CN103278008B - 带气幕保护的反应塔及其进气方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带气幕保护的反应塔及其方法，所述反应塔包括塔体，在所述的塔体内安装有由气管连通成管网构成的环壁保护气体喷射系统，在所述气管上分布着喷嘴，所述喷嘴在气管上分布的位置及开口方向，使相邻气管上的喷嘴喷出的气流共同形成环壁保护的气幕。保护气通过本发明的反应塔内的环壁保护气体喷射系统喷射进入塔体，在塔体内形成一层与塔体内壁平行或紧贴内壁的保护气幕；该气幕既可提供塔体内物料处理或反应时所需的均匀保护气氛，又可作为传热介质将炉壁热量直接传导给物料，有助于热源的有效利用和反应温度的有效控制；同时该气幕还可控制物料运动方向、产品生长方向、防止物料与塔壁直接接触，避免副反应发生，保持塔壁清洁。
Description
技术领域
本发明涉及反应塔，具体涉及一种带气幕保护的反应塔及其进气方法，应用于物料热处理或材料高温合成。
背景技术
气氛炉的特点是在一定温度下向炉内通入一定的保护气体，在炉内形成保护气氛。保持气氛炉内合适的气氛是实现预期热处理效果的关键。常规的气氛炉的炉管都采用一端进气，一端出气的办法，使保护气体在炉管内产生微正压以达到形成保护气氛的目的。而在这过程中由于炉管形状的差异、进出气口的位置差异及炉管内部结构死角等导致炉管内存在局部气氛不均问题。
对于反应塔而言一般在低温处理条件下物料容易粘接在塔壁上，造成回收困难，物料浪费，影响塔体连续运行，降低生产效率；在高温合成条件下，生成的高活性物质与塔壁（炉壁）直接接触可能形成低共熔点化合物，产生杂质，造成塔壁（炉壁）的腐蚀、破坏，严重的会造成炉体泄露。
例如喷雾干燥设备运行初期在喷雾和干燥气流的作用下，部分物料和干燥塔内壁接触，因物料特性和塔壁温度的不同使得部分物料粘附在塔壁内表面，不能及时清除并逐渐积累成料块，在重力和气锤等外力作用下脱落进入塔底的通风管道，影响干燥气流造成产品成分不均，甚至造成干燥过程被迫中断。同时，在一定的温度与气氛作用下，部分粘壁物料会与干燥塔内壁材质发生副反应，影响干燥物料的纯度，降低产品质量。现有喷雾干燥中通常采用塔内壁抛光、夹壁干燥塔、塔壁旋气片切向引入二次空气冷却塔壁或塔内安装气扫装置等办法来减轻粘壁，但都不能有效解决粘壁问题。
再例如纳米碳管的生产需要纳米碳管形成所需的金属催化剂在惰性环境中分解形成高活性金属原子，金属原子与金属炉壁直接接触可能形成低共熔点化合物，产生杂质，造成炉壁的腐蚀、破坏，严重的会造成炉体泄露；业内多采用陶瓷或石墨内胆被动保护金属炉体，但陶瓷、石墨内胆自身密封性较差，不能根本杜绝高活性金属原子与金属炉体接触，给产业化生产留下严重安全隐患。本发明由此而来。
发明内容
本发明所要解决的第一方面的技术问题是克服现有技术的反应塔内物料容易和塔内壁接触造成粘壁或腐蚀情况，提供一种既具有塔体内均匀保护气氛又可防止物料与塔壁直接接触的带气幕保护的反应塔。
本发明所要解决的第二方面的技术问题是提供上述的带气幕保护的反应塔进气方法。
为了解决上述的第一方面的技术问题，本发明提供的技术方案是：一种带气幕保护的反应塔，所述反应塔包括塔体，其特征在于，在所述的塔体内安装有由气管连通成管网构成的环壁保护气体喷射系统，在所述气管上分布着复数个喷嘴。
优选的，所述环壁保护气体喷射系统包括由气管连通成的顶部管网、中部管网和底部管网组成；所述顶部管网位于塔体内的上段，且与顶部塔壁平行；所述底部管网位于塔体内的下段，且与底部塔壁平行；所述中部管网位于塔体内中段，且与中部塔壁平行，其气管上下两端分别连接顶部管网和底部管网。
优选的，所述顶部管网的气管以物料进口为中心，根据顶部塔壁的形状，以平面或倒锥面辐射状等间距分布；所述底部管网的气管以物料出口为中心，根据底部塔壁的形状，呈锥面或平面辐射状等间距分布。
优选的，所述中部管网在塔体内的横切面布置形状为正多边形，且气管与中部塔壁的垂直间距相等。所述正多边形的边数≥5，优选为正六、正八、正十二边形等形状。
优选的，所述喷嘴在气管上分布的位置及开口方向，能使相邻气管上的喷嘴喷出的气流共同形成环壁保护的气幕。
优选的，所述气管为陶瓷管、石墨管或石英管等这些比较耐高温管。
优选的，所述顶部管网连接一根延伸至塔体外的第一气体输送管道；所述底部管网连接一根延伸至塔体外的第二气体输送管道。
优选的，通过所述第一气体输送管道和第二气体输送管道输送的保护气为氢气、氮气、氩气中的一种或多种气体组合；且第一气体输送管道输送的保护气和第二气体输送管道输送的保护气为相同或不同种类的保护气体，藉此可形成不同压力梯度、浓度梯度的保护气幕。
优选的，所述塔体包括设在塔体顶端的物料进口和排气口，和设在塔体底部的物料出口。且塔体具有平面或倒锥状顶部塔壁、柱状中部塔壁和平面或锥状底部塔壁。
上述的气管彼此间部分连通或全部连通组成管网，保护气体通过环壁保护气体喷射系统在塔内形成保护气幕。
为了解决上述第二方面的技术问题，本发明提供的技术方案是：保护气分别通过第一气体输送管道和第二气体输送管道进入环壁保护气体喷射系统（2）的顶部管网和底部管网的气管内，保护气流从喷嘴处的喷射方向可平行或相交于顶部塔壁和底部管壁，在顶部和底部塔体内形成一层与塔体内壁平行或紧贴内壁的保护气幕；然后保护气体分别从顶部管网或底部管网进入中部管网，按顺时针或逆时针方向从一根气管的若干个保护气喷嘴喷向相邻的另一根气管或内壁，在中部塔体内形成一层与塔体内壁平行或紧贴内壁的保护气幕。
相对于现有技术的方案，本发明采用带气幕保护的反应塔的优点是：本发明由于在塔内设立了环壁保护气体喷射系统，使得保护气体在接近塔体内壁处形成一层与塔体内壁平行或紧贴内壁的保护气幕。该气幕既可提供塔体内物料处理或反应时所需的均匀保护气氛，又可作为传热介质将炉壁热量直接传导给物料，有助于热源的有效利用和反应温度的有效控制；同时该气幕还可控制物料运动方向、产品生长方向，防止物料与塔壁直接接触，避免副反应发生，保持塔壁清洁。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明具体实施使用带气幕保护的反应塔的结构示意图；
图2为带气幕保护的反应塔的顶部管网气流示意图（A-A横切面）；
图3为带气幕保护的反应塔的中部管网气流示意图（B-B横切面）；
图4为本发明具体实施例中所得材料电化学充放电曲线图。
其中：1为塔体；11为物料进口；12为物料出口；13为排气口；14为顶部塔壁；15为中部塔壁；16为底部塔壁；
2为环壁保护气体喷射系统；21为顶部管网；22为中部管网；23为底部管网；24为气管；25为喷嘴。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
如图1-3所示的带气幕保护的反应塔，为本发明的一优选实施例，所述反应塔包括塔体1，在塔体1内安装有由气管24连通成管网构成的环壁保护气体喷射系统2，在气管24上分布着复数个喷嘴25；该环壁保护气体喷射系统2包括由气管24连通成的顶部管网21、中部管网22和底部管网23组成；顶部管网21位于塔体1内的上段，顶部管网21的气管24以物料进口11为中心，且与顶部塔壁14平行辐射状等间距分布（如图2所示）；底部管网23位于塔体1内的下段，以物料出口12为中心，呈锥面辐射状等间距分布与底部塔壁16平行；中部管网22位于塔体1内中段，且与中部塔壁15平行，中部管网22在塔体1内的横切面布置形状为正多边形，且气管与中部塔壁的垂直间距相等，其气管24上下两端分别连接顶部管网21和底部管网23（如图3所示）。
喷嘴25在气管24上分布的位置及开口方向，能使相邻气管24上的喷嘴25喷出的气流共同形成环壁保护的气幕；在一优选实施例中，喷嘴25可以设在同一种管网的相同部位及同一侧面。如图2中所示，顶部管网21与顶部塔壁14平行辐射状等间距分布，其径向气管24上的喷嘴25位于各自气管的相同部位及同一侧面，以使相邻气管24上的喷嘴25喷出的气流共同形成顺时针或逆时针方向平行于顶壁的保护气幕，或径向气管24上的喷嘴25喷出的气流遇顶部塔壁14后反射至相邻气管24共同形成一层紧贴顶壁的保护气幕，每个径向气管24上的喷嘴数量，用户可以根据实际需求进行调整，通常为≥2个喷嘴。如图1和图3显示，位于塔体1内中段的为正多边形布置的中部管网22，其竖直向上气管24上的喷嘴25位于各自气管的相同部位及同一侧面，以使相邻气管24上的喷嘴25喷出的气流共同形成顺时针或逆时针方向平行于侧壁的保护气幕，或竖直向上气管24上的喷嘴25喷出的气流遇中部塔壁15后反射至相邻气管24共同形成一层紧贴侧壁的保护气幕，每个竖直气管24上的喷嘴数量，用户可以根据实际需求进行调整。
在本发明的一实施例中，所述第一、第二气体输送管道内保护气气体的压力为0.1MPa~0.2MPa，当然根据反应塔的体积不同，塔内的气管结构的差异，保护气的气流压力也具有不同的范围值，以达到喷嘴喷出的气流共同形成平行于塔壁的保护气幕。
实施例：利用带气幕保护的反应塔合成磷酸亚铁锂
该实施例中采用如图1-3所示的带气幕保护的反应塔，包括设有温度可控的塔体1和环壁保护气体喷射系统2；上保护气从塔体1的第一气体输送管道送入环壁保护气体喷射系统2的顶部管网21,继而到中部管网22，上保护气从顶部管网21的气管24的右侧喷嘴25喷出，形成一层平行于顶部塔壁14的顺时针方向喷射的保护气幕，同时上保护气从中部管网22的气管24的右侧喷嘴25喷出，形成一层平行于中部塔壁15的顺时针方向喷射的保护气幕；下保护气从塔体1的第二气体输送管道送入环壁保护气体喷射系统2的底部管网23后从气管24的右侧喷嘴25喷出，形成一层平行于底部塔壁16的顺时针方向喷射的保护气幕。
气体的压力为0.1MPa, 以保证气流平均路径能够覆盖下一根气管24。上保护气为氮气，下保护气为氢气，合成温度800℃。
将磷酸二氢锂和氧化铁按摩尔比1：0.5共50公斤和100公斤的高纯水经充分研磨混合后形成浆料，从物料进口11送入塔体1；调节上下进气流量将合成时间（物料在塔内停留时间）控制在0.5小时，反应产物从物料出口12排出的同时经旋风分离、冷却后收集。反应尾气从排气口13排出。
上述反应产物磷酸亚铁锂添加导电碳黑，粘结剂，制成极片，电化学测试对电极选用金属锂片。本实施例制备出的材料电极物质电化学放电克容量大于150mAh/g，如图4所示。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (8)
1.一种带气幕保护的反应塔，所述反应塔包括塔体(1)，其特征在于，在所述的塔体(1)内安装有由气管(24)连通成管网构成的环壁保护气体喷射系统(2)，在所述气管(24)上分布着复数个喷嘴(25)；
所述环壁保护气体喷射系统(2)包括由气管(24)连通成的顶部管网(21)、中部管网(22)和底部管网(23)组成；
所述顶部管网(21)位于塔体(1)内的上段，且与顶部塔壁(14)平行；
所述底部管网(23)位于塔体(1)内的下段，且与底部塔壁(16)平行；
所述中部管网(22)位于塔体(1)内中段，且与中部塔壁(15)平行，其气管(24)上下两端分别连接顶部管网(21)和底部管网(23)；
所述喷嘴(25)在气管(24)上分布的位置及开口方向，使相邻气管上的喷嘴喷出的气流共同形成环壁保护的气幕。
2.根据权利要求1所述的带气幕保护的反应塔，其特征在于，所述顶部管网(21)的气管(24)以物料进口(11)为中心，根据顶部塔壁的形状，以平面或倒锥面辐射状等间距分布；所述底部管网(23)的气管(24)以物料出口(12)为中心，根据底部塔壁的形状，呈锥面或平面辐射状等间距分布。
3.根据权利要求1所述的带气幕保护的反应塔，其特征在于，所述中部管网(22)在塔体(1)内的横切面布置形状为正多边形，且气管(24)与中部塔壁(15)的垂直间距相等。
4.根据权利要求1所述的带气幕保护的反应塔，其特征在于，所述气管(24)为陶瓷管、石墨管或石英管。
5.根据权利要求1所述的带气幕保护的反应塔，其特征在于，所述顶部管网(21)连接一根延伸至塔体(1)外的第一气体输送管道；所述底部管网(23)连接一根延伸至塔体(1)外的第二气体输送管道。
6.根据权利要求5所述的带气幕保护的反应塔，其特征在于，所述的通过第一气体输送管道和第二气体输送管道输送的保护气为氢气、氮气、氩气中的一种或多种气体组合；且第一气体输送管道输送的保护气和第二气体输送管道输送的保护气为相同或不同种类的保护气体，藉此可形成不同压力梯度、浓度梯度的保护气幕。
7.根据权利要求1所述的带气幕保护的反应塔，其特征在于，所述塔体(1)包括设在塔体(1)顶端的物料进口(11)和排气口(13)，和设在塔体(1)底部的物料出口(12)。
8.一种权利要求1-7所述带气幕保护的反应塔的进气方法，其特征在于，保护气分别通过第一气体输送管道和第二气体输送管道进入环壁保护气体喷射系统(2)的顶部管网和底部管网的气管内，保护气流从喷嘴处的喷射方向可平行或相交于顶部塔壁和底部管壁，在顶部和底部塔体内形成一层与塔体内壁平行或紧贴内壁的保护气幕；然后保护气体分别从顶部管网或底部管网进入中部管网，按顺时针或逆时针方向从一根气管的若干个保护气喷嘴喷向相邻的另一根气管或内壁，在中部塔体内形成一层与塔体内壁平行或紧贴内壁的保护气幕。
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- 2013-05-17 CN CN201310183212.3A patent/CN103278008B/zh active Active
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