非均相催化产气反应速率自适应调控器及反应器

本技术涉及化学反应控制，具体涉及一种能够根据反应器内部压力变化自动调节反应速率并可实现反应自终止的非均相催化反应速率调控器及使用该调控器的反应器。

背景技术：

1、在非均相产气反应过程中，特别是涉及非均相催化有气体生成的反应如水解制氢、催化重整、有机合成等，反应速率常随温度、压力、浓度等因素变化。若反应速率过快，可能导致反应器内压力骤升，存在安全隐患；若需人为干预调节，则操作繁琐且响应滞后。目前常见的控制方式多依赖外部仪表监测与阀门调节，结构复杂，成本较高，且难以实现快速自调节与自动终止。此外，现有控制装置通常固定安装于反应器顶部，安装位置受限，无法灵活适应不同容器结构。因此，本实用新型提供一种结构简单、无需外部动力、能根据反应器内部压力自动调节反应速率、且安装灵活的控制装置，有利于反应的自动有序进行。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种非均相催化产气反应速率自适应调控器。该调控器利用反应自身产气的压力作为驱动源，通过纯机械结构自动调节催化剂有效作用面积，实现反应速率的可控调节与危险压力下的自动终止；同时该装置安装位置灵活，可适应多种反应器结构。

2、本实用新型采取以下技术方案：

3、一种非均相催化产气反应速率自适应调控器，包括盖体1、压动组件、外罩套管8、催化剂封装体；所述盖体1具有一上盖，上盖向下延伸一台阶结构，台阶结构的上部与反应器接口密封连接，台阶结构的下部与外罩套管8密封连接；台阶结构的中心具有一导管安装孔；导管安装孔通过一大气连通孔101与外部连通；所述压动组件包括导管2、密封头3、连杆4、弹簧5、弹簧限位器6；所述导管2安装于导管安装孔内，弹簧限位器6固定在导管2下端；连杆4上端穿过弹簧限位器6伸入导管2内并与密封头3连接，中部固定设置一凸缘401，弹簧5被限位在凸缘401和弹簧限位器6之间；所述催化剂封装体包括催化剂罩7、催化剂封装主体；所述催化剂罩包括顶盖705、密封底盘702，二者对催化剂封装主体进行夹持，夹持后由连杆4底部的锁紧螺丝402锁紧固定；所述外罩套管8螺纹固定在台阶结构的下部，其中部具有一变径部，当反应器内压力增大，推动连杆4带动催化剂罩7及催化剂封装主体克服弹簧5的弹力向上移动，从而改变催化剂封装主体露出于外罩套管8的变径腔体801的体积占比。

4、优选的，所述弹簧限位器6呈带中心通孔的法兰盘结构，连杆4上端穿过该中心通孔。

5、优选的，所述密封底盘702上部设有环形密封件703。

6、优选的，所述外罩套管8位于变径部的下方的高度大于等于催化剂封装体的高度。

7、优选的，所述催化剂封装主体的外壁上设有通孔701。

8、一种反应器，具有一安装螺纹口，所述安装螺纹口通过台阶结构将非均相催化产气反应速率自适应调控器固定在其上。

9、优选的，在所述安装螺纹口处设有密封圈11。

10、优选的，所述反应器的侧壁的高处设有反应气体供气口。

11、优选的，所述反应器的顶部还设有一添加反应溶液10的入口。

12、优选的，所述安装螺纹口设置在反应器的顶部、侧壁或底面处。

13、本实用新型的有益效果在于：

14、1）本调控器为纯机械结构，依靠反应器内部产气压力与外部大气压形成的压差作为驱动力，无需电控、传感器、外部动力源，通过弹簧、连杆、密封头联动机构，驱动催化剂封装体位移，自主改变催化剂封装主体外露的有效反应体积占比，实现非均相催化产气反应速率的负反馈自适应调节；当反应器内部压力超过安全阈值时，催化剂封装体可完全收纳入外罩套管内部，将催化剂与反应物物理隔离，直接终止产气反应，从结构层面实现超压自保护，规避反应器超压爆炸风险，安全可靠性高。

15、2）装置集成度高，将压力感知、传动执行、催化剂承载、隔离保护功能集成一体，整体装配简单，便于拆装维护，催化剂封装主体拆装更换方便，利于催化剂的检修、再生与替换。

16、3）利用压差驱动密封头在导管内滑动，大气连通孔将密封头上侧持续连通外界大气压，保证压力感知基准稳定，不受反应器内部介质干扰，压力、位移响应灵敏，压力变化即可快速反馈为催化剂有效接触面积改变，反应调节实时性好，无需人工干预即可维持产气反应在合理速率区间运行。

17、4）配套的外罩套管采用变径部结构，与催化剂罩、环形密封件相配合，同一套结构即可完成“正常反应、降速调节、强制终止”多级工况切换，零部件复用性强，结构简洁。

18、5）反应器设置安装螺纹口可直接装配该自适应调控器，实现产气速率机械自适应管控；安装螺纹口可设于反应器顶部、侧壁或底面，调控器支持多姿态安装，适配多种结构反应器，适用场景广；

19、6）在一个可选实施例中，法兰盘式弹簧限位器可约束弹簧，避免弹簧压缩时径向偏斜卡滞，保障连杆-弹簧传动机构运动顺畅；密封底盘设置环形密封件，极限位置下可与外罩套管形成有效密封，保证催化剂与反应物彻底隔断；外罩套管变径部下方高度与催化剂封装体高度匹配，可确保催化剂整体被完全收纳遮蔽，保障超压保护效果；催化剂封装主体外壁开设通孔，便于反应物与产物流通，保证催化阶段传质与产气效率。

1.一种非均相催化产气反应速率自适应调控器，其特征在于：

2.如权利要求1所述的非均相催化产气反应速率自适应调控器，其特征在于：所述弹簧限位器（6）呈带中心通孔的法兰盘结构，连杆（4）上端穿过该中心通孔。

3.如权利要求1所述的非均相催化产气反应速率自适应调控器，其特征在于：所述密封底盘（702）上部设有环形密封件（703）。

4.如权利要求1所述的非均相催化产气反应速率自适应调控器，其特征在于：所述外罩套管（8）的变径腔体（801）的内部高度大于等于催化剂封装体的轴向高度。

5.如权利要求1所述的非均相催化产气反应速率自适应调控器，其特征在于：所述催化剂封装主体的外壁上设有通孔（701）。

6.一种反应器，其特征在于：具有一安装螺纹口，权利要求1-5中任意一项所述的非均相催化产气反应速率自适应调控器通过所述台阶结构固定于所述安装螺纹口上。

7.如权利要求6所述的反应器，其特征在于：在所述安装螺纹口处设有密封圈（11）。

8.如权利要求6所述的反应器，其特征在于：所述反应器的侧壁的高处设有反应气体供气口。

9.如权利要求6所述的反应器，其特征在于：所述反应器的顶部还设有一添加反应溶液（10）的入口。

10.如权利要求6所述的反应器，其特征在于：所述安装螺纹口设置在反应器的顶部、侧壁或底面处。