CN102600675B - 化学气相沉积炉用尾气处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种化学气相沉积炉用尾气处理装置，焦油过滤器的入口通过排气管道与炉体的排气口连通。焦油过滤器的出口通过管道与波纹管的入口端连通。在焦油过滤器与炉体之间有入口压力计；在焦油过滤器的出口与波纹管之间有出口压力计。所述波纹管的出口端与真空泵的进气口通过管道连通；在波纹管与真空泵之间的管道上依次安装有伺服阀和截止阀。本发明以有真空计的管道、波纹管和焦油过滤器取代化学气相沉积炉排气系统中的焦油罐，能够有效清除尾气中的焦油成份，避免了尾气中的焦油影响阀门的气体压力调节和截止密封功能，克服了化学气相沉积工艺产生的尾气致使化学气相沉积炉的真空泵的启动困难或异常磨损的不足，延长了真空泵的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及化学气相沉积炉，具体是一种化学气相沉积炉用的尾气处理装置。
背景技术
碳-碳复合材料是一种性能特异的复合材料，其主要制备方法是化学气相沉积工艺。该工艺是将碳纤维预制体放在化学气相沉积炉的工作区内，加热到900-1100℃，通入碳烃化合物如甲烷、丙烯等，碳烃化合物在高温下发生一系列裂解和聚合反应，形成一系列分子量大小不等，分子量分布范围很大的烃类产物体系，分子中含有数个到数十个甚至上百个碳原子等，这些产物中分子量大的部分附着在碳纤维预制体上，经脱氢反应后转变为沉积碳；其余部分则以气态的形式从化学气相沉积炉的工作区中排出，成为尾气进入排气系统。
化学气相沉积炉的排气系统一般由带冷却循环水的双层排气管道、焦油罐、伺服阀、三通管、截止阀、真空泵等组成。由于排气系统处于常温状态且带有循环冷却水，所以随着尾气在排气系统中流动，其温度逐渐降低；随着尾气的温度降低，除过尾气中难以液化的分子量很小的部分烃类以气体形式排出外，其余分子量较大的烃类尾气部分液化成粘度很大的焦油，甚至是固体焦油颗粒，附着在排气系统的管道、焦油罐、阀门、真空泵等器件内壁上。虽然拥有一定空腔的焦油罐可以收集部分焦油，但是还有大部分焦油进入后续的阀门、真空泵中；附着在阀门上的焦油影响其活动件的运动和控制功能，造成系统处于截止状态时密封功能不理想，甚至密封功能丧失；附着在真空泵上的焦油影响真空油粘度和转子运动，造成真空泵抽力不足和启动困难以及真空泵异常磨损，导致工艺要求不能保证和真空泵报废。
发明内容
为克服现有技术中存在的化学气相沉积工艺产生的尾气致使化学气相沉积炉排气系统密封功能丧失、造成真空泵抽力不足和启动困难以及真空泵异常磨损的不足，本发明提出了一种化学气相沉积炉用尾气处理装置。
本发明包括焦油过滤器、波纹管和真空泵；焦油过滤器的入口通过排气管道与炉体的排气口连通；焦油过滤器的出口通过管道与波纹管的入口端连通；在焦油过滤器与炉体之间有入口压力计；在焦油过滤器的出口与波纹管之间有出口压力计；所述波纹管的出口端与真空泵的进气口通过管道连通；在波纹管与真空泵之间的管道上依次安装有伺服阀和截止阀；
所述的焦油过滤器包括箱体、箱体盖板和过滤片；箱体的双层壳体之间为冷却水通道；在箱体一端壳体的外表面有尾气入口，箱体另一端壳体的外表面有出气口和出水口；多个过滤片均位于箱体内，并且所述各过滤片的两端分别通过连接件固定在箱体内表面顶部和底部；
所述每片过滤片的有效过滤面积为400mmX600mm；所述过滤片的数量n＝总气体流量/每个过滤片的气体过滤量；
所述过滤片包括过滤网、压条和过滤片背板；在各过滤片背板上排布有若干个过滤孔；在过滤片背板一端有预留通气口；并且当各过滤片的两端分别固定在箱体内表面顶部和底部时，所述过滤片背板上的预留通气口交错的分别位于箱体内的顶部和底部；
过滤网固定在过滤片背板的一个表面上，并覆盖过滤孔区；所述过滤网的目数为40-150；固定在各过滤片背板上的过滤网的目数均不相同，并且自小目数向大目数依次排布；目数小的过滤片位于箱体的尾气入口一侧；
所述箱体一个侧面为敞口，在该敞口的周边有法兰；
所述箱体盖板周边的连接孔与箱体6侧面敞口法兰上的连接孔对应；
在箱体内表面的顶部和底部分别均布有多对用于固定各过滤片的连接件，并且位于箱体内表面顶部的各对连接件与位于箱体内表面底部的各对连接件的位置相对应。
使用时，在极限真空状态下，将入口压力计和出口压力计的视数调至相同或相近，示值差应小于10Pa；常温送气抽气状态下，示值差应小于150Pa。正常工作状态下示值差超过500Pa时，应停炉清理尾气处理装置。
本发明以设有真空计的管道、波纹管和焦油过滤器取代化学气相沉积炉排气系统中的焦油罐。当炉体中的尾气通过排气管道进入尾气处理站装置时，尾气的温度迅速降低，尾气中的焦油成份从气态冷凝为液滴或固化为颗粒，附着在过滤片上。这样尾气中的焦油绝大部分滞留在尾气处理站装置中，仅余下不能液化的小分子焦油随着尾气下行。这样的尾气不会在伺服阀、截止阀、真空泵的内腔表面形成粘度大的焦油层或焦油颗粒，也就不会影响阀门和真空泵的正常功能。从而克服了现有技术中存在的化学气相沉积工艺产生的尾气致使化学气相沉积炉的伺服阀运转不到位、截止阀密封不严、真空泵启动困难或异常磨损等不足，提高了工艺参数的控制精度，延长了真空泵的使用寿命。
图1是化学气相沉积炉用尾气处理装置的结构示意图；
图2是焦油过滤器结构示意图的主视图；
图3是焦油过滤器的箱体结构示意图的剖视图；
图4是本发明中的焦油过滤器的过滤片的结构示意图；其中，图4a是过滤片的主视图，图4b是过滤片的侧视图；
图5是本发明中的过滤片背板示意图。其中：
1.炉体 2.排气管道 3.入口压力计 4.焦油过滤器 5.尾气入口
6.箱体 7.法兰 8.胶圈槽 9.连接件 10.过滤片
11.过滤片背板 12.过滤网 13.压条 14.预留通气口 15.过滤孔
16.过滤网固定孔 17.出水口 18.出气口 19.进水口 20.出口压力计
21.波纹管 22.伺服阀 23.截止阀 24.真空泵
具体实施方式
实施例一
本实施例是一种化学气相沉积炉用尾气处理装置。所述的化学气相沉积炉为ZGC-100型，采用氮气和丙烯为原料气进行化学气相沉积，其沉积温度为900±50℃，气体流量氮气40L/min，丙烯50L/min，炉压3000-5000Pa。
本实施例包括焦油过滤器4、波纹管21和真空泵24。焦油过滤器4的入口通过排气管道2与炉体1的排气口连通；焦油过滤器4的出口通过管道与波纹管21的入口端连通。在焦油过滤器4与炉体1之间有入口压力计3；在焦油过滤器4的出口与波纹管21之间有出口压力计20。所述波纹管21的出口端与真空泵24的进气口通过管道连通；在波纹管21与真空泵24之间的管道上依次安装有伺服阀22和截止阀23。
所述的焦油过滤器4包括箱体6和过滤片10。箱体6为用钢板制成的矩形双层壳体，所述双层壳体之间用于通冷却水，并在箱体6外层壳体上有进水口和出水口。在箱体6一端壳体的外表面有尾气入口5和冷却水入口19，箱体6另一端壳体的外表面有出气口18和出水口17；所述箱体6一个侧面为敞口，在该敞口的周边有凸出的法兰，该法兰上分布有连接孔。在箱体6内表面的顶部和底部分别均布有5对连接件，本实施例中的连接件为角铁。位于箱体6内表面顶部的5对角铁与位于箱体6内表面底部的5对角铁的位置相对应。多个过滤片10分别插入箱体6内表面顶部和底部的各对角铁中。所述每片过滤片10的有效过滤面积为400mmX600mm。所述过滤片10的数量n＝总气体流量/每个过滤片的气体过滤量。本实施例中，每个过滤片所过滤的气体过滤量为20l/min，过滤片10的数量n＝5。
所述过滤片10包括过滤网12、压条13和过滤片背板11。所述的过滤片背板11为用不锈钢制成的矩形。在各过滤片背板11上排布有若干个过滤孔15。在过滤片背板11的四周分布有连接用的过滤网固定孔16，并且该过滤网固定孔16位于过滤孔15的外侧。在过滤片背板11一个短边处的过滤网固定孔16外侧有一个预留通气口14，用于当过滤孔15被堵塞后，通过该预留通气口14排出炉体内的气体。在将各过滤片分别插入箱体6内表面顶部和底部的各对角铁中时，应使所述过滤片背板上的预留通气口交错的分别位于箱体6内的顶部和底部。本实施例中，预留通气口为200mm×100mm的矩形。
过滤网12通过压条13固定在过滤片背板11的一个表面上，并使过滤网12覆盖过滤孔15区。所述过滤网12的目数为40-150；固定在各过滤片背板11上的过滤网12的目数均不相同，并且自小目数向大目数依次排布；目数小的过滤片位于箱体6的尾气入口5一侧。本实施例中，过滤网的目数分别为40、60、80、100、120。
本实施例中，入口压力计3和出口压力计20均为10-10000Pa的数显真空计。所用的连接管道、波纹管、焦油过滤器进口和出口的管径均与ZGC-100型化学气相沉积炉排气管的管径相同。
箱体盖板的周边有连接孔。所述箱体盖板周边的连接孔与箱体6侧面敞口法兰上的连接孔对应。
装配本实施例时，将前端管道连接于炉体排气管道之后，再依次连接焦油过滤器、后端管道，最后将波纹管接在后端管道和伺服阀之间。安装焦油过滤器的过滤片时，从进气口一侧开始，直到出气口一侧结束；按过滤片的目数从小到大依次安装，从目数最小的40目过滤片开始，到目数最大的150目过滤片结束；安装方向是第一片过滤片的过滤孔区在上，预留通气口在下，第二片过滤片的过滤孔区在下，预留通气口在上，其余过滤片的安装方向也是按照过滤孔区一下一上间隔安装。
试验证明，本实施例用于化学气相沉积炉，使化学气相沉积炉的伺服阀卡滞、截止阀漏气现象消失。
实施例二
本实施例是一种化学气相沉积炉用尾气处理装置。所述的化学气相沉积炉为ZGCJ-500-12型，采用氮气和丙烯为原料气进行化学气相沉积，其沉积温度为900±50℃，气体流量氮气80L/min，丙烯60L/min，炉压3000-5000Pa。
本实施例包括焦油过滤器4、波纹管21和真空泵24。焦油过滤器4的入口通过排气管道2与炉体1的排气口连通；焦油过滤器4的出口通过管道与波纹管21的入口端连通。在焦油过滤器4与炉体1之间有入口压力计3；在焦油过滤器4的出口与波纹管21之间有出口压力计20。所述波纹管21的出口端与真空泵24的进气口通过管道连通；在波纹管21与真空泵24之间的管道上依次安装有伺服阀22和截止阀23。
所述的焦油过滤器4包括箱体6和过滤片10。箱体6为矩形的双层壳体，所述双层壳体之间用于通冷却水，并在箱体6外层壳体上有进水口和出水口。在箱体6一端壳体的外表面有尾气入口5，箱体6另一端壳体的外表面有出气口18和出水口17；所述箱体6一个侧面为敞口，在该敞口的周边有凸出的法兰，该法兰上分布有连接孔。在箱体6内表面的顶部和底部分别均布有7对连接件，本实施例中，所述的连接件为槽钢，并且位于箱体6内表面顶部的7对槽钢与位于箱体6内表面底部的7对槽钢的位置相对应。多个过滤片10分别插入箱体6内表面顶部和底部的各对槽钢中。所述每片过滤片10的有效过滤面积为400mmX600mm。所述过滤片10的数量n＝总气体流量/每个过滤片的气体过滤量。本实施例中，每个过滤片所过滤的气体过滤量为20l/min，过滤片10的数量n＝7。
所述过滤片包括过滤网12、压条13和过滤片背板11。所述的过滤片背板11为用不锈钢制成的矩形。在各过滤片背板11上排布有若干个过滤孔15。在过滤片背板11的四周分布有连接用的固定孔16，并且该固定孔16位于过滤孔的外侧。在过滤片背板一个短边处的固定孔16外侧有一个预留通气口14，用于当过滤孔15被堵塞后，通过该预留通气口14排出炉体内的气体。在将各过滤片分别插入箱体6内表面顶部和底部的各对槽钢中时，应使所述过滤片背板上的预留通气口交错的分别位于箱体6内的顶部和底部。本实施例中，预留通气口为200mm×100mm的矩形。
过滤网12通过压条13固定在过滤片背板11的一个表面上，并使过滤网12覆盖过滤孔15区。所述过滤网的目数为40-150；固定在各过滤片背板11上的过滤网12的目数均不相同，并且自小目数向大目数依次排布；目数小的过滤片位于箱体6的尾气入口5一侧。本实施例中，过滤网的目数分别为40、50、60、80、100、120、150。
本实施例中，入口压力计3和出口压力计20均为10-10000Pa的数显真空计。所用的连接管道、波纹管、焦油过滤器进口和出口的管径均与ZGCJ-500-12型化学气相沉积炉排气管的管径相同。
箱体盖板的周边有连接孔。所述箱体盖板周边的连接孔与箱体6侧面敞口法兰上的连接孔对应。
装配本实施例时，将前端管道连接于炉体排气管道之后，再依次连接焦油过滤器、后端管道，最后将波纹管接在后端管道和伺服阀之间。安装焦油过滤器的过滤片时，从进气口一侧开始，直到出气口一侧结束；按过滤片的目数从小到大依次安装，从目数最小的40目过滤片开始，到目数最大的150目过滤片结束；安装方向是第一片过滤片的过滤孔区在上，预留通气口在下，第二片过滤片的过滤孔区在下，预留通气口在上，其余过滤片的安装方向也是按照过滤孔区一下一上间隔安装。
试验证明，本实施例用于化学气相沉积炉，使化学气相沉积炉的伺服阀卡滞、截止阀漏气现象消失。
Claims (4)
1.一种化学气相沉积炉用尾气处理装置，其特征在于，包括焦油过滤器、波纹管和真空泵；焦油过滤器的入口通过管道与炉体的排气口连通；焦油过滤器的出口通过管道与波纹管的入口端连通；在焦油过滤器的入口与炉体之间有入口压力计；在焦油过滤器的出口与波纹管之间有出口压力计；所述波纹管的出口端与真空泵的进气口通过管道连通；在波纹管与真空泵之间的管道上依次安装有伺服阀和截止阀；
所述的焦油过滤器包括箱体、箱体盖板和过滤片；箱体的双层壳体之间为冷却水通道；在箱体一端壳体的外表面有尾气入口和冷却水入口，箱体另一端壳体的外表面有出气口和出水口；多个过滤片均位于箱体内，并且所述各过滤片的两端分别通过连接件固定在箱体内表面顶部和底部；
所述每片过滤片的有效过滤面积为400mmΧ600mm；所述过滤片的数量n＝总气体流量/每个过滤片的气体过滤量；
所述过滤片包括过滤网、压条和过滤片背板；在各过滤片背板上排布有若干个过滤孔；在过滤片背板一端有预留通气口；并且当各过滤片的两端分别固定在箱体内表面顶部和底部时，所述过滤片背板上的预留通气口交错的分别位于箱体内的顶部和底部；
过滤网固定在过滤片背板的一个表面上，并覆盖过滤孔区；所述过滤网的目数为40-150；固定在各过滤片背板上的过滤网的目数均不相同，并且自小目数向大目数依次排布；目数小的过滤片位于箱体的尾气入口一侧。
2.如权利要求1所述化学气相沉积炉用尾气处理装置，其特征在于，所述箱体一个侧面为敞口，在该敞口的周边有法兰。
3.如权利要求1所述化学气相沉积炉用尾气处理装置，其特征在于，所述箱体盖板周边的连接孔与箱体侧面敞口法兰上的连接孔对应。
4.如权利要求1所述化学气相沉积炉用尾气处理装置，其特征在于，在箱体内表面的顶部和底部分别均布有多对用于固定各过滤片的连接件，并且位于箱体内表面顶部的各对连接件与位于箱体内表面底部的各对连接件的位置相对应。
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