CN102698697A - 一种制备和包覆球形氢氧化镍的反应釜装置 - Google Patents

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刘澧浦
袁水源
谭英伟
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Abstract

本发明公开了一种制备和包覆球形氢氧化镍的反应釜装置，包括反应釜、发热管、反应釜上设有的动力装置、动力装置驱动连接反应釜内的搅拌装置、反应釜外套有的夹套，反应釜上部设有溢流口，所述的反应釜内设有挡板，发热管设于挡板上，夹套内设有冷却循环水。该反应釜装置与现有设备相比，创新性的改进了返混和结晶条件，提高了搅拌效率，节约水资源、电能；一个反应釜两种用途，既可以制备球形氢氧化镍，又可以进行表面包覆，降低了设备闲置率，提高了使用率，进而降低了成本，有利于提高企业竞争力。

Description

一种制备和包覆球形氢氧化镍的反应釜装置
技术领域
本发明涉及一种制备和包覆球形氢氧化镍的反应釜装置，尤其涉及一种既可以制备球形氢氧化镍，又可以对球形氢氧化镍进行表面包覆金属化合物的反应釜装置。
背景技术
二次电池已经广泛的应用在工业领域和人们的生活上，而镍氢二次电池作为一种新兴的储能载体，具有安全、环保无镉污染、比容量高等特点，其发展前景远大，备受业界关注。对其研究也比较多。目前，人们对于镍氢二次电池负极材料储氢合金研究较多，其比容量高。而对其正极材料氢氧化镍研究相对较少，其比容量低。因此，镍氢二次电池的容量取决于正极材料氢氧化镍的电化学性能。
反应釜是化工领域经常使用的设备，生产不同的产品需要不同的反应釜。在制备球形氢氧化镍的反应釜的设计研究，没有相关的专利，也鲜有文献报导。国内外的生产企业大都使用络合沉淀法制备球形氢氧化镍，使用的反应设备为通用型的反应釜，在生产球形氢氧化镍的过程存在较多问题和缺陷。为此， 彭美勋、沈湘黔、危亚辉在《硅酸盐通报》上发表了《搅拌型式对球形Ni(O H)2物理性质的影响》，主要探讨了使用不同搅拌方式得出球形氢氧化镍的结晶度，得出结论：下叶轮为透平桨的搅拌器可以使球形氢氧化镍的振实密度随搅拌强度呈正相关。因此，下叶轮使用透平桨使釜内流体对流方式较为平稳（摘自2008年4月《硅酸盐通报》第27卷第2期）。
目前，业界普遍采用湿法，即络合沉淀法制备球形氢氧化镍，使用的是通用型的反应釜，其结构如下：顶部是一个传动装置和动力部分；外部是10到20厘米厚的夹层充水或其他液体用来加热或保温；其内部通常连接了一套一层或两层的透平式搅拌桨，反应釜内壁上焊接3到4块挡板，用于搅拌流体。这样结构的反应釜存在以下缺陷：其一，温度控制不精确，其波动幅度在5摄氏度；其二，依靠外部风冷或自然冷却，导致冷却速度慢；其三，轴向循环量小，径向剪切力大，不利于较大尺寸的结晶；其四，搅拌桨尺寸大，容易出现圆柱回转区，局造成部混合度差。
发明内容
本发明是为了要克服现有技术的不足，使反应釜内物料混合均匀且利于结晶，制备出电化学性能优异的球形氢氧化镍，经过多次实验和探索，本发明采用一系列革新的设计，可以使釜内物料达到最大限度的混合，即返混状态，任意时间点和空间点的浓度是一致的。同时，研究了制备球形氢氧化镍工艺和表面包覆金属化合物工艺的相似性，提出一套制备和包覆两用的方案，提高了设备的利用效率，减少了设备空置率，降低了生产成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种制备和包覆球形氢氧化镍的反应釜装置，包括反应釜、发热管、反应釜上设有的动力装置、动力装置驱动连接反应釜内的搅拌装置、反应釜外套有的夹套，反应釜上部设有溢流口，所述的反应釜内设有挡板，发热管设于挡板上，夹套内设有冷却循环水。
进一步的：所述的搅拌装置由搅拌轴、设于搅拌轴上的至少三层搅拌桨结构组成。所述的搅拌桨结构设有三层，三层搅拌桨叶结构为：最上层搅拌浆由平叶式的四个相互垂直的叶片组成，叶片长度与反应釜内径之比为0.1—0.2；中间层搅拌桨由推进式的四个叶片组成，叶片与搅拌轴的夹角为30°—70°，叶片长度与反应釜内径之比为0.1—0.22；最下层搅拌桨由折叶式的四个叶片组成，叶片与搅拌轴的夹角为30°—65°，叶片长度与反应釜内径之比为0.1—0.25。搅拌装置的设计缩小了搅拌桨结构的尺寸，采用三层搅拌桨叶结构，多种型式的叶轮相互配合，在保持水平剪切力的同时，提高反应釜流体径向的循环量。这样，有利于抑制圆柱回旋区的形成和釜内流体返混合。另外，搅拌装置上下都固定好了位置，可以防止底部叶轮不规则的振动，保证搅拌流体的流形，防止搅拌轴变形，延长搅拌装置的使用寿命。
进一步的：所述的反应釜高度与内径之比为2:1—5:1。所述的反应釜底部为W形状，弧度为0.8—1.5。反应釜材料采用不锈钢或玻璃钢，或搪瓷内衬。W形的釜底可以缓解下层的折叶搅拌桨结构对釜底的冲击力，和减小釜底对搅拌桨的反作用力，进而有利于搅拌状态的稳定。
进一步的：所述的挡板为带缝的倒梯形挡板，其高度为反应釜高度的0.6—0.8，其上底边长为反应釜内径的0.1—0.3，其下底边长为反应釜内径的0.1—0.2，倒梯形挡板的缝宽为反应釜内径的0.02—0.1。所述的倒梯形挡板设有6片，每块均匀分布在圆周上。倒梯形挡板的设置是为了以消除搅拌桨叶结构高速运行时形成的锥形漩涡，设计了6片倒梯形的带缝挡板，其作用是为了增加返混程度，让物料混合更均匀，而靠近釜壁上的细缝可以流通部分流体，有效抑制了流体中的物料向下沉降堆积，减少了动能损失，提高搅拌效率。
进一步的： 所述的发热管与挡板的高度一致，发热管采用外层包覆聚四氟乙烯的电热偶。传统的加热都是通过外部夹套的热量传导梯度，是一种由外向内的加热方式，不利于整体温度的精确控制；而本发明是采用6组外层包覆聚四氟乙烯的电热偶，固定在挡板上，分布均匀，直接在流体内部加热，可以节约电能和达到精确控制温度的要求，也不妨碍流体的搅拌混合。
进一步的：所述的夹套上部和下部各设有冷却水口。将自来水导入外部夹套循环流动作为冷却水，冷却水吸热出来后流过蛇形换热器时，温度降低，这样自来水可以循环利用，节约了水资源。
进一步的：所述的动力装置由电机、电机输出端设置的主动皮带轮、搅拌轴上设置的从动皮带轮、主动皮带轮与从动皮带轮之间的皮带组成。
综上所述，本发明的制备和包覆球形氢氧化镍的反应釜装置与现有设备相比，创新性的改进了返混和结晶条件，提高了搅拌效率，节约水资源、电能；一个反应釜两种用途，既可以制备球形氢氧化镍，又可以进行表面包覆，降低了设备闲置率，提高了使用率，进而降低了成本，有利于提高企业竞争力。
附图说明
图1是本发明实施例1反应釜装置的示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明实施例1所描述的一种制备和包覆球形氢氧化镍的反应釜装置，如图1所示，包括反应釜2、发热管3、反应釜上设有的动力装置、动力装置驱动连接反应釜内的搅拌装置、反应釜外套有的夹套1，反应釜上部设有溢流口11，所述的反应釜内设有挡板4，发热管设于挡板上，夹套内设有冷却循环水。
进一步的：所述的搅拌装置由搅拌轴13、设于搅拌轴上的三层搅拌桨结构组成。三层搅拌桨叶结构为：最上层搅拌浆7由平叶式的四个相互垂直的叶片组成，叶片长度与反应釜内径之比为0.1；中间层搅拌桨6由推进式的四个叶片组成，叶片与搅拌轴的夹角为30°，叶片长度与反应釜内径之比为0.1；最下层搅拌桨5由折叶式的四个叶片组成，叶片与搅拌轴的夹角为30°，叶片长度与反应釜内径之比为0.1。搅拌装置的设计缩小了搅拌桨结构的尺寸，采用三层搅拌桨叶结构，多种型式的叶轮相互配合，在保持水平剪切力的同时，提高反应釜流体径向的循环量。这样，有利于抑制圆柱回旋区的形成和釜内流体返混合。另外，搅拌装置上下都固定好了位置，可以防止底部叶轮不规则的振动，保证搅拌流体的流形，防止搅拌轴变形，延长搅拌装置的使用寿命。
进一步的：所述的反应釜高度与内径之比为2:1。所述的反应釜底部为W形状，弧度为0.8。反应釜材料采用不锈钢。W形的釜底可以缓解下层的折叶搅拌桨结构对釜底的冲击力，和减小釜底对搅拌桨的反作用力，进而有利于搅拌状态的稳定。
进一步的：所述的挡板为带缝的倒梯形挡板，其高度为反应釜高度的0.6，其上底边长为反应釜内径的0.1，其下底边长为反应釜内径的0.1，倒梯形挡板的缝宽为反应釜内径的0.02。所述的倒梯形挡板设有6片，每块均匀分布在圆周上。倒梯形挡板的设置是为了以消除搅拌桨叶结构高速运行时形成的锥形漩涡，设计了6片倒梯形的带缝挡板，其作用是为了增加返混程度，让物料混合更均匀，而靠近釜壁上的细缝可以流通部分流体，有效抑制了流体中的物料向下沉降堆积，减少了动能损失，提高搅拌效率。
进一步的： 所述的发热管与挡板的高度一致，发热管采用外层包覆聚四氟乙烯的电热偶。传统的加热都是通过外部夹套的热量传导梯度，是一种由外向内的加热方式，不利于整体温度的精确控制；而本发明是采用6组外层包覆聚四氟乙烯的电热偶，固定在挡板上，分布均匀，直接在流体内部加热，可以节约电能和达到精确控制温度的要求，也不妨碍流体的搅拌混合。
进一步的：所述的夹套上部和下部各设有冷却水口12。将自来水导入外部夹套循环流动作为冷却水，冷却水吸热出来后流过蛇形换热器时，温度降低，这样自来水可以循环利用，节约了水资源。
进一步的：所述的动力装置由电机10、电机输出端设置的主动皮带轮14、搅拌轴上设置的从动皮带轮8、主动皮带轮与从动皮带轮之间的皮带9组成。
实施例2
本实施例2是在实施例1的基础上进行改变，其具体改变方案如下：所述的搅拌桨结构设有三层，三层搅拌桨叶结构为：最上层搅拌浆由平叶式的四个相互垂直的叶片组成，叶片长度与反应釜内径之比为0.2；中间层搅拌桨由推进式的四个叶片组成，叶片与搅拌轴的夹角为70°，叶片长度与反应釜内径之比为0.22；最下层搅拌桨由折叶式的四个叶片组成，叶片与搅拌轴的夹角为65°，叶片长度与反应釜内径之比为0.25。所述的反应釜高度与内径之比为5:1。所述的反应釜底部为W形状，弧度为1.5。所述的挡板为带缝的倒梯形挡板，其高度为反应釜高度的0.8，其上底边长为反应釜内径的0.3，其下底边长为反应釜内径的0.2，倒梯形挡板的缝宽为反应釜内径的0.1。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术内容作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种制备和包覆球形氢氧化镍的反应釜装置，包括反应釜（2）、发热管（3）、反应釜上设有的动力装置、动力装置驱动连接反应釜内的搅拌装置、反应釜外套有的夹套（1），反应釜上部设有溢流口（11），其特征在于：所述的反应釜内设有挡板（4），发热管设于挡板上，夹套内设有冷却循环水。
2.根据权利要求1所述的反应釜装置，其特征在于：所述的搅拌装置由搅拌轴（13）、设于搅拌轴上的至少三层搅拌桨结构组成。
3.根据权利要求2所述的反应釜装置，其特征在于：所述的搅拌桨结构设有三层，三层搅拌桨叶结构为：最上层搅拌浆（7）由平叶式的四个相互垂直的叶片组成，叶片长度与反应釜内径之比为0.1—0.2；中间层搅拌桨（6）由推进式的四个叶片组成，叶片与搅拌轴的夹角为30°—70°，叶片长度与反应釜内径之比为0.1—0.22；最下层搅拌桨（5）由折叶式的四个叶片组成，叶片与搅拌轴的夹角为30°—65°，叶片长度与反应釜内径之比为0.1—0.25。
4.根据权利要求1所述的反应釜装置，其特征在于：所述的反应釜高度与内径之比为2:1—5:1。
5.根据权利要求4所述的反应釜装置，其特征在于：所述的反应釜底部为W形状，弧度为0.8—1.5。
6.根据权利要求1所述的反应釜装置，其特征在于：所述的挡板为带缝的倒梯形挡板，其高度为反应釜高度的0.6—0.8，其上底边长为反应釜内径的0.1—0.3，其下底边长为反应釜内径的0.1—0.2，倒梯形挡板的缝宽为反应釜内径的0.02—0.1。
7.根据权利要求6所述的反应釜装置，其特征在于：所述的倒梯形挡板设有6片，每块均匀分布在圆周上。
8.根据权利要求1所述的反应釜装置，其特征在于： 所述的发热管与挡板的高度一致，发热管采用外层包覆聚四氟乙烯的电热偶。
9.根据权利要求1所述的反应釜装置，其特征在于：所述的夹套上部和下部各设有冷却水口（12）。
10.根据权利要求1所述的反应釜装置，其特征在于：所述的动力装置由电机（10）、电机输出端设置的主动皮带轮（14）、搅拌轴上设置的从动皮带轮（8）、主动皮带轮与从动皮带轮之间的皮带（9）组成。
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