)釜具有開放性物質(zhì)交換能力。

附圖說明

圖1為恒壓反應(yīng)容器的穩(wěn)壓調(diào)壓設(shè)計的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為近海底礦化模擬器運行曲線圖；

圖3顯示通過調(diào)節(jié)蓄能器后級氣相氣壓以及電動調(diào)節(jié)閥i和ii和v的大小，壓力的波動曲線（方波）。

具體實施方案

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明實施例中的不少于五種技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。以下各種調(diào)節(jié)可以通過連接高壓氣泵、電磁閥及電動調(diào)節(jié)閥以及壓力傳感器的上位機或控制器進行自動調(diào)節(jié)和控制。

實施例1，單一蓄能器的恒壓穩(wěn)壓作用過程。如圖1所示，包括依次相連的電動調(diào)節(jié)閥i、電磁閥i、iv、蓄能器、試劑或反應(yīng)液控制室和高壓液泵、單向截止閥iv，和反應(yīng)釜或反應(yīng)器。反應(yīng)器上可以根據(jù)需要設(shè)置有壓力傳感器、溫度傳感器、安全閥、泄壓閥以及恒溫系統(tǒng)，釜內(nèi)外有根據(jù)需要設(shè)定位置的進出水口。當單獨的液-液反應(yīng)或固-液反應(yīng)存在因容積造成壓力變化時，與此相連的蓄能器的氣相部分能夠?qū)Ψ磻?yīng)釜起到一定的穩(wěn)壓作用，而電動調(diào)節(jié)閥i的開閉流量或通量大小可以改變壓力變化過程中蓄能器恒壓穩(wěn)壓過程的響應(yīng)時間，以及與此相關(guān)的壓力曲線形狀。

實施例2，單一蓄能器的擴展恒壓穩(wěn)壓作用過程。如圖1所示，包括依次相連的高壓氣泵、具有溫度控制的恒溫高壓氣罐、高壓氣罐恒溫系統(tǒng)、電動調(diào)節(jié)閥ii，電動調(diào)節(jié)閥i，電動調(diào)節(jié)閥viii，電動調(diào)節(jié)閥v，電動調(diào)節(jié)閥vii、壓力傳感器、壓力表、電磁閥ii，電磁閥iv，電磁閥vi，電磁閥i，電磁閥v、蓄能器、試劑或反應(yīng)液控制室和高壓液泵、單向截止閥iv，和反應(yīng)釜或反應(yīng)器。反應(yīng)器上可以根據(jù)需要設(shè)置有壓力傳感器、溫度傳感器、安全閥、泄壓閥以及恒溫系統(tǒng)，釜內(nèi)外有根據(jù)需要設(shè)定位置的進出水口。當單獨的液-液反應(yīng)或固-液反應(yīng)存在因容積造成壓力變化超出單一蓄能器能夠承受的恒壓穩(wěn)壓能力時，通過高壓氣泵對高壓氣罐進行充氣加壓，使其達到反應(yīng)釜的設(shè)定壓力要求。即首先關(guān)閉電磁閥i和電動調(diào)節(jié)閥i，打開電磁閥iii，啟動高壓氣泵到高壓氣罐壓力等于設(shè)定壓力，關(guān)閉電磁閥iii。此時高壓氣罐的壓力通過蓄能器傳遞到反應(yīng)釜，反應(yīng)釜的壓力變化可以通過蓄能器及其擴展的高壓氣罐得到穩(wěn)定和穩(wěn)壓。

實施例3，擴展的可調(diào)節(jié)蓄能器恒壓穩(wěn)壓作用過程。

基于方案1和方案2的過程，如果由于反應(yīng)時間過長存在反應(yīng)釜恒壓系統(tǒng)泄漏所引起的壓力變化而蓄能器及高壓氣罐難以恒定反應(yīng)釜的壓力時，通過啟動高壓氣泵進行補壓。另一種方法是如果需要的反應(yīng)釜在不同時間和不同階段設(shè)定不同的壓力需要時，可以通過高壓氣泵隨時調(diào)節(jié)高壓氣罐和蓄能器的壓力，而反應(yīng)釜內(nèi)的壓力變化速度可以通過電動調(diào)節(jié)閥ii和電動調(diào)節(jié)閥i進行控制，如果調(diào)節(jié)閥開大，反應(yīng)釜的壓力變化速度快，梯度大；如果調(diào)節(jié)閥打開小，則壓力變化速度小，調(diào)節(jié)平穩(wěn)。這個過程可以模擬類似海洋潮汐過程中水底壓力的變化，以及直接以方波、三角波等形式的壓力曲線作用于反應(yīng)釜。

實施例4，恒壓穩(wěn)壓條件下的反應(yīng)釜內(nèi)外物質(zhì)交流。基于方案1，2和3的過程，如果在以上過程中需要將外界的流體或物質(zhì)送入到反應(yīng)釜中而盡量不引起反應(yīng)釜的壓力變化，打開電磁閥i、ii和電動調(diào)節(jié)閥i、ii，聯(lián)通蓄能器以及其后級的高壓氣罐。一方面需要調(diào)節(jié)高壓液泵的流速和壓力，使得高壓液泵向反應(yīng)釜內(nèi)注入物質(zhì)，此時因為蓄能器和高壓氣罐的恒壓作用，在高壓液泵向反應(yīng)釜泵入液體的過程中，不會引起大的壓力改變。或者在需要向外釋放液體時，開啟電磁閥vi，電磁閥v和電動調(diào)節(jié)閥v可以恒壓地向外釋放物質(zhì)。即可以通過蓄能器的緩沖作用來恒定由于高壓泵的輸入造成的壓力改變，或者向外釋放物質(zhì)時造成壓力的突然變小。也可以在高壓液泵開啟的情況下，開啟電磁閥i、ii和電動調(diào)節(jié)閥i、ii，讓反應(yīng)釜聯(lián)通蓄能器以及其后級的高壓氣罐，并開啟電磁閥vi，電磁閥v和電動調(diào)節(jié)閥v，使電動調(diào)節(jié)閥v的通量或開度小于電動調(diào)節(jié)閥i，這樣在高壓泵向反應(yīng)釜輸入液體時，可以恒壓地向外釋放物質(zhì)，進行物質(zhì)交換。

實施例5，恒壓穩(wěn)壓條件下的反應(yīng)釜內(nèi)外擴展物質(zhì)交流，該方案主要是利用蓄能器的液相空間容積，受到后級連接到高壓氣罐的蓄能器的氣相的推動，將注入到液相容積內(nèi)的液體推入反應(yīng)釜。該方案不但可以恒壓地將外界物質(zhì)送入反應(yīng)釜，同時可以不受高壓泵加壓能力的限制，可以用普通水泵或低壓水泵把需要加入到高壓反應(yīng)釜的液體，在保持反應(yīng)釜高壓的條件下把需要的液體加入到反應(yīng)釜中。在將蓄能器液相中的液體推入反應(yīng)釜時，可以根據(jù)電動調(diào)節(jié)閥i和電動調(diào)節(jié)閥v的開度來穩(wěn)定控制或者準確恒定反應(yīng)釜內(nèi)的壓力。具體實例控制如下：關(guān)閉電磁閥i，ii，以及關(guān)閉電動調(diào)節(jié)閥ii，適度打開電動調(diào)節(jié)閥vii釋放蓄能器中的壓力氣體至大氣平衡或某一氣壓，打開電磁閥iv，啟動高壓液泵或水泵，將需要注入到反應(yīng)釜的液體輸入到蓄能器的液相區(qū)。關(guān)閉電磁閥iv和高壓液泵或水泵，關(guān)閉電動調(diào)節(jié)閥vii。打開電磁閥ii和電動調(diào)節(jié)閥ii，用高壓氣罐將蓄能器內(nèi)的氣相壓力調(diào)節(jié)到所需的設(shè)定壓力，該壓力也等于蓄能器內(nèi)的新注入液體的壓力并同反應(yīng)釜設(shè)定的壓力一致。打開電磁閥i和電動調(diào)節(jié)閥i，連通蓄能器的液相區(qū)和反應(yīng)釜，打開電磁閥v。逐漸打開電動調(diào)節(jié)閥v（或vi），讓高壓氣罐的氣體壓力推動蓄能器的氣相，將蓄能器中的液體推入反應(yīng)釜，同時通過電動調(diào)節(jié)閥v把反應(yīng)釜中的物質(zhì)交換出來。一般來說，電動調(diào)節(jié)閥v的開度應(yīng)小于電動調(diào)節(jié)閥i，此過程中，可以根據(jù)需要，改變高壓氣泵調(diào)節(jié)高壓氣罐的壓力來保證施加到蓄能器上的壓力及由此連接的反應(yīng)釜的壓力。

具體實施結(jié)果實例：

以下是項目組根據(jù)該發(fā)明專利的構(gòu)架，在設(shè)計的設(shè)備上的具體應(yīng)用。以下實施實例均是在安裝有經(jīng)過改造的蓄能器，并且正常運行的條件的實例。關(guān)閉蓄能器緩沖功能會造成反應(yīng)釜壓力的數(shù)十倍增加而使系統(tǒng)出現(xiàn)保護性停機，故沒有數(shù)據(jù)記錄。

參照圖2：接近恒定時間段定量向反應(yīng)釜泵入液體時，不同體積的蓄能器對于壓力變化沖擊的緩沖能力。蓄能器氣相容積越小，緩沖能力越弱，氣相體積越大，緩沖能力越強。該圖同時顯示，反應(yīng)釜壓力可以隨時進行調(diào)整調(diào)節(jié)（減壓）。

參照圖3，通過調(diào)節(jié)蓄能器后級氣相氣壓以及電動調(diào)節(jié)閥i和ii和v的大小，可以壓力的波動曲線（方波）。