快速混合反应装置的制作方法

1.本发明涉及光化学和分析化学技术领域，尤其是涉及一种快速混合反应装置。


背景技术：

2.在线环境监测一直都是环境化学研究中重要的研究手段，很多监测设备的在线分析和标定需要通过现场混合反应来完成。已有的混合反应设备通常为t型结构、圆筒结构以及方舱式结构，由于物质在这类混合反应装置中传输过程通常多以层流或紊流形式，混合速率较慢，且混合均匀性相对较差，最终导致混合反应结果差别性较大，通常采用增加反应装置体积延长混合时间的方式来降低不确定性影响。由于实际环境污染物浓度实时波动范围较宽，且有些污染物的反应活性较大，较长的反应转化时间，容易导致监测结果偏差较大，同时较大的反应体积也容易导致污染物残留问题严重，导致混合反应装置出现质量歧视问题，使得测量结果存在更大的不确定性。
3.此外，某些混合反应条件通常需要多步反应才能完成，且每步的反应条件也存在一定差异，已有的混合反应设备通常设置在同一个箱体内，无法实现多个反应条件的同步协同调节，这样就会使得反应转化效率相对较低，进而会影响监测结果的准确性。鉴于已有混合反应装置存在的诸多不足之处，本发明可实现待混反应物快速均匀混合和高效率反应转化，满足实际环境监测的实时在线以及监测设备在线标定校准等方面的需要。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种快速混合反应装置，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种快速混合反应装置，包括：
6.多级微控反应室；
7.螺旋混合反应段，设置在每级微控反应室内，每级微控反应室内的螺旋混合反应段依次连通形成螺旋混合反应腔；
8.光源，设置在螺旋混合反应段的螺旋管状结构内部；以及
9.控制单元，与微控反应室连接，控制每个微控反应室自动化运行。
10.基于上述技术方案可知，本发明的快速混合反应装置相对于现有技术至少具有以下优势之一或一部分：
11.1、由于实际环境污染物浓度实时波动范围较宽，且有些污染物的反应活性较大，目前所用混合反应装置混合速度慢、混合不均匀以及反应效率低的问题，容易导致监测结果偏差大；本发明快速混合反应装置可实现待混反应物快速均匀混合和高效率反应转化，满足实际环境污染物的实时监测以及监测设备在线标定校准等方面的需要，能够实现环境污染物快速混合高效反应转化或者标准物质快速混合与稳定合成，为在线环境监测质量保障提供了重要的技术支撑；
12.2、采用螺旋式结构，可以实现待混反应物快速均匀混合；
13.3、采用程序化引入多个待混反应物，可一体化实现多步混合反应；
14.4、多级微控反应室相结合，实现多级混合反应条件协同控制，可以保障高效率的反应转化；
15.5、系统运行稳定、操作方便，不仅能够满足在线环境的监测需求，也能用于仪器设备在线标定校准。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例提供的快速混合装置的结构示意图。
18.附图标记说明：
19.11-螺旋混合反应腔；101-第一进料口；102-第二进料口；103-第三进料口；104-第四进料口；105-第五进料口；111-出料口；21-外围箱体；201-第一级微控反应室；202-第二级微控反应室；203-第三级微控反应室；204-第四级微控反应室；31-光源。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.本发明公开了一种快速混合反应装置，包括：
24.多级微控反应室；
25.螺旋混合反应段，设置在每级微控反应室内，每级微控反应室内的螺旋混合反应段依次连通形成螺旋混合反应腔；
26.光源，设置在螺旋混合反应段的螺旋管状结构内部；以及
27.控制单元，与微控反应室连接，控制每个微控反应室自动化运行。
28.在本发明的一些实施例中，每级微控反应室内的螺旋混合反应段均设有进料口。
29.在本发明的一些实施例中，所述螺旋混合反应腔为一体式结构。
30.在本发明的一些实施例中，所述螺旋混合反应腔起始端设有螺旋混合反应腔进料口。
31.在本发明的一些实施例中，所述螺旋混合反应腔末端设有螺旋混合反应腔出料口。
32.在本发明的一些实施例中，所述螺旋混合反应腔为同轴螺旋式结构。
33.在本发明的一些实施例中，所述光源设置在螺旋混合反应腔的轴心位置上。
34.在本发明的一些实施例中，所述快速混合反应装置还包括外围箱体，所述外围箱体设置在多级微控反应室外部。
35.在本发明的一些实施例中，所述外围箱体和多级微控反应室之间设有保温层。
36.在本发明的一些实施例中，所述外围箱体和多级微控反应室之间设有固定底座，多级微控反应室固定在固定底座上。
37.以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
38.如图1所示，本发明实施例提供的快速混合反应装置，包括：多级微控反应室构成的反应舱、螺旋混合反应腔11、外围箱体21、光源31以及控制单元。螺旋混合反应腔11用于环境污染物以及标准物质混合反应转化，外围箱体21用于螺旋混合反应腔11的固定以及混合反应条件的控制，控制单元用于实现并控制所述快速混合反应装置自动化工作。
39.螺旋混合反应腔11设置在反应舱内部，固定在多级微控反应室的侧壁上。螺旋混合反应腔11横向贯穿所有级的微控反应室，螺旋混合反应腔11在混合反应腔轴向上被多级微控反应室分割为多个螺旋混合反应段，使得每级微控反应室内均包括一个螺旋混合反应段。每级微控反应室内均为独立的反应条件，具体条件根据实际需要设置。螺旋混合反应腔11的多级设置有利于协同控制混合反应的多级条件。
40.所述螺旋混合反应腔11为同轴螺旋式结构式的反应腔主体，进料口直接与螺旋混合反应腔11主体连接，出料口位于螺旋混合反应腔11末端。
41.所述微控反应室规格根据混合反应所需条件而确定；所述微控反应室还配有温度控制部分和光源控制部分，既可以单独控制也具有程序控制功能。其中温度控制部分采用有制冷和加热协同控温模式或者液体浴模式，实现宽范围的温度控制。
42.螺旋混合反应腔11还包含有规格参数，包括螺旋混合反应腔11材质、螺旋混合反应腔11内径、螺旋混合反应腔11的螺旋直径、螺旋混合反应腔11螺旋间距、螺旋混合反应腔11的长度以及进料口数量等。这些规格参数的设定，可根据每个混合反应所需条件设置。其中所述反应腔材质可以选择可透过紫外光的石英材质，也可选择特氟龙、peek以及不锈钢等其它材料，具体根据混合反应所需条件而确定，这里不做具体限定。
43.多级微控反应室的级数根据需要设置，例如为2级、3级、4级、5级、6级、7级等。如图1所示，本实施例中为4级微控反应室，即第一级微控反应室201、第二级微控反应室202、第三级微控反应室203、第四级微控反应室204。第一级微控反应室201内的螺旋混合反应段起始端设有第一进料口(即螺旋混合反应腔进料口)101，第一进料口可以设置在第一级微控反应室201内也可以设置在第一级微控反应室201外；第一级微控反应室201内的螺旋混合反应段的上还设有第二进料口102；第一待混反应物从第一进料口101进入螺旋混合反应腔11，第一待混反应物在第一级微控反应室201内的螺旋混合反应段混合后与从第二进料口
102通入的第二待混反应物混合，之后进入第二级微控反应室202；在第二级微控反应室202与从第三进料口103通入的第二待混反应物混合，之后进入第三级微控反应室203；在第三级微控反应室203与从第四进料口104通入的第三待混反应物混合，之后进入第是级微控反应室204；在第四级微控反应室204与从第五进料口105通入的第五待混反应物混合，之后从出料口(即螺旋混合反应腔出料口)111排出。每一级微控反应室的反应条件根据需要设定。
44.多级微控反应室的外壁采用硬质轻型材料加工而成，将螺旋混合反应腔11以及微控反应室完全包裹，仅有预留进出料口和控制管线穿过孔。
45.外围箱体21为所述螺旋混合反应腔11的外围箱体，起保护螺旋混合反应腔11的作用。
46.保温层位于外围箱体21和多级微控反应室之间，用于对整套多级微控反应室保温。
47.固定底座位于外围箱体21底板，将多级微控反应室固定。
48.光源31，安装于螺旋混合反应腔11的轴心向位置上，根据实验条件选用不同波段光源，并调节光源强度，以确保混合反应转化效率，每个反应室的光源可以独立控制。
49.控制单元设置在外围箱体21内部，控制单元用于控制螺旋混合反应腔11的反应条件实现并控制所述快速混合反应装置自动化工作。微控反应室。控制单元包括反应条件的控制以及反应物进出料的控制等。所述反应条件的控制包括：反应温度控制、反应压力控制以及反应光源控制等；所述进出料的控制包括待混反应物和合成物的进出料通道的开关以及进出料速率等。
50.控制单元用于出料口输出的目标物可以直接与监测仪器设备连接，从而实现对环境污染物的实时监测或者监测设备的标定校准。
51.下面结合附图1对本发明实施例提供的快速混合反应装置的工作过程进行详细描述。
52.第一步：快速混合反应装置的准备。第一进料口101、第二进料口102、第三进料口103、第四进料口104以及第五进料口105分别于对应的待混反应物连接，并通过控制单元预设好相应的进料速率；第一级微控反应室201、第二级微控反应室202、第三级微控反应室203和第四级微控反应室204均通过控制单元预设好相应的温度和光照条件；出料口111与电气控制部分连接并预设好相应速率。
53.第二步，第一预混反应物通过第一进料口101进入螺旋混合反应腔11主体内部，随后在腔体内传输，随后第二预混反应物经第二进料口102进入混合反应腔主体内并与第一预混反应物快速混合反应，混合均匀后到达下一混合反应阶段，随后与第三进料口103进入的第三预混反应物进行快速混合反应，依次与第四进口和第五进料口进入的第四预混反应物和第五预混反应物进行快速混合反应，并形成最终混合生成产物，经由出料口111输出。
54.第三步，出料口输出的目标合成物可以直接与监测仪器设备连接，从而实现对环境污染物的实时监测或者监测设备的标定校准。
55.本发明能够解决现有在线环境监测所用混合反应装置混合速度慢、混合不均匀以及反应效率低的问题。待混反应物经过螺旋管不同进料口依次进入螺旋混合反应腔中，反应物在螺旋腔体内发生快速湍流混合反应，并根据反应流程控制不同阶段的混合反应条件，在混合腔体末端出口获得所需要的目标物。本发明可实现待混反应物快速均匀混合和
高效率反应转化。
56.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种快速混合反应装置，其特征在于，包括：多级微控反应室；螺旋混合反应段，设置在每级微控反应室内，每级微控反应室内的螺旋混合反应段依次连通形成螺旋混合反应腔；光源，设置在螺旋混合反应段的螺旋管状结构内部；以及控制单元，与微控反应室连接，控制每个微控反应室自动化运行。2.根据权利要求1所述的快速混合反应装置，其特征在于，每级微控反应室内的螺旋混合反应段均设有进料口。3.根据权利要求1所述的快速混合反应装置，其特征在于，所述螺旋混合反应腔为一体式结构。4.根据权利要求1所述的快速混合反应装置，其特征在于，所述螺旋混合反应腔起始端设有螺旋混合反应腔进料口。5.根据权利要求1所述的快速混合反应装置，其特征在于，所述螺旋混合反应腔末端设有螺旋混合反应腔出料口。6.根据权利要求1所述的快速混合反应装置，其特征在于，所述螺旋混合反应腔为同轴螺旋式结构。7.根据权利要求1所述的快速混合反应装置，其特征在于，所述光源设置在螺旋混合反应腔的轴心位置上。8.根据权利要求1所述的快速混合反应装置，其特征在于，所述快速混合反应装置还包括外围箱体，所述外围箱体设置在多级微控反应室外部。9.根据权利要求8所述的快速混合反应装置，其特征在于，所述外围箱体和多级微控反应室之间设有保温层。10.根据权利要求8所述的快速混合反应装置，其特征在于，所述外围箱体和多级微控反应室之间设有固定底座，多级微控反应室固定在固定底座上。
技术总结
一种快速混合反应装置，包括多级微控反应室；螺旋混合反应段，设置在每级微控反应室内，每级微控反应室内的螺旋混合反应段依次连通形成螺旋混合反应腔；光源，设置在螺旋混合反应段的螺旋管状结构内部；以及控制单元，与微控反应室连接，控制每个微控反应室自动化运行。本发明快速混合反应装置可实现待混反应物快速均匀混合和高效率反应转化，满足实际环境污染物的实时监测以及监测设备在线标定校准等方面的需要，能够实现环境污染物快速混合高效反应转化或者标准物质快速混合与稳定合成，为在线环境监测质量保障提供了重要的技术支撑。撑。撑。


技术研发人员：张成龙 贺晓伟 刘成堂 牟玉静
受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心
技术研发日：2020.12.18
技术公布日：2021/3/9