焦耳热固定床集成红外测温系统实现非接触式温度监控
更新时间：2025-11-14
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焦耳热固定床反应器通过在导电催化剂或载体上直接通电产生热量，实现毫秒级升降温与精准局部加热，在快速催化反应(如甲烷重整、CO₂加氢)中展现出显著优势。然而，其核心挑战在于高温、强电场环境下难以准确获取催化剂床层真实温度。传统热电偶易受电磁干扰、响应滞后，且插入式测量会扰动流场。为此，集成红外测温系统成为实现非接触、实时、全场温度监控的理想方案。
红外测温基于物体热辐射强度与温度的普朗克关系，通过高灵敏度红外相机或点式传感器捕捉催化剂表面辐射信号。在焦耳热固定床中，需解决两大技术难点：一是反应管通常为石英或陶瓷材质，部分波段存在红外透过率低的问题；二是电极与导线可能遮挡视线或产生反射干扰。解决方案包括：选用中波红外(3–5μm)波段以避开石英吸收峰；在反应器侧壁开设红外窗口并镀抗反射膜；采用背景辐射补偿算法消除电极热辐射影响。
实际应用中，红外系统可实现空间分辨率达1 mm、时间分辨率<100 ms的温度场成像。例如，在碳纳米管负载Pt催化剂的CO氧化反应中，红外图像清晰显示热点位置随电流变化动态迁移，揭示了局部过热导致的烧结机制。结合PID反馈控制，系统可自动调节电流以维持设定温度，提升反应选择性。
此外，红外数据还可与电学参数(电压、电流)同步分析，建立“电-热-催化”耦合模型，为智能反应器设计提供依据。未来，随着微型红外传感器与AI图像识别技术的发展，焦耳热固定床将迈向更高水平的自主调控与过程可视化。
