CN102580622B - 一种超声喷雾燃烧的反应装置 - Google Patents

Abstract

一种超声雾化燃烧的反应装置，其特征是由超声雾化装置，反应系统以及样品收集器三个部分组成；超声雾化装置由一个向上三开口的雾化容器和由压电陶瓷片和换能片构成的雾化头组成，雾化容器的三个开口分别为载气入口、进料口、雾化反应液和载气出口，雾化反应液和载气出口通过管道连接到反应系统的加热区域的上端，由压电陶瓷片和换能片构成的雾化头置于雾化容器底部；反应系统为一腔体，自上而下由隔热层、加热区域、样品收集器组成，法兰连接在腔体顶端，加热区域与样品收集器之间设有排气口，加热区域与样品收集器通过螺纹接口连接。本发明制备的粉体大小均匀、形貌规则、组分均一，而且该设备操作简单，可实现粉体的连续化规模化一步合成。

Description

一种超声喷雾燃烧的反应装置

技术领域

本发明属材料制备设备领域，涉及一种反应装置。

技术背景

随着功能材料、复合材料、陶瓷材料在各行业中应用范围的不断扩大，对材料的微观结构的要求越来越高，如何制备出超细、高纯、大小均匀、形貌规则、表面性能优良的粉体材料成为了人们关注的热点。喷雾热分解作为一种超细粒子制备技术，受到材料，化学工程、气溶胶、超导等领域研究人员的关注。以色列人Aman 于1956 年首先用喷雾热分解法制备出MgO，70 年代，奥地利人Ruthner 首次将该技术应用于工业化生产，而后经过几十年的发展，广泛应用于制备金属材料、无机非金属材料及超导、光学、磁性、电极等功能材料。

由于喷雾热分解法制备超细粉体要求有更高的反应温度及更长的反应时间，所以喷雾热分解设备的反应腔体通常卧式放置，导致产物沉积在反应腔体内壁，加热时间不一，堵塞反应通道，影响产率，同时雾滴由载气载入加热区域前由于受加热区域的热辐射可能会提前分解，从而造成产物粒子大小不均匀，形貌不规则。例如默克专利股份有限公司（申请号为00809307.5）公布了喷雾热分解或喷雾干燥的设备，生产无机氧化物或粉末材料喷雾热分解，在耐热钢板的外管和内置反应管之间安装雾化系统，获得了不同形貌的粉末材料。但大多类似设备生产的粉体需在高温下完成，能量消耗和成本均较大，且生产周期也较长。

发明内容

本发明由超声雾化装置（1），反应系统（9）以及样品收集器（13）三个部分组成。超声雾化装置（1）由一个向上三开口的雾化容器和由压电陶瓷片和换能片构成的雾化头（5）组成，雾化容器的三个开口分别为载气入口（2）、进料口（3）、雾化反应液和载气出口（4），雾化反应液和载气出口（4）通过管道连接到反应系统（9）的加热区域（10）的上端，由压电陶瓷片和换能片构成的雾化头（5）置于雾化容器底部；反应系统（9）为一腔体，自上而下由隔热层（8）、加热区域（10）、样品收集器（13）组成，法兰（7）连接在腔体顶端，加热区域（10）与样品收集器（13）之间设有排气口（11），加热区域（10）与样品收集器（13）通过螺纹接口（12）连接。当反应开始后，超声雾化装置（1）、反应系统（9）以及样品收集器闭合构成一个整体的反应容器腔体。

本发明所述的雾化头（5）采用钛合金电极或镍合金电极。

本发明所述的反应系统（9）腔体为石英材质。

本发明所述的隔热层（8）由隔热材料炉塞构成，加热区域（10）由电阻丝缠绕。

本发明所述的样品收集器（13）所用材料为不锈钢或陶瓷。

本发明所述的雾化头（5）的电源线，可以从进料口（3）引出。

本发明提出了一种适用于超声喷雾燃烧合成粉体的反应装置，该装置主要由于采用内有隔热层的反应腔体的立式设计，所以能够将雾滴通过载气直接载入设定温度的加热区域，避免了雾滴在进入加热区域前发生燃烧反应，便于研究引燃温度对燃烧反应的影响，同时反应腔体的立式设计有利于利用重力作用收集粉体。采用本喷雾燃烧反应装置制备的粉体大小均匀、形貌规则、组分均一，而且该设备操作简单，可实现粉体的连续化规模化一步合成，在控制合成纳米材料和复合纳米材料方面有广阔应用前景。

附图说明

图1为本发明超声雾化装置与反应容器腔体的结构示意图。

其中（1）为超声雾化装置，（2）为载气入口，（3）为进料口，（4）为雾化反应液和载气出口，（5）为由压电陶瓷片和换能片构成的雾化头，（6）为雾化反应液和载气入口，（7）为法兰，（8）为隔热层，（9）为反应系统，（10）为加热区域，（11）为排气口，（12）为螺纹接口，13为样品收集器。

图2为本发明图1中隔热层和加热区域段的横向剖视的结构示意图。其中（6）为雾化反应液和载气入口，（8）为隔热层，（10）为加热区域。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

本实施例由超声雾化装置1，反应系统9以及样品收集器13三个部分组成。超声雾化装置1由一个向上三开口的雾化容器和由压电陶瓷片和换能片构成的雾化头5组成，雾化容器的三个开口分别为载气入口2、进料口3、雾化反应液和载气出口4，雾化反应液和载气出口4通过软管连接到反应系统9的加热区域10的上端，由压电陶瓷片和换能片构成的雾化头5置于雾化容器底部；反应系统9为一腔体，自上而下由隔热层8、加热区域10、样品收集器13组成，法兰7连接在腔体顶端，加热区域10与样品收集器13之间设有排气口11，加热区域10与样品收集器13通过螺纹接口12连接。当反应开始后，超声雾化装置1、反应系统9以及样品收集器闭合构成一个整体的反应容器腔体。

按照附图1，首先将雾化头置入雾化容器中，其电源线从进料口2引出 ，用管道相连雾化反应液和载气出口4与反应系统9，装好样品收集器13，开启反应系统9的电源，使加热区域10升至预定温度，进料口2加入适量的反应混合液，浸没超声雾化头，开启载气阀门至设定的流速，载气经载气进口2进入反应系统9后，开启雾化头的电源，超声雾化即开始，雾化后的反应液滴经载气进入加热区域后发生剧烈的燃烧反应，放出大量的热量和气体，同时生成的粉体产物落入样品收集器13。

Claims (1)

1.一种超声雾化燃烧的反应装置，其特征是由超声雾化装置（1），反应系统（9）以及样品收集器（13）三个部分组成；超声雾化装置（1）由一个向上三开口的雾化容器和由压电陶瓷片和换能片构成的雾化头（5）组成，雾化容器的三个开口分别为载气入口（2）、进料口（3）、雾化反应液和载气出口（4），雾化反应液和载气出口（4）通过管道连接到反应系统（9）的加热区域（10）的上端，由压电陶瓷片和换能片构成的雾化头（5）置于雾化容器底部；反应系统（9）为一腔体，自上而下由隔热层（8）、加热区域（10）、样品收集器（13）组成，法兰（7）连接在腔体顶端，加热区域（10）与样品收集器（13）之间设有排气口（11），加热区域（10）与样品收集器（13）通过螺纹接口（12）连接。