[發明專利]一種用于原位紅外監測的反應池

有效

• 申請號: 201210516698.3
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN103846072A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 杜中田;徐杰;劉俊霞;蘆天亮;苗虹;高進
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J19/18
• 分類號: B01J19/18;G01N21/35
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域：

本發明涉及一種用于原位監測氧化、加氫等高溫、高壓液相反應的裝置，具體說是一種與梅特勒托利多的紅外探頭配套使用的原位紅外反應池。

背景技術：

紅外光譜是認識化學反應的強有力的工具之一，因為化學反應通常涉及化學鍵的斷裂和形成，紅外光譜能夠提供分子內部原子間的相對振動和分子轉動等信息。但是基于透射法的原位紅外光譜技術在液相氧化加氫反應的研究中存在多種局限性。以分子氧為氧源的液相催化氧化反應為例，這類反應有以下特點：（1）多數情況下，水作為副產物存在于反應體系中；（2）大多反應需要在加熱和壓力存在條件下進行；（3）通常需要在溶劑中進行，且液相氧化反應液可能會有較深顏色；（4）溶于液體的氧氣可能會產生氣泡。這些因素都可能干擾紅外光譜的收集。

衰減全反射紅外光譜技術（ATR-IR）通過樣品表面的反射信號獲得樣品表層有機成份的結構信息，信號不需要透過樣品，同時不破壞樣品。目前已有基于這種技術的原位紅外分析儀器，如梅特勒-托利多在線紅外分析儀，研究時只需將耐壓探頭浸入反應器中就可直接測量反應液的紅外吸收，在線實時跟蹤和分析反應體系中反應物、中間物和產物的變化。例如Mettler-Toledo?ReactIR?IC15在線紅外分析儀，具有一個直徑為9mm的探頭，該設計主要針對常壓燒瓶中有機反應，但是高溫、高壓、含水等反應體系的原位紅外監測需要特定的反應池。

發明內容

本發明的目的在于提供可用于原位紅外監測的反應池，與Mettler-Toledo?ReactIR在線紅外分析儀等探頭配套使用，用于氧化、加氫等高溫、高壓液相反應的原位監測。

根據氧化、加氫等反應的特點，該系統需要滿足以下要求：能夠檢測較少反應液（如最小可為1mL），反應中密閉耐壓（0.1-2.0MPa），反應后探頭可拆卸清洗，接口及內部表面耐腐蝕，具有溫控系統、攪拌系統、安全閥、氣體壓力檢測控制系統、氣體流量檢測及切換系統等，同時能夠在線取樣（微量）等。

為實現上述目的，本發明針對Mettler-Toledo?ReactIR在線紅外分析儀的紅外探頭提供一種原位反應池，用于原位紅外監測（附圖1）：

反應池的池體以一不銹鋼上端開口的容器作為釜體，釜體上端開口處設有不銹鋼頂蓋，于釜體外側壁上纏繞有電加熱帶，一熱電偶通過一下端封閉的圓管插入不銹鋼釜體內部，熱電偶通過導線與電子溫控儀連接，電加熱帶通過電子溫控儀與外界電源相連，電子溫控儀用于釜體內盛放的反應液的溫度檢測和控制；釜體底部放置有攪拌磁子，池體置于一電磁攪拌器上。

不銹鋼頂蓋與池體之間利用聚四氟乙烯密封圈密封。

頂蓋上設有連接壓力表和兩個兩通閥門的接口，分別連接壓力表和兩個兩通閥門，其中壓力表用于檢測反應池內的壓力變化；一個兩通閥門為氣體入口，其通過氣體質量流量控制器與所源相連，氣體質量流量控制器能夠檢測控制氣體的流量和壓力；另一個兩通閥門為氣體出口，其連接有泄壓閥或安全閥，用于氣體的排出。

頂蓋上設有與梅特勒托利多的紅外探頭直徑相當的孔道，原位紅外探頭插入孔道內，探頭和反應池之間使用聚醚醚酮卡套密封。

頂蓋有一取樣口，使用硅膠密封墊密封，可用于0.1-2.0MPa下的原位取樣。

頂蓋上設有壓力表接口，其上接有壓力表。

反應池連接溫控系統、攪拌系統、安全閥、氣體壓力檢測控制系統、氣體流量檢測及切換系統等，實現溫度、氣體、攪拌的控制等，用于原位氧化、加氫等反應條件控制，結合Mettler-Toledo?ReactIR在線紅外分析儀可實現原位條件下的紅外監測。

本發明中解決的難點是梅特勒-托利多在線紅外分析儀的金屬探頭與金屬釜體之間的密封、在線取樣時的密封：

1．原位檢測反應液的紅外光譜時，需將金屬探頭插入反應液面以下，關鍵要保證探頭與釜體接觸面在一定溫度壓力條件下（如20-170°C，0.1-2.0MPa）的氣密性，擬利用卡套密封。常見的銅卡套受熱膨脹系數與探頭有差異，密封后易損壞探頭且不利于探頭拆卸清洗，同時在反應條件下銅易被腐蝕。聚四氟乙烯卡套耐酸堿，但是溫度高時易軟化。綜合考慮，卡套材質擬選用聚醚醚酮（PEEK）高分子聚合物（熔點334℃，軟化點168℃），這種樹脂材料有著良好的機械性能和耐化學腐蝕、耐磨損、耐水解等性能，能夠在實驗氧化反應條件下穩定，同時不易損壞探頭。