一种针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置

技术领域

本发明涉及一种反应釜，具体是一种针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置，属于气体水合物基础物性研究技术领域。

背景技术

气体水合物是一种由气体和水在低温高压条件下形成的笼型晶体化合物，目前已发现的水合物结构有Ⅰ型、Ⅱ型和H型。由于温度、压强、气体浓度等条件的不同会导致同一种气体生成不同结构的气体水合物，并且目前对于气体水合物生成机理的研究尚不完善，对于气体水合物如何成核和生长没有统一的定论。为此对气体在不同条件下进行观察监测，可以进一步探究气体水合物生成的主要驱动力，进而修正水合物的生长机理，从而做到定向预防或者靶向添加气体水合物生成抑制剂，对保证气体水合物流动安全具有现实指导意义。

然而，目前单一的可视化反应装置仅具有单组反应釜，能细致地观察水合物的生成分解演变过程，但一次仅能观察一组水合物的演变，无法同时进行多组实验，从而无法对不同因素的影响进行分析。

针对这种现状，我们设计了一种针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置，以解决现有反应装置无法同时进行多组实验，以研究单一变量对水合物生长过程的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置，以解决上述现有技术存在的问题，同时设置有两个以上的反应釜，通过控制反应釜内物质浓度使不同反应釜内水合物的生成过程形成对比，实现了单一变量下水合物生长过程的研究。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置，包括：

反应釜，所述反应釜至少具有两个；

温控系统，所述温控系统用于为所述反应釜调节温度；

供气系统，所述供气系统与所述反应釜相连通，并用于为所述反应釜提供气压；

供液系统，所述供液系统与所述反应釜相连通，并用于为所述反应釜提供液体；

摇摆系统，所述摇摆系统用于带动所述反应釜振动或摇摆。

优选的，所述温控系统包括调温槽，所述调温槽内盛放有用于对所述反应釜进行温度调节的换热介质，所述反应釜浸没在所述调温槽内换热介质的液面以下，所述调温槽的外部还设置有温控组件，所述温控组件用于对所述换热介质进行加热或制冷。

优选的，所述温控系统包括循环调温回路，所述循环调温回路包括通有换热介质的软管，所述软管沿所述反应釜的轴线方向螺旋缠绕在所述反应釜的外壁上，所述温控系统还包括用于对所述循环调温回路中的换热介质进行加热或制冷的温控组件。

优选的，所述温控系统还包括能够测量并显示所述反应釜实际温度的温度计。

优选的，所述摇摆系统包括承托板、反应釜前支架、所述反应釜后支架和升降机构，其中，

一个所述反应釜前支架和一个所述反应釜后支架构成用于支撑一个反应釜的一对支架，所述反应釜前支架的一端和所述反应釜后支架的一端分别与所述承托板相连接，所述反应釜前支架的另一端和所述反应釜后支架的另一端分别与所述反应釜相连接，所述升降机构与所述承托板相连，以驱动所述承托板进行升降运动。

优选的，所述反应釜前支架为带有驱动机构的伸缩杆，所述反应釜前支架的一端与所述承托板转动连接，所述反应釜前支架的另一端与所述反应釜转动连接，所述反应釜前支架与所述承托板的连接位置和/或所述反应釜前支架与所述反应釜的连接位置设置有锁紧机构。

优选的，所述反应釜后支架为带有驱动机构的伸缩杆，所述反应釜后支架的一端与所述承托板转动连接，所述反应釜后支架的另一端与所述反应釜转动连接，所述反应釜后支架与所述承托板的连接位置和/或所述反应釜后支架与所述反应釜的连接位置设置有锁紧机构。

优选的，所述承托板设置有多个，任意一个所述承托板上均设置有所述一对支架，且所述承托板的数量和所述升降机构的数量均与所述反应釜的数量相匹配，任意一组所述反应釜对应一组所述承托板和一组所述升降机构。

优选的，所述温控系统包括与所述反应釜一一对应设置的子温控系统，任意一所述子温控系统均包括：

调温槽，所述调温槽内盛放有用于调节所述反应釜温度的换热介质，所述反应釜浸没在所述调温槽内换热介质的液面以下；

换热器，设置在所述换热介质的循环路径上，用于为所述换热介质提供热量或冷量。

优选的，其特征在于：还包括与所述反应釜相匹配的光学探头，所述光学探头与数据采集系统相连。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置中，包括至少两个反应釜，能够一次观测至少两组水合物的演变过程，通过供气系统调整不同反应釜内气体的通入量或浓度，或者通过供液系统调整不同反应釜内液体的通入量或浓度，即可使不同反应釜内水合物的生成过程形成对照，实现了单一变量下水合物生长过程的对照研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为实施例一的结构示意图；

图2为实施例二的结构示意图；

图3为针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置的主视图；

图4为针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置的左视图；

图5为针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置的俯视图；

图6为实施例三的结构示意图；

图7为实施例四的结构示意图；

其中，1、反应釜；2、温控系统；3、供气系统；4、供液系统；5、调温槽；6、温控组件；7、承托板；8、反应釜前支架；9、反应釜后支架；10、升降机构；11、光学探头；12、换热器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供一种针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置，以解决现有技术存在的问题，使得无法对不同因素对水合物生长过程的影响进行分析的问题得以解决。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一；

如图1所示，本发明实施例提供的针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置，包括反应釜1、温控系统2、供气系统3、供液系统4和摇摆系统(图中未示出)；其中反应釜1具有三个，且反应釜1为透明材质以便于对反应釜1内的反应过程进行观测，供气系统3与供液系统4分别与反应釜1相连通，摇摆系统用于带动反应釜1振动或摇摆。本实例以不同压力条件下生成的甲烷水合物为目标(除此之外，本领域技术人员还可采用该针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置进行其他物质的水合物研究)：首先利用去离子水对反应釜1进行清洗，清洗完成后，利用真空泵对反应釜1进行抽真空操作，达到所需真空度后打开进液阀，通过恒压恒速泵以一定的速率向三个釜中充入等量的去离子水，随后关闭进液阀，打开进气阀，然后打开甲烷气瓶，通过空气压缩机以及加压阀调整出口压力，向三个反应釜1中注入等浓度的甲烷，待压力达到要求时(此时三个反应釜1内压力各不相同)，停止注入；设定温控系统2温度使反应釜1内的温度到达20℃，此时，摇摆系统开始工作，保证甲烷气体在等离子水中充分溶解，本实施例中的温控系统具体采用水浴槽，调整水浴温度将反应釜1内的温度降为4℃，静置反应釜1待其反应；该过程中使用控制系统记录反应釜1内的压力数据和温度数据，当压力变化小于0.01MPa/h时可视为水合物完全生成。如此一来即通过三个反应釜1间的对照，研究压力作为单一变量时的水合物生长过程。

上述实施例中真空泵、进液阀、进气阀、恒压恒速泵、气瓶和空气压缩机均为现有技术，图中均未示出，也不做具体限制。

实施例二；

如图2所示，温控系统2包括调温槽5，调温槽5内盛放有用于对反应釜1进行温度调节的换热介质，反应釜1浸没在调温槽5内换热介质的液面以下，调温槽5的外部还设置有温控组件6，温控组件6用于对所述换热介质进行加热或制冷。通过温控组件6对换热介质进行加热或制冷，即可对浸没在换热介质液面以下的反应釜1的温度进行调整，以满足实验需求。

作为一种优选的实施方式，温控系统2包括循环调温回路，循环调温回路包括软管和温控组件6，软管内部通有循环加热介质，并沿反应釜1的轴线方向螺旋缠绕在反应釜1的外壁上，温控组件6与软管相连并能够对软管内的换热介质进行加热或制冷。通过装有循环加热介质的软管对反应釜1的温度进行调节，满足实验要求的同时能够节约加热介质的用量。

更进一步的，温控系统2还包括能够测量并显示所述反应釜1实际温度的温度计，以便操作人员能够实时监测反应釜1的实验环境，并进行调整，提高了实验数据的准确性。

请参考图3-5，摇摆系统包括承托板7、反应釜前支架8、反应釜后支架9和升降机构10，其中，一个反应釜前支架8和一个反应釜后支架9构成用于支撑一个反应釜1的一对支架，反应釜前支架8的一端和反应釜后支架9的一端分别与承托板7相连接，反应釜前支架8的另一端和反应釜后支架9的另一端分别与反应釜1相连接，进而通过一对支架实现了反应釜1与承托板7的连接，承托板7下方与升降机构10的驱动端相连接，通过升降机构10能够驱动承托板7上的反应釜1进行上下振动，以促进水合物的生成。

作为进一步优化的方案，反应釜前支架8为带有驱动机构的伸缩杆，反应釜前支架8的一端与承托板7转动连接，另一端与反应釜1转动连接。反应釜后支架9为U型托架，反应釜1远离反应釜前支架8的一端与U型托架相抵接，并能够在U型托架的U型凹槽内滑动。伸缩杆在驱动机构的带动下进行收缩时即可带动反应釜1一端上下摇摆，实现了加强反应釜1混合效果的技术效果。

更进一步的，反应釜后支架9也为带有驱动机构的伸缩杆，其一端与所述承托板7转动连接，另一端与所述反应釜1转动连接。此时，即可通过调整反应釜前支架8和反应釜后支架9上伸缩杆的伸缩频率，使反应釜1前后两端以相反的轨迹进行运动，加强了反应釜1的摇摆强度，进一步提高了反应釜1的混合效果。可以理解的是，反应釜前支架8的伸缩杆和反应釜后支架9的伸缩杆可单独进行调整，本领域技术人员可根据实际需求改变二者的伸缩频率及伸缩长度，在此不做具体限定。

反应釜前支架8与承托板7的连接位置和/或反应釜前支架8与反应釜1的连接位置，以及反应釜后支架9与承托板7的连接位置和/或反应釜后支架9与反应釜1的连接位置，均设置有锁紧机构，在任意一反应釜支架不需要进行伸缩运动时，即可通过锁紧机构将其锁紧，避免反应釜1产生意外转动，以保证反应釜1的稳定性。

实施例三；

请参考图6，承托板7设置有三个，任意一个承托板7上均设置有一对支架，且承托板7的数量和升降机构10的数量均与反应釜1的数量相匹配，任意一组反应釜1对应一组承托板7和一组升降机构10。通过控制不同组反应釜支架及升降机构10的工作频率，即可将摇摆强度作为唯一变量来研究水合物的生成过程，丰富了实验数据的来源，增强了实验的现实指导意义。

实施例四；

如图7所示，温控系统包括与反应釜一一对应设置的子温控系统，任意一子温控系统均包括调温槽5和换热器12，其中，调温槽5内盛放有用于调节反应釜温度的换热介质，反应釜浸没在调温槽5内换热介质的液面以下，换热器12设置在换热介质的循环路径上。通过换热器12能够为换热介质提供热量或冷量，进而对任意一子温控系统的调温槽5温度进行调控，使得不同调温槽5内的反应釜温度能够进行单独调整，实现了将反应温度作为唯一变量来研究水合物的生成过程，进一步增强了实验的现实指导意义。

如图3-6所示，本实施例所公开的针对水合物相变的联排可视化摇摆反应装置还包括与反应釜1相匹配的光学探头11，光学探头11与数据采集系统相连。光学探头11能够对反应釜1内水合物的生长状态进行实时监测，以便对水合物的生成过程进行分析，数据采集系统则能够将光学探头11所收集的信息进行汇总整合，以供后续使用。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。