[发明专利]一种放热式管式反应器相变取热与温控效果的测试系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及测试系统技术领域，具体地说，是一种放热式管式反应器相变取热与温控效果的测试系统。

【背景技术】

管式固定床反应器在化学工业和石油化工工业中应用广泛。管式反应器的结构可以是单管，也可是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充有颗粒催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如费托合成列管式固定床反应器。

管式固定床反应器，多用于强放/吸热且反应进行很快的情况。对于进行强放热反应的反应器，移热、控温是反应器设计和控制的关键。若热量不能及时取走，床层发生超温时将在短时间内迅速升温，一方面使催化剂积炭，导致活性下降甚至完全失活，产物组成发生变化；另一方面会使温度高于反应器材料所能承受的温度，从而导致事故发生。此外，管式固定床反应器内进行强放热反应时，由于沿反应管轴向反应速率不同，沿轴向的放热速率不同，使反应管轴向温度分布不均匀，这不仅引起较大的轴向温差，影响反应设备的寿命；而且使得催化床层只有一小部分催化剂在最佳的温度下操作，影响了催化剂效率的发挥。因此，开发具有高效换热能力的反应管，将反应放出的热量快速移走，同时减小反应管轴向温度分布不均匀性，成为进行强放热反应的管式反应器放大中亟待解决的问题。

强放热式管式固定床反应器的反应热是通过管外冷却工质的沸腾相变换热移走的，沸腾换热的能力是影响反应器移热、控温的关键。为强化沸腾相变传热，国内外已开发了多种能强化沸腾换热的换热管，为了有效地将高效换热管用做工业反应器的反应管，提高运行的可靠性，有必要进行移热效果和温控效果的评价，从而进一步优化反应管结构参数和移热系统，为设计及运用提供依据。因此开发能有效评价放热式管式反应器相变取热与温控效果的测试系统意义重大。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种放热式管式反应器相变取热与温控效果的测试系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种放热式管式反应器相变取热与温控效果的测试系统，其包含放热式反应管模拟组件，蒸发容器，冷却工质温控系统，液位监控装置；

放热式反应管模拟组件，用于模拟工业放热式反应器的反应管的工作状况，测量、获取管壁轴向温度分布、温差及管外相变换热的效果，以便为工业反应管设计提供数据和评价各种反应管的取热与温控效果。

蒸发容器，盛装有对所述被测放热式反应管模拟组件进行沸腾相变冷却的冷却工质；

冷却工质温控系统，用于控制所述冷却工质的温度；

稳液防冲挡板，用于防止冷却工质温控系统引起的冷却工质的流动对所述被测反应管换热效果造成影响；

反应管固定装置，用于将所述被测反应管固定在所述蒸发容器的冷却工质中；

冷凝和压力调节系统，用于冷凝回流所述蒸发容器中产生的蒸汽、并监控该蒸汽的压力；

液位监控装置，用于监控所述蒸发容器内的冷却工质的液位；及数据采集系统，用于测量、采集并监控所述冷却工质的压力、温度和被测反应管的表面温度。

所述被测反应管为放热式反应管模拟组件，所述放热式反应管模拟组件包括：电连接直流稳压电源的加热棒，加热棒设计具有两种方式，通过控制缠绕的加热丝的疏密来实现：一种是沿加热棒轴向热电丝均匀地缠绕，保证沿加热棒轴向产热均匀，用于模拟理想状态下沿反应管轴向均匀放热的情况；另一种是沿加热棒轴向热电丝分数段均匀缠绕，每一段缠绕的热电丝疏密不同，使得沿加热棒轴向分段产热均匀而段与段间产热不同，用于模拟实际情况中沿反应管轴向变热流密度的工况。两种情况下，加热棒均做成一整体；及一套在所述加热棒外面的测试表面管，所述测试表面管与所述加热棒呈间隙配合，在间隙中填充有导热胶。为准确的测量测试表面管的壁温，所述测试表面管分成若干段套在所述加热棒上，在每一段测试表面管的两端管壁厚中部加工有若干个深一定尺寸的孔，在加工的孔中埋有测温热电偶。测试表面管的段与段间填有导热胶，以使各段接触良好。所述放热式反应管模拟组件的两个头端均进行绝热处理，防止热量从两端散失。

蒸发容器为一密封的不锈钢制圆筒容器，容器外敷设有保温材料。

所述冷却工质温控系统包括：电源控制与测量装置，用于控制输入制冷工质的电功率；及一组置于制冷工质中的辅助加热器；

所述的辅助加热器做成螺旋型，均匀地垂直布置于蒸发容器内。

所述稳液防冲挡板位于辅助加热器与测试放热式反应管模拟组件间，为加工有许多均匀小孔的不锈钢圆筒。