CN104831089B - 一种用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置，该串联炉装置主要由冷凝器和反应器组成；所述冷凝器和反应器的结构完全相同，均由罐体和大盖组装而成。蒸馏时，从上往下罐体—大盖—大盖—罐体呈I型连接。反应器大盖上法兰与冷凝器大盖上法兰之间通过胶垫、螺栓连接；在反应器大盖中心管中放置镁塞，起到开启蒸馏过程的作用；在两个大盖中心管之间，放置导气管，在蒸馏过程开始之前压紧镁塞，蒸馏开始之后起到蒸气导流作用；采用上冷式冷却水套间接冷却。采用本发明串联炉装置可以实现蒸馏结束后，反应器与冷凝器的热分离，拆开后的冷凝器立即入炉，充分利用余热，减少占炉时间。反应器与冷凝器的装配及分离简单，劳动强度小。

Description

一种用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置

技术领域

本发明属于海绵钛生产领域，特别涉及一种用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置。

背景技术

海绵钛还原蒸馏工序，是由四氯化钛生产海绵钛的重要环节，是海绵钛的质量、成本控制的关键。在一个由罐体和大盖组成的密闭反应器内，一次性加入镁，然后在还原过程中，连续不断地加入四氯化钛，液体镁与气化后的四氯化钛在液体镁表面反应，生成液体氯化镁（沉入反应器底部并被间断排出）和固态的海绵状（富含毛细管）的钛。还原结束后，在真空及高温状态下，将反应器中残存的镁和氯化镁，蒸馏至冷凝器内，实现对海绵钛的提纯。

根据蒸馏过程中反应器与冷凝器的联接方式不同，海绵钛蒸馏工艺分为并联炉（倒U型）和串联炉（I型）两条技术路线。并联炉装备与串联炉装备的区别主要在大盖上。并联炉有一棵需要外部加热的过道管，增加了能耗和劳动强度，还因为容易堵塞而增加了蒸馏生产的故障率。

目前串联炉大盖有多种形式，但串联炉装备的结构都是：罐体（装产品）——大盖——罐体（装冷凝物），即两个罐体夹一个大盖。罐体必须与大盖配合才能投入使用，未冷却的产品必须靠大盖保护。因此，无论如何组织，该轮次产生的冷凝物都无法迅速投入下一轮次生产，必然会程度不同地造成利用效率较低，设备投入增加（需要大吨位天车等），加热炉余热不能充分利用，冷凝物长时间暴露在空气中而影响质量等。正因为这一局限，冲抵了串联炉过道不需要加热的优势，因此我国目前还原蒸馏以并联炉（即倒U型）为主。

我国的海绵钛质量、综合成本等方面，在世界上均不处劣势，但还原蒸馏单位产品电耗，与世界先进水平却差距明显。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置，在保留串联炉优势的同时，还可以实现蒸馏结束反应器与冷凝器的热分离，做到冷凝器迅速热炉入炉，进入下一轮次的生产，降低能耗和占炉时间。

一种用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置，该串联炉装置主要由冷凝器和反应器组成；所述冷凝器和反应器的结构完全相同，两者可以相互转换使用，冷凝器与反应器上下呈I型连接。

——所述反应器由反应器罐体和反应器大盖通过法兰胶垫、螺栓连接组成，反应器罐体主要包括：反应器罐体筒体、反应器罐体法兰；反应器大盖包括：反应器大盖中心管、反应器大盖下法兰、反应器大盖上法兰、反应器大盖保温层、反应器大盖内加热器、排氯化镁管；所述反应器罐体筒体呈立体圆筒形或立体腰筒形结构；在所述反应器大盖下法兰与反应器大盖上法兰之间设有反应器大盖短筒体，反应器大盖短筒体通过焊接方式，将反应器大盖上法兰、反应器大盖下法兰连接在一起；反应器罐体法兰与反应器大盖下法兰之间设有密封胶垫并通过螺栓紧固连接；在反应器大盖下法兰下方设有反应器大盖保温层；在反应器大盖下法兰中心位置还设有反应器大盖中心管；围绕反应器大盖中心管，设有反应器大盖内加热器；在反应器大盖上设有排氯化镁管；所述排氯化镁管弯成90°圆弧，插入焊接在反应器罐体筒体内壁的套管中；反应器大盖中心管上端有法兰可密闭，管内有环形台；排氯化镁管出口端有法兰可密闭；

——所述冷凝器跟反应器的结构相同，由冷凝器罐体和冷凝器大盖通过法兰胶垫、螺栓连接组成，冷凝器罐体主要包括：冷凝器罐体筒体、冷凝器罐体法兰；冷凝器大盖包括：冷凝器大盖上法兰、冷凝器大盖中心管、冷凝器大盖下法兰、冷凝器大盖保温层、冷凝器大盖内加热器、抽真空管；在所述冷凝器大盖上法兰、冷凝器大盖下法兰之间设有冷凝器大盖短筒体，冷凝器大盖短筒体通过焊接方式，将冷凝器大盖上法兰、冷凝器大盖下法兰连接在一起；

当冷凝器与反应器串联成I型用于海绵钛蒸馏生产的串联炉装置时，冷凝器位于反应器上部，反应器大盖上法兰与冷凝器大盖上法兰之间设有胶垫并通过螺栓将周缘紧固连接在一起；冷却水套套装在冷凝器罐体筒体外面，中间须保留10㎝的间距。

当蒸馏结束后，在微正压条件下，卸下反应器大盖上法兰与冷凝器大盖上法兰之间的螺栓，反应器与冷凝器热分离，将反应器吊到专门的冷却水套冷却，冷凝器立即吊入加热炉内，进行下一轮次的还原生产。

所述冷凝器的形状、结构、大小与反应器完全相同，各自都有罐体和大盖，蒸馏时通过胶垫、螺栓将两者大盖上法兰连接起来。

在反应器大盖中心管中放置镁塞，起到开启蒸馏过程的作用。

在两个大盖中心管之间，放置导气管，在蒸馏过程开始之前压紧镁塞，蒸馏开始之后起到蒸气导流作用。

大盖中心管的外围，设有大盖内加热器。可以视温度情况，对大盖中心管进行加热。

本发明串联炉装置的有益效果是：

第一，可以实现蒸馏结束后，反应器与冷凝器的热分离。拆开后的冷凝器立即入炉，充分利用余热，减少占炉时间。

第二，反应器与冷凝器的装配及分离简单，劳动强度小。反应器与冷凝器通过螺栓连接，蒸馏前后的装配及分离只是拧紧或者松开螺母，普通操作工人即可完成，不需要焊接和切割等特种作业，劳动强度小。

第三，保留中心管加热的应急手段，处理故障灵活。围绕大盖中心管装有内加热器，可以在蒸馏开始前，或者意外原因导致过道堵塞时，通过内加热器对中心管加热；在发生意外导致蒸馏过程不能继续时，可以将反应器与冷凝器热分离，处理故障。

第四，可以简化罐体结构，提高罐体上沿的保温效果。排氯化镁管从大盖插入，罐体只需要一道法兰，不仅简化了罐体结构，降低了罐体成本，还可以提高罐体上沿的保温效果，减少蒸馏过程冷凝物在罐体上沿的冷凝。

附图说明

图1为本发明用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置的结构示意图；

图2为本发明用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置中反应器大盖结构示意图。

图中：1－反应器罐体筒体、2－加热炉、3－反应器大盖中心管、4－反应器大盖下法兰、5－排氯化镁管、6－反应器大盖上法兰、7－胶垫、8－冷凝器大盖上法兰、9－反应器大盖保温层、10－镁塞、11－反应器大盖内加热器、12－冷却水套、13－冷凝器罐体筒体、14－冷凝器大盖保温层、15－冷凝器大盖内加热器、16－冷凝器大盖中心管、17－导气管、18－冷凝器、19－冷凝器罐体法兰、20－冷凝器大盖下法兰、21－抽真空管、22－反应器罐体法兰、23－反应器、24－冷凝器大盖短筒体、25－反应器大盖短筒体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详述。

如图1、图2所示，一种用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置，该串联炉装置主要由冷凝器18和反应器23组成。冷凝器18和反应器23的结构完全相同，两者可以相互转换使用。冷凝器18与反应器23上下呈I型连接。

反应器23由罐体和大盖通过法兰胶垫、螺栓连接组成，罐体主要包括：反应器罐体筒体1、反应器罐体法兰22；大盖包括：反应器大盖中心管3、反应器大盖下法兰4、反应器大盖上法兰6、反应器大盖保温层9、反应器大盖内加热器11、排氯化镁管5；所述反应器罐体筒体1呈立体圆筒形或立体腰筒形结构；在所述反应器大盖上法兰6、反应器大盖下法兰4之间设有反应器大盖短筒体25，通过焊接方式，将反应器大盖上法兰6、反应器大盖下法兰4连接在一起。反应器罐体法兰22与反应器大盖下法兰4之间设有密封胶垫并通过螺栓紧固连接；在反应器大盖下法兰4下方设有反应器大盖保温层9；在反应器大盖下法兰4中心位置还设有反应器大盖中心管3；围绕反应器大盖中心管3，设有反应器大盖内加热器11；在大盖上设有排氯化镁管5；所述排氯化镁管5弯成90°圆弧，插入焊接在反应器罐体筒体1壁的套管中；反应器大盖中心管3上端有法兰可密闭，管内有环形台；排氯化镁管5出口端有法兰可密闭。

冷凝器18跟反应器23的结构一样，由冷凝器罐体和冷凝器大盖通过法兰胶垫、螺栓连接组成，冷凝器罐体主要包括：冷凝器罐体筒体13、冷凝器罐体法兰19；冷凝器大盖包括：冷凝器大盖上法兰8、冷凝器大盖中心管16、冷凝器大盖下法兰20、冷凝器大盖保温层14、冷凝器大盖内加热器15、抽真空管21。在所述冷凝器大盖上法兰8、冷凝器大盖下法兰20之间设有冷凝器大盖短筒体24，通过焊接方式，将冷凝器大盖上法兰8、冷凝器大盖下法兰20连接在一起。

排氯化镁管5从大盖上插入，简化罐体结构，提高罐体上沿温度，避免蒸馏时冷凝物在罐体上沿冷凝；排氯化镁管5有两种作用，当其用作反应器时，用于排氯化镁；当其用作冷凝器时，则成为抽真空管21。

反应器23在还原过程中，通过反应器大盖中心管3先一次性加入镁，然后再装上加料管及放气管(加料管和放气管平行焊接在一块板上)，进行连续加料（四氯化钛）或间歇放气；通过排氯化镁管5进行间歇排放氯化镁；产品海绵钛留在罐体内。

当还原过程结束时，拆下反应器大盖中心管3上的加料管、放气管，将镁塞10在放置在反应器大盖中心管3内的环形台上，再用导气管17将镁塞10压住。拆下冷凝器大盖中心管16上的盲板，翻转并倒扣在反应器23的大盖上，导气管17须插入冷凝器大盖中心管16中，然后通过螺栓和胶垫7将反应器大盖上法兰6与冷凝器大盖上法兰8连接起来，再在冷凝器18之上罩上冷却水套12，冷却水套套装在冷凝器罐体筒体13外面，中间须保留10㎝左右的间距。抽空管21与真空系统联接，即可进行蒸馏生产。注意在扣上冷凝器之前，须做到反应器大盖上面清洁，不得有水残留。在反应器大盖中心管3中放置镁塞10，起到开启蒸馏过程的作用。在反应器大盖中心管3与冷凝器大盖中心管16之间，放置导气管17，在蒸馏过程开始之前压紧镁塞10，蒸馏开始之后起到蒸气导流作用。在所述反应器大盖中心管3和冷凝器大盖中心管16的外围，设有反应器大盖内加热器11和冷凝器大盖内加热器15，可以视温度情况，对反应器大盖中心管3和冷凝器大盖中心管16进行加热。

当蒸馏过程结束时，在微正压的情况下，吊开冷却水套12，断开真空系统，并及时用盲板将抽空管21和真空系统密闭；卸下连接反应器大盖上法兰6与冷凝器大盖上法兰8的螺栓，缓慢吊起冷凝器18；待导气管17脱离冷凝器大盖中心管16后，迅速移开冷凝器18，拔出导气管17，用盲板将冷凝器大盖中心管16密闭。然后将装有产品的反应器23从加热炉2内移至专门冷却产品的冷却水套中冷却。将装有冷凝物的冷凝器18翻转，吊至加热炉2内，迅速用盲板密闭冷凝器大盖中心管16，即可开始下一轮次的还原蒸馏生产。

本发明的工作原理为：一个大盖有上下两道法兰，两道法兰间用短筒体焊接，下法兰用于与罐体法兰连接，上法兰用于与另一个反应器大盖之间的连接。大盖下法兰与罐体法兰之间、两个大盖上法兰之间，都是通过胶垫、螺栓连接。大盖之上中心管等所有的附属物，都低于大盖上法兰的高度。蒸馏时装备的结构为：反应器罐体（装产品）——反应器大盖——冷凝器大盖——冷凝器罐体（装冷凝物），蒸馏结束后，可以在微正压情况下，从两个大盖之间，迅速分离反应器和冷凝器。围绕大盖中心管，安装了内加热器，可以根据需要，对大盖中心管加热。蒸馏时在两个中心管之间设置导气管，引导镁及氯化镁蒸气流向，避免大量蒸气在大盖上冷凝。排氯化镁管5从大盖上插入，简化罐体结构，提高罐体上沿温度，避免蒸馏时冷凝物在罐体上沿冷凝。

Claims (6)

1.一种用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置，该串联炉装置主要由冷凝器（18）和反应器（23）组成；所述冷凝器（18）和反应器（23）的结构完全相同，两者可以相互转换使用，冷凝器（18）与反应器（23）上下呈I型连接；其特征在于：

——所述反应器（23）由反应器罐体和反应器大盖通过法兰胶垫、螺栓连接组成，反应器罐体主要包括：反应器罐体筒体（1）、反应器罐体法兰（22）；反应器大盖包括：反应器大盖中心管（3）、反应器大盖下法兰（4）、反应器大盖上法兰（6）、反应器大盖保温层（9）、反应器大盖内加热器（11）、排氯化镁管（5）；所述反应器罐体筒体（1）呈立体圆筒形或立体腰筒形结构；在所述反应器大盖下法兰（4）与反应器大盖上法兰（6）之间设有反应器大盖短筒体（25），反应器大盖短筒体（25）通过焊接方式，将反应器大盖上法兰（6）、反应器大盖下法兰（4）连接在一起；反应器罐体法兰（22）与反应器大盖下法兰（4）之间设有密封胶垫并通过螺栓紧固连接；在反应器大盖下法兰（4）下方设有反应器大盖保温层（9）；在反应器大盖下法兰（4）中心位置还设有反应器大盖中心管（3）；围绕反应器大盖中心管（3），设有反应器大盖内加热器（11）；在反应器大盖上设有排氯化镁管（5）；所述排氯化镁管（5）弯成90°圆弧，插入焊接在反应器罐体筒体（1）内壁的套管中；反应器大盖中心管（3）上端有法兰可密闭，管内有环形台；排氯化镁管（5）出口端有法兰可密闭；

——所述冷凝器（18）跟反应器（23）的结构相同，由冷凝器罐体和冷凝器大盖通过法兰胶垫、螺栓连接组成，冷凝器罐体主要包括：冷凝器罐体筒体（13）、冷凝器罐体法兰（19）；冷凝器大盖包括：冷凝器大盖上法兰（8）、冷凝器大盖中心管（16）、冷凝器大盖下法兰（20）、冷凝器大盖保温层（14）、冷凝器大盖内加热器（15）、抽真空管（21）；在所述冷凝器大盖上法兰（8）、冷凝器大盖下法兰（20）之间设有冷凝器大盖短筒体（24），冷凝器大盖短筒体（24）通过焊接方式，将冷凝器大盖上法兰（8）、冷凝器大盖下法兰（20）连接在一起；

当冷凝器（18）与反应器（23）串联成I型用于海绵钛蒸馏生产的串联炉装置时，冷凝器（18）位于反应器（23）上部，反应器大盖上法兰（6）与冷凝器大盖上法兰（8）之间设有胶垫（7）并通过螺栓将周缘紧固连接在一起；冷却水套（12）套装在冷凝器罐体筒体（13）外面，中间设有10㎝的间距；

当蒸馏结束后，在微正压条件下，卸下反应器大盖上法兰（6）与冷凝器大盖上法兰（8）之间的螺栓，反应器（23）与冷凝器（18）热分离，将反应器（23）吊到专门的冷却水套冷却，冷凝器（18）立即吊入加热炉内，进行下一轮次的还原生产。

2.根据权利要求1所述用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置，其特征在于：所述冷凝器（18）的结构、大小与反应器（23）完全相同，各自都有罐体和大盖，每个大盖都有上下两道法兰，蒸馏时通过胶垫、螺栓将两者大盖上法兰连接起来。

3.根据权利要求1所述用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置，其特征在于：在反应器大盖中心管（3）中环形台上放置镁塞（10），可开启蒸馏过程。

4.根据权利要求3所述用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置，其特征在于：在反应器大盖中心管（3）与冷凝器大盖中心管（16）之间，设置有导气管（17），在蒸馏过程开始之前压紧镁塞（10）；在蒸馏开始之后可蒸气导流。

5.根据权利要求1所述用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置，其特征在于：在所述反应器大盖中心管（3）和冷凝器大盖中心管（16）的外围，各设有反应器大盖内加热器（11）和冷凝器大盖内加热器（15），可根据温度情况，对反应器大盖中心管（3）和冷凝器大盖中心管（16）进行加热。

6.根据权利要求1所述用于海绵钛还原蒸馏生产的串联炉装置，其特征在于：所述排氯化镁管（5）从大盖上插入；当其用作反应器时，用于排氯化镁；当其用作冷凝器时，则成为抽真空管（21）。