[发明专利]一种过程单元设备综合实验装置

权利要求书

1.一种过程单元设备综合实验装置，其特征在于，包括气体压缩设备实验模块、液体输送设备实验模块、混合反应及分离设备实验模块、精馏设备实验模块、吸收设备实验模块、传热设备实验模块、阀门性能实验模块、管路特性与流型观测实验模块、公用工程系统、供配电系统和集中控制系统；

所述管路特性与流型观测实验模块、液体输送设备实验模块、混合反应及分离设备实验模块、精馏设备实验模块、吸收设备实验模块、传热设备实验模块和阀门性能实验模块依次通过管路系统相连，形成一个集成系统；

所述综合实验装置以乙醇溶液精馏及尾气吸收工艺流程为主线，串起气体压缩设备、液体输送设备、混合设备、反应设备、分离设备、精馏设备、吸收设备、传热设备、阀门、管路特性与流型观测等实验模块；所述综合实验装置中的不同实验模块，在集中控制系统的调控下，可以相对独立运行，完成不同类型过程单元设备的实验项目，也可以多模块联动运行，实现低浓度乙醇溶液配制、预热、精馏浓缩和尾气吸收大型综合实验；

所述气体压缩设备实验模块相对独立布置；

所述公用工程系统通过以下至少一种管路与所述气体压缩设备实验模块、液体输送设备实验模块、混合反应及分离设备实验模块、精馏设备实验模块、吸收设备实验模块、传热设备实验模块、阀门性能实验模块、管路特性与流型观测实验模块分别连接：

软化水实验介质管路、软化水循环冷却介质管路、蒸汽加热介质管路；

所述供配电系统相对独立布置，并通过供电线路与上述气体压缩设备实验模块、液体输送设备实验模块、混合反应及分离设备实验模块、精馏设备实验模块、吸收设备实验模块、传热设备实验模块、阀门性能实验模块、管路特性与流型观测实验模块和公用工程系统、集中控制系统相连；

所述集中控制系统相对独立布置，并通过通讯线路与上述气体压缩设备实验模块、液体输送设备实验模块、混合反应及分离设备实验模块、精馏设备实验模块、吸收设备实验模块、传热设备实验模块、阀门性能实验模块、管路特性与流型观测实验模块和公用工程系统、供配电系统相连；

所述公用工程系统包括一台蒸汽发生器、一台凉水塔、一套水软化设备、一个软化水箱和一台离心水泵；

所述蒸汽发生器能够为精馏设备实验模块、混合反应及分离设备实验模块和传热设备实验模块提供热能；凉水塔能够降低循环回水的温度，使其恢复到常温，水软化设备能够将自来水软化，提高实验用循环水的水质；

所述精馏设备实验模块包含一套板式塔精馏系统和一套填料塔精馏系统，所述板式塔精馏系统包括一台板式塔、一台板式塔塔底再沸器、一台列管式换热器、一台板式塔塔顶冷凝器、一台板式塔塔顶冷凝液储罐、一台板式塔塔釜出料离心泵、一台板式塔塔顶凝液输送离心泵，所述填料塔精馏系统包括一台填料塔、一台填料塔塔底再沸器、一台填料塔塔釜出料冷却器、一台填料塔塔顶冷凝器、一台填料塔塔顶冷凝液储罐、一台填料塔塔釜出料离心泵、一台填料塔塔顶凝液输送离心泵；

所述吸收设备实验模块包含一套板式塔吸收系统和一套填料塔吸收系统，所述板式塔吸收系统包括一台视窗可视化板式塔、一套进气管路系统和一套进液管路系统，所述填料塔吸收系统包括一台视窗可视化填料塔、一套进气管路系统和一套进液管路系统，所述板式塔吸收系统和填料塔吸收系统共用一套二氧化碳混合气供应系统，该二氧化碳混合气供应系统包括一台罗茨风机、一台空气储罐、一个二氧化碳气瓶、一套混合气配置和计量系统；

所述混合反应及分离设备实验模块包括一台立式带夹套搅拌反应釜、一根静态混合器、一个软化水储槽、一台离心水泵、一台离心乙醇泵、一台混合液输送泵、一台高浓度乙醇储罐、一台混合液储罐、一台闪蒸罐、一台闪蒸气体冷凝器、一号原料罐和二号原料罐；

所述公用工程系统中的蒸汽发生器能够通过蒸汽输送管路为所述立式带夹套搅拌反应釜提供加热蒸汽；所述公用工程系统中的水软化设备、软化水箱和离心水泵通过管路系统能够为所述闪蒸气体冷凝器提供循环冷却水；

所述液体输送设备实验模块包括一号离心泵、二号离心泵、三号离心泵、一个软化水储槽、一台螺杆泵、两个电动调节阀、两个涡轮流量计和一套包含多个流量调节阀门、压力和真空度测量仪表的管路系统；

所述管路特性与流型观测实验模块包括一根光滑管、一根粗糙管、一根局部阻力管、一根文丘里管、一个计量槽、一套液体流量调节系统、一套气体流量调节系统，一套压差测量系统和一套包含多个阀门、流量计量仪器、压力和真空度测量仪表的管路系统；

所述传热设备实验模块包括一台列管式换热器、一台板式换热器、一台螺旋板式换热器、一台套管式换热器和实现并流与逆流换热切换的阀组；

所述阀门性能实验模块包括一个等百分比型电动调节阀、一个快开型电动调节阀、一个直线型电动调节阀、一个抛物线型电动调节阀、一个自力式调节阀和实现阀门切换的阀组；

所述气体压缩设备实验模块包括一台活塞式空气压缩机、一台空气储罐、一个低压箱、一个喷嘴和一套孔板；

所述集中控制系统包括PC机和若干数据通讯线路；

所述供配电系统包括强电柜、弱电柜和PLC硬件模块；

所述液体输送设备实验模块能够至少完成如下实验：单台离心泵性能曲线测定实验、离心泵汽蚀性能测定实验、离心泵恒压力控制实验、离心泵恒流量控制实验、水箱液位控制实验、水箱液位和流量串级控制实验、流量计校正实验、两台离心泵的串联性能实验、两台离心泵的并联性能实验、相同流量下离心泵与螺杆泵的功率和效率特性对比实验；

所述混合反应及分离设备实验模块能够至少完成如下实验：二元物系混合实验，二元物系闪蒸分离实验，搅拌设备与静态混合器的混合效果对比实验，并能设计开发出2～4组分的化学反应实验，搅拌设备与静态混合器的2～4组分化学反应效果对比实验，具体包括：搅拌设备混合性能实验、搅拌反应过程实验、静态混合设备混合性能实验、静态混合设备反应过程实验、搅拌设备与静态混合设备混合特性对比实验、搅拌设备与静态混合设备反应特性对比实验、闪蒸分离实验；

所述精馏设备实验模块能够至少完成如下实验：板式塔全回流和部分回流精馏实验、填料塔全回流和部分回流精馏实验、板式塔与填料塔并联操作精馏实验、板式塔与填料塔串联操作精馏实验；

所述吸收设备实验模块能够至少完成如下实验：含低浓度乙醇蒸汽的精馏操作尾气的吸收实验和二氧化碳气体吸收实验，并能够完成板式塔传质效率测定实验、板式塔水力学性能测定实验、填料塔传质效率测定实验和填料塔水力学性能测定实验，其中含低浓度乙醇蒸汽的精馏操作尾气的吸收实验和二氧化碳气体吸收实验，包括板式塔吸收实验、填料塔吸收实验、板式塔与填料塔并联操作吸收实验、板式塔与填料塔串联操作吸收实验；

所述传热设备实验模块能够至少完成如下实验：不同换热器综合传热系数测定实验，不同换热器出口温度控制实验，不同换热器管程/壳程压降测定实验，和套管式换热器流体传热膜系数测定实验，换热介质是55℃～95℃的热水和常温～35℃的凉水，换热器类型包括但不限于以下类型：列管式换热器、螺旋板式换热器、板式换热器、套管式换热器；

所述阀门性能实验模块至少能够完成如下实验：等百分比型阀门的理想流量特性和工作流量特性实验、直线型阀门的理想流量特性和工作流量特性实验、快开型阀门的理想流量特性和工作流量特性实验、抛物线型阀门的理想流量特性和工作流量特性实验、恒压阀门流量特性实验、单回路压力控制实验、单回路流量控制实验；

所述管路特性与流型观测实验模块至少能够完成如下实验：单相流体流型观测实验、气液混输流型观测实验、光滑管管路特性曲线测定实验、粗糙管管路特性曲线测定实验、局部阻力管管路特性曲线测定实验，文丘里管管路特性曲线测定实验；

所述气体压缩设备实验模块至少能够完成如下实验：活塞压缩机示功图测试实验、活塞压缩机排气量测定实验、孔板对活塞压缩机气流脉动影响实验。