[发明专利]开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计及其工作方法

说明书

开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计及其工作方法，反应釜外部设有恒温系统釜内出水口通过电磁阀、电动调节阀与蓄能器连通，蓄能器通过电动调节阀电磁阀与单向阀连接有高压气罐；该蓄能器与高压气罐之间连接有高压气泵；反应釜的釜盖上通过电磁阀与单向阀与液体容器连通，液体容器中装有试剂或水，还设有高压液泵；釜内排液口通过电磁阀与单向阀接非循环液体排液口；同时，该电磁阀与单向阀之间通过电磁阀在液体容器中开设循环液体出液口。本发明应用蓄能器的储能原理保持反应容器的压力稳定，再应用高压气罐不断给蓄能器提供能量，其优势在于安全性能高，整个体系的压力波动小，精确控制反应容器的压力，保持体系压力稳定性。

技术领域

本发明涉及一种高压容器，具体涉及一种开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计。本发明还涉及这种开放式高压反应容器的宽幅调压稳压设计的工作方法。

本发明得到国家自然科学基金委（NSFC）重大科研仪器研制项目41227801和中国科学院科研装备研制项目“深海模拟器Abyssource研制”的资助，以及中国科学院资源地层学与古地理学重点实验室（南京地质古生物研究所）的协助。

背景技术

随着科学技术的进步和工业生产的发展，压力容器在石油、化工、轻工、医药、环保、食品、生物工程及国防等工业领域得到广泛应用，且数量日益增大，压力容器压力的恒定控制和准确稳定地调节的要求也越来越高。在反应釜中，由于液-液反应或固-液反应体系的弱可压缩性，一些化学反应形成新的物质如产生沉淀所引起的体积变化就会造成密闭反应釜压力的急剧变化；包括容器的环境温度等的波动也会引起反应釜的压力波动（李宏飞等，2005；傅献彩，2005；Ding K. et.al. 2005）。有些理化过程中也需要控制平衡平稳准确地调节反应釜的压力，以保证与压力有关的理化反应的进行（王玉甲等，2013；李浩然等，2016）。无疑，恒定的压力及其压力稳定控制和准确稳定地调节就是压力容器系统中的重要因素。而在反应进行的过程中，在保持压力恒定的条件下，如何加入或排出反应釜内的物质，一直是高压密闭反应中难以解决的问题（翟德明等2015；张一层等，2016）。

目前大多数恒压反应容器通过过程控制实现压力容器的稳压设计，建立系统传递函数，结合数学工具进行分析和控制，通过压力反馈自适应调节变量，智能控制压力恒定（Jeffrey R. Thumm et al.,2001; 李世伦等. 2007；董贤信等，2014；高洪杰，2011）。但这种系统控制都是建立在机械模型最优化的基础上，在物理层面最大化的消除压力大幅度波动的影响，再通过过程控制精确控制压力恒定（Thomas et. al.,1991；刘国学，2010.；胡学敏，2013；刘敬喜等，2012）。这种控制方式结构复杂，控制响应远远慢于压力传递的速度（液体的压力传递速度接近于音速），而大部分智能控制系统的时间响应远远慢于压力变化及其传递，从而使得过程控制过程中依然出现巨大的压力波动，最近也出现了通过串接或并接一个蓄能器作为压力波动缓冲的新设计方案（李怀明等,2009；王玉甲等2013；李浩然等，2016）。但是这种方法依然存在明显的缺陷，一方面由于蓄能器（以气囊式和弹簧式为例，重力活塞式不适合作为高压环境的蓄能器）存在压力缓冲限度，压力变动过大，蓄能器的缓冲能力越差，当蓄能器气囊压力与设定压力差距较大时，如0.5倍以上，蓄能器就几乎没有压力缓冲能力，而压力实验中数倍的压力变化调节是常常需要的，因此，简单的串接或并接蓄能器对压力的稳定和控制调节的能力还是非常有限的。也就是说蓄能器的原始设定压力与反应釜实际所需压力越接近，恒压稳压效果越好，在实际反应过程中压力与蓄能器原有设定压力差距越大，其恒压缓冲能力就越差。另一方面，环境温度的变化也会造成蓄能器压力的变化，从而反而会造成系统，包括反应釜压力的变化，而一般情况下很少会对系统中的的蓄能器进行恒温调节。