CN106319216B - 气‑气反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气‑气反应装置，其包括：收容主体，前端和后端封闭；加热套，套设于收容主体外围并用于对收容主体加热；控温装置，连接于加热套，控制加热套的加热；收集舟，放置于收容主体内，且前后敞开以形成前开口和后开口；反应器，从收容主体的前端倾斜地密封穿设进入收容主体内，反应器的前端封闭且露出收容主体，反应器的后端开口且伸入收集舟的前开口内；填料，填塞于反应器内；前挡板，固定设置于收集舟的前开口并遮挡收集舟的部分前开口；后挡板，固定设置于收集舟的后开口并遮挡收集舟的部分后开口；反应物料进料管，一端密封伸入反应器的前端，而另一端具有液态反应物入口以及还原性气体入口；以及尾气排出口。
Description
技术领域
本发明涉及一种反应装置，尤其涉及一种气-气反应装置。
背景技术
气气反应在冶金生产领域中鲜有研究，其相关设备专利资料相对较少。冶金领域中涉及的气-气反应主要是利用氢气、一氧化碳等还原性气体还原高温下为气态的金属化合物，主要是低沸点的金属氯化物。相比直接还原金属氯化物，生产中更倾向于还原金属氧化物，但是在一些工艺中，作为中间产物的金属氯化物，如果采取先水解得到金属氧化物后再还原，将使得整个工艺流程冗长，生产成本增加。对于那些易于直接还原的金属氯化物，设计一种高温气-气反应装置就很有必要。另外，现有部分专利中提及的气-气反应装置较难满足高纯金属的生产要求，就高纯金属的还原工艺而言，须考虑到反应器材质对产品可能产生的影响，特别是在900℃左右，反应器材质中各元素活性增强，会对产品纯度有一定的影响。因此，对于直接还原金属氯化物生产高纯金属的工艺就必须针对性的设计出合适的反应器。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种气-气反应装置，其能使得液态反应物在封闭的环境下进行还原反应，从而能够获得高纯的还原产物。
本发明的另一目的在于提供一种气-气反应装置，其能提高还原产物的产率。
本发明的再一目的在于提供一种气-气反应装置，其能提高还原产物的回收率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种气-气反应装置，其包括：收容主体，呈筒形，轴向前端和后端封闭；加热套，套设于收容主体外围并用于对收容主体加热；控温装置，连接于加热套，控制加热套的加热；收集舟，呈筒形，放置于收容主体内，且前后敞开以形成前开口和后开口；反应器，呈筒形，从收容主体的前端倾斜地密封穿设进入收容主体内，反应器的前端封闭且露出收容主体，反应器的后端开口且伸入收集舟的前开口内；填料，填塞于反应器内；前挡板，固定设置于收集舟的前开口并遮挡收集舟的部分前开口，且位于反应器的下方；后挡板，固定设置于收集舟的后开口并遮挡收集舟的部分后开口；反应物料进料管，一端密封伸入反应器的前端，而另一端具有用于通入液态反应物的液态反应物入口以及用于通入还原性气体的还原性气体入口；以及尾气排出口，设置于收容主体的后端且受控连通于收容主体的内部，用于将收容主体内的气体排出。其中，加热套对收容主体加热；液态反应物经由液态反应物入口进入反应物料进料管、流入到反应器内并渗入到填料之间的间隙内，还原性气体经由还原性气体入口进入反应物料进料管流入到反应器内并进入到填料之间的间隙内；控温装置控制加热套对收容主体加热，进而加热反应器，使得反应器内的液态反应物变成气态之后并与还原性气体进行还原反应；还原反应所获得的产物冷凝成液态并流入到收集舟内进行收集，而还原反应产生的气体以及未参与还原反应的还原性气体经由收集舟的未被后挡板遮挡的部分后开口以及反应器尾气排出口排出。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的气-气反应装置中，由于液态反应物在封闭的环境下进行还原反应，从而能够获得高纯的还原产物；填料的使用可有效增强反应气体间的传质条件，使反应物料得到充分利用，提高了气-气反应装置的产率；反应器内反应器的后端开口且伸入收集舟的前开口内，增加了还原产物的有效冷凝面积；前挡板和后挡板的设置同时增加了还原产物的有效冷凝面积，提高还原产物的回收率。
附图说明
图1是根据本发明的气-气反应装置的结构示意图；
图2是图1的从前挡板侧看到的前挡板和收集舟的平面图；
图3是图1的从后挡板侧看到的后挡板和收集舟的的平面图；
图4是图1的多孔支撑板的示意图。
其中，附图标记说明如下：
11 收容主体 152 后端
111 前端 16 填料
112 后端 17 前挡板
12 加热套 18 后挡板
121 内保温层 19 反应物料进料管
122 外保温层 191 液态反应物入口
123 加热器 192 原性气体入口
124 热电偶 20 尾气排出口
13 控温装置 21 密封法兰
14 收集舟 22 密封圈
141 前开口 23 安全阀组
142 后开口 24 多孔支撑板
15 反应器 241 孔
151 前端 25 支架
具体实施方式
下面参照附图来说明根据本发明的气-气反应装置。
参照图1至图4，本发明的气-气反应装置包括：收容主体11，呈筒形，轴向前端111和后端112封闭；加热套12，套设于收容主体11外围并用于对收容主体11加热；控温装置13，连接于加热套12，控制加热套12的加热；收集舟14，呈筒形，放置于收容主体11内，且前后敞开以形成前开口141和后开口142；反应器15，呈筒形，从收容主体11的前端111倾斜地密封穿设进入收容主体11内，反应器15的前端151封闭且露出收容主体11，反应器15的后端152开口且伸入收集舟14的前开口141内；填料16，填塞于反应器15内；前挡板17，固定设置于收集舟14的前开口141并遮挡收集舟14的部分前开口141，且位于反应器15的下方；后挡板18，固定设置于收集舟14的后开口142并遮挡收集舟14的部分后开口142；反应物料进料管19，一端密封伸入反应器15的前端151，而另一端具有用于通入液态反应物的液态反应物入口191以及用于通入还原性气体的还原性气体入口192；以及尾气排出口20，设置于收容主体11的后端112且受控连通于收容主体11的内部，用于将收容主体11内的气体排出。其中，液态反应物经由液态反应物入口191进入反应物料进料管19、流入到反应器15内并渗入到填料16之间的间隙内，还原性气体经由还原性气体入口192进入反应物料进料管19流入到反应器15内并进入到填料16之间的间隙内；控温装置13控制加热套12对收容主体11加热，进而加热反应器15，使得反应器15内的液态反应物变成气态之后并与还原性气体进行还原反应；还原反应所获得的产物冷凝成液态并流入到收集舟14内进行收集，而还原反应产生的气体以及未参与还原反应的还原性气体经由收集舟14的未被后挡板18遮挡的部分后开口142以及反应器15尾气排出口20排出。
在根据本发明的气-气反应装置中，由于液态反应物在封闭的环境下进行还原反应，从而能够获得高纯的还原产物；填料16的使用可有效增强反应气体间的传质条件，使反应物料得到充分利用，提高了气-气反应装置的产率；反应器15内反应器15的后端152开口且伸入收集舟14的前开口141内，增加了还原产物的有效冷凝面积，前挡板17和后挡板18的设置同时增加了还原产物的有效冷凝面积，提高还原产物的回收率。
在一实施例中，收容主体11由石英制成。
在一实施例中，参照图1，收容主体11的后端112可通过密封法兰21密封。
在一实施例中，参照图1，密封法兰21为组合式密封法兰21。组合式密封法兰21的材质可为不锈钢或复合聚四氟乙烯。
在一实施例中，参照图1，收容主体11的后端112与密封法兰21之间还可设置有密封圈22，密封圈22与密封法兰21一起将收容主体11的后端112密封。密封圈22的材质可为聚四氟乙稀或氟橡胶。
在一实施例中，参照图1，加热套12以多段设置，所述多段加热套12使得收容主体11从收容主体11的前端(111至收容主体11的后端112的温度依次降低，各段加热套12包括：内保温层121，套设于收容主体11的外围；外保温层122，套设于内保温层121；以及加热器123，设置于内保温层121和外保温层122之间，并电连接于控温装置13。温度依次降低只要满足还原反应、冷凝、保温的要求即可。
在一实施例中，参照图1，各段加热套12还可包括：热电偶124，穿设外保温层122、加热器123以及内保温层121并接触收容主体11，且连接于控温装置13；其中，热电偶124检测收容主体11的温度并将温度信号传递给控温装置13，进而控温装置13基于热电偶124检测的温度来控制加热器123的加热。
在一实施例中，参照图1，所述多段为四段；第一段对应反应器15的前段；第二段对应反应器15的后段和收集舟14的前段；第三段收集舟14的中段；第四段对应收集舟14的后段。
在一实施例中，参照图1，外保温层122的厚度可大于内保温层121的厚度。
在一实施例中，各段加热套12可由上下两部分组成，两部分之间采用固定件固定。固定件可为铁栓。
在一实施例中，收集舟14为由石英制成。
在一实施例中，反应器15与水平方向的夹角可为5°～10°。采用这个角度的夹角，可以使得还原反应所获得的冷凝成液态的产物匀速地流入到收集舟14内。
在一实施例中，反应器15在穿入收容主体11的前端111处通过焊接以使反应器15与收容主体11之间密封。
在一实施例中，填料16的粒径相等。
在一实施例中，前挡板17通过焊接固定设置于收集舟14的前开口141。在一实施例中，前挡板17由石英制成。
在一实施例中，后挡板18通过焊接固定设置于收集舟14的后开口142。在一实施例中，后挡板18由石英制成。在一实施例中，后挡板18可高于前挡板17。
在一实施例中，反应物料进料管19在伸入反应器15的前端151处通过焊接以使反应物料进料管19与反应器15的前端151之间密封。
在一实施例中，还原性气体入口192还可通入反应保护气体，以用于对反应物料进料管19、反应器15、填料16、收集舟14以及收容主体11进行吹扫。反应保护气体可为氮气或惰性气体。
在一实施例中，尾气排出口20通过焊接设置于收容主体11上。
在一实施例中，尾气排出口20的外形呈鱼嘴状或螺纹状，用于与外部的管件连接。
在一实施例中，参照图1，所述气-气反应装置还可包括：安全阀组23，设置于收容主体11的后端112并连通于收容主体11的内部，用于对收容主体11的内部进行泄压。安全阀组23可外接泄压系统(未示出)。安全阀组23在启动时，可与外部大气或泄压系统连通，以使收容主体11内的压力卸掉，从而提高使用安全性。
在一实施例中，参照图1和图4，所述气-气反应装置还可包括：两个多孔支撑板24，设置于反应器15内，分别位于填料16的前方和后方。在一实施例中，参照图4，各多孔支撑板24的孔241成竖条型。各多孔支撑板24可由石英制成。
在一实施例中，参照图1，所述气-气反应装置还可包括：支架25，位于反应器15的下方并固定连接于反应器15。支架25可通过焊接固定连接于反应器15。支架25可由石英制成。
在根据本发明所述的气-气反应装置中，液态反应物可为金属氯化物，还原性气体为氢气或一氧化碳。当然不限于此，根据本发明所述的气-气反应装置可以适用于任何合适的还原反应。
Claims (10)
1.一种气-气反应装置，其特征在于，包括：
收容主体(11)，呈筒形，轴向前端(111)和后端(112)封闭；
加热套(12)，套设于收容主体(11)外围并用于对收容主体(11)加热；
控温装置(13)，连接于加热套(12)，控制加热套(12)的加热；
收集舟(14)，呈筒形，放置于收容主体(11)内，且前后敞开以形成前开口(141)和后开口(142)；
反应器(15)，呈筒形，从收容主体(11)的前端(111)倾斜地密封穿设进入收容主体(11)内，反应器(15)的前端(151)封闭且露出收容主体(11)，反应器(15)的后端(152)开口且伸入收集舟(14)的前开口(141)内；
填料(16)，填塞于反应器(15)内；
前挡板(17)，固定设置于收集舟(14)的前开口(141)并遮挡收集舟(14)的部分前开口(141)，且位于反应器(15)的下方；
后挡板(18)，固定设置于收集舟(14)的后开口(142)并遮挡收集舟(14)的部分后开口(142)；
反应物料进料管(19)，一端密封伸入反应器(15)的前端(151)，而另一端具有用于通入液态反应物的液态反应物入口(191)以及用于通入还原性气体的还原性气体入口(192)；以及
尾气排出口(20)，设置于收容主体(11)的后端(112)且受控连通于收容主体(11)的内部，用于将收容主体(11)内的气体排出；
其中，
加热套(12)对收容主体(11)加热；
液态反应物经由液态反应物入口(191)进入反应物料进料管(19)、流入到反应器(15)内并渗入到填料(16)之间的间隙内，还原性气体经由还原性气体入口(192)进入反应物料进料管(19)流入到反应器(15)内并进入到填料(16)之间的间隙内；
控温装置(13)控制加热套(12)对收容主体(11)加热，进而加热反应器(15)，使得反应器(15)内的液态反应物变成气态之后并与还原性气体进行还原反应；
还原反应所获得的产物冷凝成液态并流入到收集舟(14)内进行收集，而还原反应产生的气体以及未参与还原反应的还原性气体经由收集舟(14)的未被后挡板(18)遮挡的部分后开口(142)以及反应器(15)尾气排出口(20)排出。
2.根据权利要求1所述的气-气反应装置，其特征在于，加热套(12)以多段设置，所述多段加热套(12)使得收容主体(11)从收容主体(11)的前端(111)至收容主体(11)的后端(112)的温度依次降低，各段加热套(12)包括：
内保温层(121)，套设于收容主体(11)的外围；
外保温层(122)，套设于内保温层(121)；
加热器(123)，设置于内保温层(121)和外保温层(122)之间，并电连接于控温装置(13)。
3.根据权利要求2所述的气-气反应装置，其特征在于，各段加热套(12)还包括：
热电偶(124)，穿设外保温层(122)、加热器(123)以及内保温层(121)并接触收容主体(11)，且连接于控温装置(13)；
其中，热电偶(124)检测收容主体(11)的温度并将温度信号传递给控温装置(13)，进而控温装置(13)基于热电偶(124)检测的温度来控制加热器(123)的加热。
4.根据权利要求1所述的气-气反应装置，其特征在于，反应器(15)与水平方向的夹角为5°～10°。
5.根据权利要求1所述的气-气反应装置，其特征在于，后挡板(18)高于前挡板(17)。
6.根据权利要求1所述的气-气反应装置，其特征在于，还原性气体入口(192)还可通入反应保护气体，以用于对反应物料进料管(19)、反应器(15)、填料(16)、收集舟(14)以及收容主体(11)进行吹扫。
7.根据权利要求1所述的气-气反应装置，其特征在于，所述气-气反应装置还包括：
安全阀组(23)，设置于收容主体(11)的后端(112)并连通于收容主体(11)的内部，用于对收容主体(11)的内部进行泄压。
8.根据权利要求1所述的气-气反应装置，其特征在于，所述气-气反应装置还包括：
两个多孔支撑板(24)，设置于反应器(15)内，分别位于填料(16)的前方和后方。
9.根据权利要求1所述的气-气反应装置，其特征在于，所述气-气反应装置还包括：
支架(25)，位于反应器(15)的下方并固定连接于反应器(15)。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的气-气反应装置，其特征在于，液态反应物为金属氯化物，还原性气体为氢气或一氧化碳。
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