CN108786658A - 一种可进行光催化反应的高温真空管式炉 - Google Patents

一种可进行光催化反应的高温真空管式炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可进行光催化反应的高温真空管式炉，包括呈卧式的管式炉主体、设于管式炉主体两端的进气端密封法兰和出气端密封法兰，所述管式炉主体包括由外向内依次设置的炉壳、隔热降温区、反应腔室，反应腔室内设有载物台，出气端密封法兰处固定连接有伸入反应腔室的磁力耦合搅拌驱动器，进气端密封法兰处固定连接有伸入反应腔室的光催化结构；光催化结构包括：石英导光棒、遮光罩、光催化灯；遮光罩上靠近石英导光棒的一侧与进气端密封法兰外侧之间设有遮光腔室。本发明提高了管式炉的密封性能、散热性能、光催化反应的透光面积和光照强度，提高了光催化反应的产率和产物纯度。

Description

一种可进行光催化反应的高温真空管式炉
技术领域
本发明涉及光催化反应设备，具体涉及一种可进行光催化反应的高温真空管式炉。
背景技术
高温光化学催化反应设备是一种常见的实验设备，在反应时需要光源对反应釜内部进行照射，应用于光促进、加速反应介质的化学反应。透光面积和光照强度会直接影响反应效率和效果，透光面积越大、光照强度越强则反应转化率越高。高温光化学反应的温度一般大于150℃，压力大于10bar，因此釜体、釜盖主体部分大多是耐腐蚀的金属材料，光源照射方式也是采用从外而内进行照射，并且只能采用从反应釜某个部位开孔并装上透光材料的方式。目前开孔方位一般有三种：釜盖上、釜体侧面和釜体底部。
现有的高温光化学催化反应设备，开孔位置大多在搅拌结构的一侧，透光面积小，需要真空条件下反应的话，搅拌处的密封结构和光源进入处的密封结构大多采用机械密封，长期使用后会导致机械密封处密封性能下降，反应设备内反应物泄露，光源设备的光照利用率下降，光照的透光面积和光照强度得不到保障，对光催化反应的产率和产物纯度影响较大。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种可进行光催化反应的高温真空管式炉，将传统的驱动搅拌轴的密封搅拌方式改为磁力耦合搅拌驱动器的卧式搅拌方式，管式炉主体采用由外向内的炉壳、隔热降温区、反应腔室的结构，提高了管式炉的密封性能、散热性能、光催化反应的透光面积和光照强度，提高了光催化反应的产率和产物纯度。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种可进行光催化反应的高温真空管式炉，包括呈卧式的管式炉主体、设于管式炉主体两端的进气端密封法兰和出气端密封法兰，所述管式炉主体包括由外向内依次设置的炉壳、隔热降温区、反应腔室，反应腔室内设有载物台，出气端密封法兰处固定连接有伸入反应腔室的磁力耦合搅拌驱动器，进气端密封法兰处固定连接有伸入反应腔室的光催化结构；
所述光催化结构包括：石英导光棒、遮光罩、光催化灯，所述石英导光棒的一端伸入反应腔室，另一端与遮光罩连接，石英导光棒通过耐高压密封圈与进气端密封法兰固定连接；所述光催化灯包括：灯头、灯罩、散热腔室，灯罩与遮光罩的一端螺纹连接；遮光罩上靠近石英导光棒的一侧与进气端密封法兰外侧之间设有遮光腔室；
所述进气端密封法兰外侧、遮光腔室内侧设有一安装板，安装板上卡合有一套入石英导光棒外围的蓝宝石片，蓝宝石片呈圆环状且其外径大于灯头的直径。
作为本发明进一步的方案，所述磁力耦合搅拌驱动器包括：驱动器主体、搅拌轴、外磁体、内磁体，搅拌轴设于驱动器主体的下端，内磁体通过内磁体支撑轴承安装于驱动器主体内，外磁体设于内磁体的外侧，内磁体与外磁体之间设有内外磁体隔断；磁力耦合搅拌驱动器的外部设有驱动电机。
作为本发明进一步的方案，所述外磁体的外侧通过外磁体支撑轴承安装有外磁体承载体，所述内磁体的外侧设有内磁体保护套，内磁体的内侧通过内磁体支撑轴承安装有内磁体承载体；所述内外磁体隔断的下端外侧设有水冷套筒，水冷套筒上设有水冷进口和水冷出口。
作为本发明进一步的方案，所述石英导光棒呈圆柱状，其直径为5-10mm，长度为80-200mm。
作为本发明进一步的方案，所述石英导光棒的外围镀有一层光学薄膜，该光学薄膜的材质为纳米二氧化硅，厚度为40-80μm，折射率为1.46，熔点为1700℃。
作为本发明进一步的方案，所述隔热降温区包括两层隔热降温板，两层隔热降温板之间设有水冷循环腔室，隔热降温板内填充有硅酸铝纤维。
作为本发明进一步的方案，所述进气端密封法兰的上下端口处设有进气口，所述出气端密封法兰的上下端口处设有出气口。
本发明的有益效果：
1、本发明可进行光催化反应的高温真空管式炉，将传统的驱动搅拌轴的密封搅拌方式改为磁力耦合搅拌驱动器的卧式搅拌方式，管式炉主体采用由外向内的炉壳、隔热降温区、反应腔室的结构，提高了管式炉的密封性能、散热性能、光催化反应的透光面积和光照强度，提高了光催化反应的产率和产物纯度。
2、硅酸铝纤维质轻、耐高温、耐腐蚀、热稳定性好，能够提高隔热降温板的隔热耐腐蚀性能，两块隔热降温板间的水冷循环腔室通过外接循环水管和冷却水箱可以实现快速冷却。
3、蓝宝石片使得光照能够以最短距离且以最强的光透过，增强光催化效果；并且光照距离非常短，可以有效减少光照过程中光线向四周的散射，减小光损失。
4、内磁体支撑轴承采用石墨材料或氧化锆材料，具有良好的使用寿命和化学介质耐受性，外磁体也完全封闭并由外磁体支撑轴承密封，保证了长期平稳静音运行；水冷套筒通入冷水降温后，保护了驱动器组件尤其是内磁体和密封的支撑轴承不被反应腔室内的高温流体影响而失效。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明可进行光催化反应的高温真空管式炉的结构示意图。
图2是本发明磁力耦合搅拌驱动器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本实施例提供了一种可进行光催化反应的高温真空管式炉，包括呈卧式的管式炉主体100、设于管式炉主体100两端的进气端密封法兰110和出气端密封法兰120。进气端密封法兰110的上下端口处设有进气口111，出气端密封法兰120的上下端口处设有出气口121。具体地，管式炉主体100包括由外向内依次设置的炉壳130、隔热降温区、反应腔室150，反应腔室150内设有载物台160。隔热降温区包括两层隔热降温板141，两层隔热降温板141之间设有水冷循环腔室142，隔热降温板141内填充有硅酸铝纤维143。硅酸铝纤维质轻、耐高温、耐腐蚀、热稳定性好，能够提高隔热降温板的隔热耐腐蚀性能，两块隔热降温板间的水冷循环腔室通过外接循环水管和冷却水箱可以实现快速冷却。出气端密封法兰120处固定连接有伸入反应腔室150的磁力耦合搅拌驱动器200，进气端密封法兰110处固定连接有伸入反应腔室的光催化结构。
参阅图1所示，光催化结构包括：石英导光棒310、遮光罩320、光催化灯330。其中，石英导光棒310的一端伸入反应腔室150，另一端与遮光罩320连接，石英导光棒310通过耐高压密封圈170与进气端密封法兰110固定连接。石英导光棒310呈圆柱状，其直径为5-10mm，长度为80-200mm。石英导光棒310的外围镀有一层光学薄膜311，该光学薄膜的材质为纳米二氧化硅，厚度为40-80μm，折射率为1.46，熔点为1700℃。石英导光棒的透光率达到99.6％以上，几何尺寸、化学稳定性、热稳定性、抗热变性、抗析晶性能优良，其在紫外线到红外线的整个光谱波段都有较好的透光性能，即使在反应腔室内的温度加热到1100℃，放入温水中也不会炸裂，安全性高，保障了光催化灯的透光率和光照强度。
光催化灯330包括：灯头331、灯罩332、散热腔室333。灯罩332与遮光罩320的一端螺纹连接；遮光罩320上靠近石英导光棒310的一侧与进气端密封法兰110外侧之间设有遮光腔室340。进气端密封法兰110外侧、遮光腔室340内侧设有一安装板180，安装板180上卡合有一套入石英导光棒310外围的蓝宝石片350，蓝宝石片350呈圆环状且其外径大于灯头331的直径。作为优选，光催化灯选自Kessil公司生产的LED催化灯，具有渗透力强、均匀调色、定制光源的特点，采用单光源消除了聚光灯效应，通过广域扩散强光并具有广泛的覆盖范围。蓝宝石片使得光照能够以最短距离且以最强的光透过，增强光催化效果；并且光照距离非常短，可以有效减少光照过程中光线向四周的散射，减小光损失。
参阅图2所示，磁力耦合搅拌驱动器200包括：驱动器主体210、搅拌轴220、外磁体230、内磁体240，搅拌轴220设于驱动器主体210的下端，内磁体240通过内磁体支撑轴承250安装于驱动器主体210内，外磁体230设于内磁体240的外侧，内磁体240与外磁体230之间设有内外磁体隔断270。磁力耦合搅拌驱动器200的外部设有驱动电机300。外磁体230的外侧通过外磁体支撑轴承260安装有外磁体承载体231，内磁体240的外侧设有内磁体保护套241，内磁体240的内侧通过内磁体支撑轴承250安装有内磁体承载体242。内外磁体隔断270的下端外侧设有水冷套筒280，水冷套筒280上设有水冷进口和水冷出口。其中，内磁体支撑轴承250采用石墨材料或氧化锆材料，具有良好的使用寿命和化学介质耐受性，外磁体230也完全封闭并由外磁体支撑轴承260密封，保证了长期平稳静音运行；水冷套筒280通入冷水降温后，保护了驱动器组件尤其是内磁体和密封的支撑轴承不被反应腔室内的高温流体影响而失效。
本实施例的可进行光催化反应的高温真空管式炉，工作过程如下：
1)向反应腔室150内加入烧结材料，反应腔室内的加热装置升温加热，启动驱动电机300，驱动电机300带动磁力耦合搅拌驱动器200的转动，在内磁体240、外磁体230的磁力耦合作用下，铁质的内磁体承载体242转动，内磁体承载体242带动搅拌轴220转动，对烧结室内的烧结材料进行搅拌；
2)需要光照催化反应时，光催化灯330接入外接电源，灯头331发出灯光，灯光通过透光罩320、遮光腔室340、蓝宝石片350、石英导光棒310射入反应腔室150内催化反应进行；
3)当需要调节烧结室内压力时，可以打开进气端法兰110的进气口111通入特定气体，打开出气端法兰120的出气口121排出气体，或将出气口121与真空泵连接抽真空，以满足真空度的要求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可进行光催化反应的高温真空管式炉，包括呈卧式的管式炉主体(100)、设于管式炉主体(100)两端的进气端密封法兰(110)和出气端密封法兰(120)，其特征在于，所述管式炉主体(100)包括由外向内依次设置的炉壳(130)、隔热降温区、反应腔室(150)，反应腔室(150)内设有载物台(160)，出气端密封法兰(120)处固定连接有伸入反应腔室(150)的磁力耦合搅拌驱动器(200)，进气端密封法兰(110)处固定连接有伸入反应腔室的光催化结构；
所述光催化结构包括：石英导光棒(310)、遮光罩(320)、光催化灯(330)，所述石英导光棒(310)的一端伸入反应腔室(150)，另一端与遮光罩(320)连接，石英导光棒(310)通过耐高压密封圈(170)与进气端密封法兰(110)固定连接；所述光催化灯(330)包括：灯头(331)、灯罩(332)、散热腔室(333)，灯罩(332)与遮光罩(320)的一端螺纹连接；遮光罩(320)上靠近石英导光棒(310)的一侧与进气端密封法兰(110)外侧之间设有遮光腔室(340)；
所述进气端密封法兰(110)外侧、遮光腔室(340)内侧设有一安装板(180)，安装板(180)上卡合有一套入石英导光棒(310)外围的蓝宝石片(350)，蓝宝石片(350)呈圆环状且其外径大于灯头(331)的直径。
2.根据权利要求1所述的可进行光催化反应的高温真空管式炉，其特征在于，所述磁力耦合搅拌驱动器(200)包括：驱动器主体(210)、搅拌轴(220)、外磁体(230)、内磁体(240)，搅拌轴(220)设于驱动器主体(210)的下端，内磁体(240)通过内磁体支撑轴承(250)安装于驱动器主体(210)内，外磁体(230)设于内磁体(240)的外侧，内磁体(240)与外磁体(230)之间设有内外磁体隔断(270)；磁力耦合搅拌驱动器(200)的外部设有驱动电机(300)。
3.根据权利要求2所述的可进行光催化反应的高温真空管式炉，其特征在于，所述外磁体(230)的外侧通过外磁体支撑轴承(260)安装有外磁体承载体(231)，所述内磁体(240)的外侧设有内磁体保护套(241)，内磁体(240)的内侧通过内磁体支撑轴承(250)安装有内磁体承载体(242)；所述内外磁体隔断(270)的下端外侧设有水冷套筒(280)，水冷套筒上设有水冷进口和水冷出口。
4.根据权利要求1所述的可进行光催化反应的高温真空管式炉，其特征在于，所述石英导光棒(310)呈圆柱状，其直径为5-10mm，长度为80-200mm。
5.根据权利要求1所述的可进行光催化反应的高温真空管式炉，其特征在于，所述石英导光棒(310)的外围镀有一层光学薄膜(311)，该光学薄膜的材质为纳米二氧化硅，厚度为40-80μm，折射率为1.46，熔点为1700℃。
6.根据权利要求1所述的可进行光催化反应的高温真空管式炉，其特征在于，所述隔热降温区包括两层隔热降温板(141)，两层隔热降温板之间设有水冷循环腔室(142)，隔热降温板(141)内填充有硅酸铝纤维(143)。
7.根据权利要求1所述的可进行光催化反应的高温真空管式炉，其特征在于，所述进气端密封法兰(110)的上下端口处设有进气口(111)，所述出气端密封法兰(120)的上下端口处设有出气口(121)。
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