CN106390876A - 一种大容量的反应器 - Google Patents

Abstract

一种大容量的反应器，包括料仓管、预热管和反应管；料仓管的底部设有喇叭状的扩容管，扩容管由其上端的开口向其下端的开口逐渐向内收窄；料仓管、扩容管和预热管均为竖向设置，反应管为横向设置；预热管的上端与扩容管下端的开口连接，预热管的下端连通于反应管；反应管的两端设有第一进气口；料仓管设有第一排气管，其连通料仓管的内部和外部。本发明根据上述内容提出一种大容量的反应器，其容量大，反应效率高。

Description

一种大容量的反应器

技术领域

本发明涉及反应设备领域，尤其涉及一种大容量的反应器。

背景技术

四氟化碳是目前微电子工业中重要的等离子体蚀刻气体，广泛用于硅、二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及钨等薄膜材料的蚀刻，在电子器件表面清洗、太阳能电池的生产、激光技术、低温制冷、气体绝缘、泄漏检测剂、印刷电路生产中的去污剂、润滑剂及制动液等方面也有大量应用。四氟化碳合成方法很多，包括氢氟化碳与氟气、氯氟化碳在催化剂存在下与氟化氢以及氟气与碳源直接接触反应制备四氟化碳等。其中，目前成熟工艺采用氢氟化碳、氯氟化碳做碳源制备四氟化碳，原材料价格昂贵，易发生爆炸，且合成产物中有不易去除的杂质；氟碳直接接触反应法制备四氟化碳，该方法经过不断的发展与完善，已能够制备出高纯四氟化碳。

但是，现有的柱状反应器的容量小，需要多次加入反应物，反应效率低，操作人员劳动强度大，不利于四氟化碳的制备。

发明内容

本发明的目的在于提出一种大容量的反应器，能够克服现有技术中的不足，其容量大，反应效率高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种大容量的反应器，包括料仓管、预热管和反应管；

所述料仓管的底部设有喇叭状的扩容管，所述扩容管由其上端的开口向其下端的开口逐渐向内收窄；

所述料仓管、扩容管和预热管均为竖向设置，所述反应管为横向设置；

所述预热管的上端与所述扩容管下端的开口连接，所述预热管的下端连通于所述反应管；

所述反应管的两端设有第一进气口；

所述料仓管设有第一排气管，其连通所述料仓管的内部和外部。

进一步，所述料仓管的顶部设有加料管和放空管；

所述加料管的一端和放空管的一端分别连通于所述料仓管的顶部；

所述加料管的另一端和所述反应管的两端均设有法兰和法兰盖，所述法兰盖安装于所述法兰。

进一步，所述反应器还包括冷却箱；

所述反应管设于所述冷却箱内，所述反应管的两端凸出于所述冷却箱的外部。

进一步，所述冷却箱为矩形箱体，其顶部设有开口。

进一步，所述冷却箱的其中一侧壁的底部外壁至少设有一个进水管；

所述冷却箱的其中一侧壁的顶部近端处的外壁至少设有一个溢流管。

进一步，所述反应管设有至少一个温度计套管；

所述温度计套管的下端封闭且位于所述反应管内；

所述温度计套管内设有温度检测器。

进一步，所述反应器还包括除尘器，其包括除尘管和隔板；

所述隔板包括上隔板和下隔板，所述上隔板和下隔板的数量均至少为一；

所述上隔板和下隔板等间距地焊接于所述除尘管内；

相邻的所述上隔板和下隔板形成除尘气路；

所述除尘管的外壁设有连通于所述除尘管内部的第二进气管和第二排气管，所述第一排气管与所述第二进气管连接。

进一步，所述除尘管的两端均设有法兰盖和法兰，所述法兰盖安装于所述法兰以密封所述除尘管；

所述上隔板的顶部与所述除尘管顶端的所述法兰盖的下表面贴合，所述下隔板的底部与所述除尘管底端的所述法兰盖的上表面贴合。

进一步，所述除尘器还包括多个挡板；

所述挡板分别固定于所述除尘管两端的法兰盖，并且分别位于所述上隔板或下隔板的焊接处的两侧。

进一步，所述除尘管的底端设有喇叭状的密封管；

所述除尘管的底端的所述法兰盖设有连通于所述除尘管内部的排污管，所述排污管设有阀门。

本发明根据上述内容提出一种大容量的反应器，其容量大，反应效率高。

所述反应器用于氟气和碳反应生成四氟化碳，碳放置在所述料仓管、预热管和反应管内，所述第一进气口设于反应管的两端，一方面能够增加单位时间内氟气通入至所述反应管的量，使更多的氟气与碳充分接触，增加反应的效率；氟气与碳发生化学反应时放出热量，由于所述预热管的下端连通于所述反应管，大量的热量会由反应产物四氟化碳传递至所述预热管内的碳，对这些碳进行预热，保持反应温度稳定，使后续碳和氟气的反应效率更高。

随着反应的进行，所述反应管的碳逐渐被消耗，由于所述料仓管、扩容管和预热管均为竖向设置，在重力的作用下，所述预热管内的碳将会下落至所述反应管以保证反应的持续进行，提高其工作的稳定性和持续性；同样地，所述料仓管内的碳会下落至所述预热管内保证待反应的碳得到预热，为后续的反应做好准备。

喇叭状的所述扩容管具有扩大所述料仓管容积的作用，由于所述扩容管由其上端的开口向其下端的开口逐渐向内收窄，所以连接于所述扩容管上端开口的料仓管的横截面积会大于连接于所述扩容管下端开口的预热管的横截面积，假设所述料仓管和预热管在相同的长度下，所述料仓管的容积会大大增加，从而减少碳的加入次数，提高所述反应器工作的持续性。

所以碳从所述扩容管下落至所述预热管时的速度会放慢，反应生成的四氟化碳气体会从所述第一排气管排出。

附图说明

图1是本发明其中一个实施例的正面的局部剖面图。

图2是本发明其中一个实施例的侧面的局部剖面图。

图3是本发明其中一个实施例的除尘器的正面的局部剖面图。

图4是图3的C处的局部放大图。

其中：料仓管21、扩容管211、第一排气管212、加料管213、放空管214、支撑座215、预热管22、反应管23、第一进气口231、温度计套管232、法兰261、法兰盖262、冷却箱24、进水管241、溢流管242、除尘器25、除尘管251、密封管2511、隔板252、上隔板2521、下隔板2522、除尘气路253、第二进气管254、第二排气管255、挡板256、排污管257。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

一种大容量的反应器，包括料仓管21、预热管22和反应管23；

所述料仓管21的底部设有喇叭状的扩容管211，所述扩容管211由其上端的开口向其下端的开口逐渐向内收窄；

所述料仓管21、扩容管211和预热管22均为竖向设置，所述反应管23为横向设置；

所述预热管22的上端与所述扩容管211下端的开口连接，所述预热管22的下端连通于所述反应管23；

所述反应管23的两端设有第一进气口231；

所述料仓管21设有第一排气管212，其连通所述料仓管21的内部和外部。

如图1，本实施例的所述反应器用于氟气和碳反应生成四氟化碳，碳放置在所述料仓管21、预热管22和反应管23内，所述第一进气口231设于反应管23的两端，一方面能够增加单位时间内氟气通入至所述反应管23的量，使更多的氟气与碳充分接触，增加反应的效率；氟气与碳发生化学反应时放出热量，由于所述预热管22的下端连通于所述反应管23，大量的热量会传递至所述预热管22内的碳，对这些碳进行预热，使后续碳和氟气的反应效率更高。

随着反应的进行，所述反应管23的碳逐渐被消耗，由于所述料仓管21、扩容管211和预热管22均为竖向设置，在重力的作用下，所述预热管22内的碳将会下落至所述反应管23以保证反应的持续进行，提高其工作的稳定性和持续性；同样地，所述料仓管21内的碳会下落至所述预热管22内保证待反应的碳得到预热，为后续的反应做好准备。

喇叭状的所述扩容管211具有扩大所述料仓管21容积的作用，由于所述扩容管211由其上端的开口向其下端的开口逐渐向内收窄，所以连接于所述扩容管211上端开口的料仓管21的横截面积会大于连接于所述扩容管211下端开口的预热管22的横截面积，假设所述料仓管21和预热管22在相同的长度下，所述料仓管21的容积会大大增加，从而减少碳的加入次数，提高所述反应器工作的持续性。

所以碳从所述扩容管211下落至所述预热管22时的速度会放慢，反应生成的四氟化碳气体会从所述第一排气管212排出。

进一步，所述料仓管21的顶部设有加料管213和放空管214；

所述加料管213的一端和放空管214的一端分别连通于所述料仓管21的顶部；

所述加料管213的另一端和所述反应管23的两端均设有法兰261和法兰盖262，所述法兰盖262安装于所述法兰261。

所述反应器内的碳经过反应消耗后，从设于所述料仓管21顶部的加料管213加入碳，操作更加简单方便直接，因为所述加料管213的一端和放空管214的一端分别连通于所述料仓管21的顶部，所以碳会在重力的作用下下落至料仓管21、扩容管211、预热管22和反应管23，以保证反应的持续进行；因为所述加料管213的另一端和所述反应管23的两端均设有法兰261和法兰盖262，所述法兰盖262安装于所述法兰261，所以在加料时只需拆卸所述法兰盖262，便能对所述反应器进行加料操作。

所述放空管214的另一端连通至废气处理塔，操作时只需打开放空阀门就可以进行气体的放空。

进一步，所述反应器还包括冷却箱24；

所述反应管23设于所述冷却箱24内，所述反应管23的两端凸出于所述冷却箱24的外部。

氟气和碳反应时会放出大量的热，所述冷却箱24内装有冷却水，以降低所述反应管23的温度，从而增加其使用寿命。所述反应管23的两端凸出于所述冷却箱24的外部，方便安装在其两端的法兰盖262的拆装，避免冷却水进入到所述反应管23内。

进一步，所述冷却箱24为矩形箱体，其顶部设有开口。

矩形的箱体容易生产，能够装载的冷却水亦更多，其顶部设有的开口起到观察和检查所述反应器使用状况的作用。

进一步，所述冷却箱24的其中一侧壁的底部外壁至少设有一个进水管241；

所述冷却箱24的其中一侧壁的顶部近端处的外壁至少设有一个溢流管242。

如图2，本实施例的所述进水管241的数量为一，所述溢流管242的数量为二，所述进水管241和溢流管242均设于所述冷却箱24的侧壁，更方便其安装；所述冷却箱24的其中一侧壁的底部外壁，当当冷却水通过所述进水管241的进水口时，冷却水通入至所述冷却箱24时会更加缓慢稳定；所述溢流管242设于所述冷却箱24的其中一侧壁的顶部近端处的外壁，保证所述冷却箱24内的冷却水足够多以有效地冷却所述反应管23，避免冷却水过多溢出。

进一步，所述反应管23设有至少一个温度计套管232；

所述温度计套管232的下端封闭且位于所述反应管23内；

所述温度计套管232内设有温度检测器。

如图1，本实施例的所述温度计套管232的数量为二，且对称设于所述预热管22两侧的所述反应管23上，能够提高所述温度检测器对反应管23内的温度检测的精准度，所述温度计套管232的下端封闭，既能密封所述反应管23也能保护所述温度检测器。

进一步，所述反应器还包括除尘器25，其包括除尘管251和隔板252；

所述隔板252包括上隔板2521和下隔板2522，所述上隔板2521和下隔板2522的数量均至少为一；

所述上隔板2521和下隔板2522等间距地焊接于所述除尘管251内；

相邻的所述上隔板2521和下隔板2522形成除尘气路253；

所述除尘管251的外壁设有连通于所述除尘管251内部的第二进气管254和第二排气管255，所述第一排气管212与所述第二进气管254连接。

如图3，反应生成的四氟化碳气体中会混杂一些反应不充分的碳粉，大部分的碳粉会在穿过碳层时沉集落回所述反应管23，小部分碳粉跟四氟化碳气体一同从所述第一排气管212排出，当混杂有碳粉的四氟化碳气体经过所述第二进气管254进入至所述除尘管251的除尘气路253时，在所述上隔板2521和下隔板2522的阻隔作用和重力的作用下，碳粉会沉降至所述除尘管251的底部，便于后续的清理，以提高四氟化碳气体的纯度，最终被进一步纯化的四氟化碳气体从所述第二排气管255排出。

本实施例的所述上隔板2521的数量为二，所述下隔板2522的数量为一，通过焊接，使得所述上隔板2521和下隔板2522更加稳固地设于所述除尘管251内。

进一步，所述除尘管251的两端均设有法兰盖262和法兰261，所述法兰盖262安装于所述法兰261以密封所述除尘管251；

所述上隔板2521的顶部与所述除尘管251顶端的所述法兰盖262的下表面贴合，所述下隔板2522的底部与所述除尘管251底端的所述法兰盖262的上表面贴合。

如图3，通过拆装所述法兰盖262能够快速地清理所述除尘管251，所述上隔板2521的顶部与所述除尘管251顶端的所述法兰盖262的下表面贴合，所述下隔板2522的底部与所述除尘管251底端的所述法兰盖262的上表面贴合，尽量使混杂的四氟化碳气体沿着所述除尘气路253运动，而不是直接从所述法兰盖262与上隔板2521和下隔板2522的贴合处直接穿过，提高除碳粉的质量和四氟化碳气体的纯度。

进一步，所述除尘器25还包括多个挡板256；

所述挡板256分别固定于所述除尘管251两端的法兰盖262，并且分别位于所述上隔板2521或下隔板2522的焊接处的两侧。

如图4，进一步提高除碳粉的质量和四氟化碳气体的纯度，所述挡板256能够阻挡混杂的四氟化碳气体直接从所述法兰盖262与上隔板2521和下隔板2522的贴合处直接穿过。

进一步，所述除尘管251的底端设有喇叭状的密封管2511；

所述除尘管251的底端的所述法兰盖262设有连通于所述除尘管251内部的排污管257，所述排污管257设有阀门。

如图3，所述除尘管251底端的所述法兰盖262需定期拆下排放固态碳粉，但所述除尘管251底端的直径越大，越难密封，所以所述密封管2511设置为由其上端的开口向其下端的开口逐渐向内收窄的喇叭状的管，提高其密封程度。

本实施例的氟气是通过电解法生产的，所以氟气中会混杂有HF气体，当其温度下降后会变成酸液，为了清理碳粉时的安全，先打开所述排污管257上的阀门，排清酸液，再拆卸法兰盖262清理粉尘。

进一步，所述反应管23的两端分别设有法兰261和法兰盖262，所述法兰盖262安装于所述法兰261以密封所述反应管23；

所述第一进气口231设于所述法兰盖262。

通过安装所述法兰261于所述法兰盖262，能够有效的密封所述反应管23，避免气体泄漏，如反应物氟气的泄漏和生成物四氟化碳气体的泄漏；通过拆卸所述法兰盖262，能够快速地清理所述反应管23内的反应留下的废渣，操作简单方便；所述第一进气口231设于所述法兰盖262，保证氟气有效地通入至所述反应管。

进一步，所述第一排气管212横向设于所述料仓管21顶部近端处的径向位置。

反应时部分碳反应不充分，残留的碳粉会被反应生成的气体带走，所述第一排气管212横向设于所述料仓管21顶部近端处的外壁，能够使气体上升的路程增加，有利于碳粉的在重力的作用下沉降，提高四氟化碳气体的纯度。

进一步，所述料仓管21还包括有至少两个支撑座215；所述支撑座215沿所述料仓管21的外壁圆周等间距地设置。

本实施例的所述支撑座215的数量为二，其沿所述料仓管21的外壁圆周等间距地设置，能够更好地支撑所述料仓管21，使所述料仓管21被支撑时的受力更加均匀。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大容量的反应器，包括料仓管、预热管和反应管；其特征在于：

所述料仓管的底部设有喇叭状的扩容管，所述扩容管由其上端的开口向其下端的开口逐渐向内收窄；

所述料仓管、扩容管和预热管均为竖向设置，所述反应管为横向设置；

所述预热管的上端与所述扩容管下端的开口连接，所述预热管的下端连通于所述反应管；

所述反应管的两端设有第一进气口；

所述料仓管设有第一排气管，其连通所述料仓管的内部和外部。

2.根据权利要求1所述的一种大容量的反应器，其特征在于：所述料仓管的顶部设有加料管和放空管；

所述加料管的一端和放空管的一端分别连通于所述料仓管的顶部；

所述加料管的另一端和所述反应管的两端均设有法兰和法兰盖，所述法兰盖安装于所述法兰。

3.根据权利要求1所述的一种大容量的反应器，其特征在于：所述反应器还包括冷却箱；

所述反应管设于所述冷却箱内，所述反应管的两端凸出于所述冷却箱的外部。

4.根据权利要求3所述的一种大容量的反应器，其特征在于：所述冷却箱为矩形箱体，其顶部设有开口。

5.根据权利要求4所述的一种大容量的反应器，其特征在于：所述冷却箱的其中一侧壁的底部外壁至少设有一个进水管；

所述冷却箱的其中一侧壁的顶部近端处的外壁至少设有一个溢流管。

6.根据权利要求3所述的一种大容量的反应器，其特征在于：所述反应管设有至少一个温度计套管；

所述温度计套管的下端封闭且位于所述反应管内；

所述温度计套管内设有温度检测器。

7.根据权利要求1所述的一种大容量的反应器，其特征在于：所述反应器还包括除尘器，其包括除尘管和隔板；

所述隔板包括上隔板和下隔板，所述上隔板和下隔板的数量均至少为一；

所述上隔板和下隔板等间距地焊接于所述除尘管内；

相邻的所述上隔板和下隔板形成除尘气路；

所述除尘管的外壁设有连通于所述除尘管内部的第二进气管和第二排气管，所述第一排气管与所述第二进气管连接。

8.根据权利要求7所述的一种大容量的反应器，其特征在于：

所述除尘管的两端均设有法兰盖和法兰，所述法兰盖安装于所述法兰以密封所述除尘管；

所述上隔板的顶部与所述除尘管顶端的所述法兰盖的下表面贴合，所述下隔板的底部与所述除尘管底端的所述法兰盖的上表面贴合。

9.根据权利要求8所述的一种大容量的反应器，其特征在于：所述除尘器还包括多个挡板；

所述挡板分别固定于所述除尘管两端的法兰盖，并且分别位于所述上隔板或下隔板的焊接处的两侧。

10.根据权利要求8所述的一种大容量的反应器，其特征在于：所述除尘管的底端设有喇叭状的密封管；

所述除尘管的底端的所述法兰盖设有连通于所述除尘管内部的排污管，所述排污管设有阀门。