CN110028061B - 一种石墨烯制备降温降压消尘装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于粉体石墨烯制备设备技术领域，涉及一种石墨烯制备降温降压消尘装置，主体结构包括阻尼降压釜、冷却水腔、清除器、传动轴、电机、螺旋芯、石墨烯腔、释压管、压力表、阻尼释压器、消尘水箱和放水阀等，能够使高温高压石墨烯在阻尼降压釜中同时完成降温、降压、滞留粉体石墨烯，通过阻尼释压器控制小流量释压并通过水解式消尘水箱实现粉体石墨烯与高温高压气体的分离，达到无污染物排放，无损耗得到粉体石墨烯的目的，解决了现有技术中高温高压制备粉体石墨烯设备存在的排放中粉尘对环境污染和粉体石墨烯损耗严重的问题，消除了因石墨烯粉尘浓度过高引起爆炸的隐患；其结构简单，生产成本低，生产效率高，生产过程安全环保。

Description

一种石墨烯制备降温降压消尘装置

技术领域：

本发明属于粉体石墨烯制备设备技术领域，涉及一种石墨烯制备降温降压消尘装置，能够在高温高压条件下制备粉体石墨烯的过程中进行降温、降压和消尘。

背景技术：

石墨烯是一种碳原子以SP²杂化轨道组成的六角形、呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料，其厚度虽然仅有0.335nm，但比表面积可达2630m²/g。石墨烯具有超强的稳定性，突出的导电性、力学性能和导热性能，良好的透光性和化学性能，是当代最有发展潜力的新材料。随着石墨烯衍生品和下游产品的开发应用，对石墨烯材料的需求量日益增大，供需矛盾十分突出，石墨烯制备装备特别是粉体石墨烯制备装备存在的生产效率低下，对环境污染严重和损耗大的技术缺陷还没有得到解决。现有技术中粉体石墨烯制备技术，真正能使氧化石墨(GO)片层剥离且能实现量产的方法是氧化还原法，也称为高温高压法，氧化还原石墨烯是将石墨与H₂SO₄、HNO₃或HClO₄等强氧化物质反应，生成氧化石墨(GO)，氧化石墨(GO)在其结构层间的碳原子上引入了含氧官能团(羧基、环氧基、羟基)，促使层间距离增大、进而削弱层间作用力；例如中国专利201710560855.3公开的一种粉体石墨烯的制备方法，包括如下步骤S1：将引发剂和基底放置于能够产生微波的装置中；S2：向所述能够产生微波的装置中通入惰性气体形成保护气氛；以及S3：向所述能够产生微波的装置中引入碳源，所述能够产生微波的装置产生微波从而产生所述粉体石墨烯，所述能够产生微波的装置是微波炉，所述引发剂为导体或半导体，在S1步骤中还包括将基底放置于所述能够产生微波的装置中，所述基底为任意高温稳定的、可以作为基底的物质，例如氧化层硅基底、金属基底、玻璃基底、云母基底、氯化钠基底或分子筛基底，所述惰性气体为氩气、氪气或氙气，所述碳源是烃、醇、醚、酮、酚中一种或多种，所述碳源为气态碳源、液态碳源或者固态碳源，所述液态碳源通过所述惰性气体鼓泡或者其挥发后引入所述能够产生微波的装置中，所述固态碳源直接置于能够产生微波的装置中或者其挥发后引入所述能够产生微波的装置中，以恒定流速引入所述惰性气体、脉冲式引入所述碳源，或者以恒定流速引入所述碳源、脉冲式引入所述惰性气体；在制备装置内温度达到165-500℃时,即产生含氧官能团爆炸(爆炸温度取决于含氧官能团含量和压力)，含氧官能团爆炸(下称氧爆)促使氧化石墨(GO)片层剥离，同时也去除了含氧基团，得到粉体石墨烯，在实际制备过程中首先得到的是高温高压石墨烯，即氧化石墨(GO)发生氧爆后的石墨烯与高温高压气体的混合物，含氧官能团爆炸能产生1-3kg/m²的压力，如何对温度高达几百度的高温高压石墨烯进行降温、降压？如何将粉体石墨烯与高温高压气体分离是尚未解决的技术难点。还有，单层石墨烯密度只有0.77mg/m²，被称为超轻材料，稍有扰动即漂浮在空气中，如此轻的粉体石墨烯，制备过程中如何减少扩散飘移损失，能够收集得到足够量的成品粉体石墨烯，这些问题一直是困扰粉体石墨烯量产的技术瓶颈。现有技术中小批量制备粉体石墨烯，普遍采用在高温炉内加温，氧爆后在炉内自然释热降温降压，而后手工收集取出粉体石墨烯的方法，这种方法存在降温时间长，制备量小，效率极低，只能在实验室使用的弊病。现有量产技术所使用的方法，是将氧化石墨(GO)投入高温高压釜中加温，通过释压管将氧爆所产生夹杂粉体石墨烯的高温高压气体直接排入大气，而后，通过向高温炉内充注冷气却降温的同时吹出粉体石墨烯，通过滤袋阻拦收集粉体石墨烯，但是，滤袋对粒径只有0.335nm的粉体石墨烯的阻拦作用有限，仍有大量而且是品质好的粉体石墨烯穿过滤袋扩散漂浮在空气中。显然，现有技术制备粉体石墨烯还存在很多的技术缺陷，特别是在释压、降温、成品石墨烯收集环节，存在降温时间长，对环境污染严重，特别是粉体石墨烯损耗量能达到20—30％之多，不仅对空气和环境的污染严重，更严重的是漂浮在室内空气中的粉体石墨烯达到一定浓度，遇有明火存在爆炸的危险。现有粉体石墨烯的制备耗时长，效率低下，致使生产成本居高不下，导致粉体石墨烯价格奇高，不仅制约了粉体石墨烯的规模化生产，也严重的制约了粉体石墨烯的实际应用。要实现粉体石墨烯产业化，要实现粉体石墨烯在更广泛领域的实际应用，根本问题是提高工效，降低成本，消除粉体石墨烯制备环节粉尘污染和高损耗问题，降低粉体石墨烯生产成本，使粉体石墨烯能够实现供的上，用的起。为此，寻求设计一种生产高效、无损耗、安全和环保的石墨烯制备降温降压消尘装置。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种石墨烯制备降温降压消尘装置，采用阻尼降压釜和阻尼释压器对高温高压粉体石墨烯进行降温降压，通过水解式消尘水箱完成粉体石墨烯与高温高压气体的分离，实现高效无污染的生产过程，无损耗得到粉体石墨烯。

为了实现上述目的，本发明涉及的石墨烯制备降温降压消尘装置的主体结构包括阻尼降压釜、冷却水腔、冷却水进入管、冷却水排出管、冷却水进入阀、冷却水排出阀、清除器、传动轴、轴封、电机、螺旋芯、石墨烯腔、石墨烯排出管、石墨烯排出阀、石墨烯进入管、氮气进入管、释压管、石墨烯进入阀、氮气进入阀、压力表、阻尼释压器、消尘水箱、溢出管、注水管、放水管、溢出阀、注水阀和放水阀；倒置式瓶状结构的阻尼降压釜的顶部和圆周侧内壁敷设有内空式结构的冷却水腔，冷却水腔的底部等间距式设置有管状结构的冷却水进入管和冷却水排出管，冷却水进入管上设置有冷却水进入阀，冷却水排出管上设置有冷却水排出阀，阻尼降压釜的内部设置有上部为圆柱形，下部为圆锥形结构的清除器，圆柱形结构的传动轴穿过阻尼降压釜的顶部、冷却水腔的顶部和清除器到达阻尼降压釜的底部，阻尼降压釜的顶部和冷却水腔的顶部与传动轴之间设置有轴封，传动轴的顶端与电机连接，传动轴的底端套设有螺旋芯，阻尼降压釜和冷却水腔与清除器之间的空隙为石墨烯腔，石墨烯腔的底部设置有管状结构的石墨烯排出管，石墨烯排出管上设置有石墨烯排出阀，石墨烯腔的顶部设置有管状结构的石墨烯进入管、氮气进入管和释压管，石墨烯进入管上设置有石墨烯进入阀，氮气进入管上设置有氮气进入阀和压力表，释压管穿过阻尼释压器后进入内空式结构的消尘水箱，消尘水箱上从上至下设置有管状结构的溢出管、注水管和放水管，溢出管上设置有溢出阀，注水管上设置有注水阀，放水管上设置有放水阀。

本发明涉及的阻尼释压器的主体结构包括壳体、密封板、密封口、进入口、排出口、活塞、密封圈、活塞阀芯、阀头、阻尼压力调整杆、弹簧、开度调整杆、阀杆蘑菇头、阀头扣和填料函；内空式圆柱形结构的壳体的内部设置有密封板，密封板的中心开设有圆形结构的密封口，壳体的侧壁错位式开设有进入口和排出口，进入口的底面与密封板的顶面平齐，排出口的顶面与密封板的底面平齐，壳体的内部设置有活塞，壳体与活塞之间设置有密封圈，活塞的下表面与活塞阀芯连接，活塞阀芯的底部与阀头连接，活塞、活塞阀芯和阀头为一体式结构，带把手的阻尼压力调整杆穿过壳体的顶部进入壳体的内部后与弹簧连接，弹簧伸长时与活塞的上表面接触，带把手的开度调整杆穿过壳体的底部后通过设置在开度调整杆顶部的阀杆蘑菇头和设置在阀头底部的阀头扣与阀头卡扣式连接，壳体与阻尼压力调整杆和开度调整杆之间均设置有填料函。

本发明涉及的阻尼降压釜、冷却水腔、冷却水进入管、冷却水排出管、冷却水进入阀、冷却水排出阀、清除器、传动轴、轴封、电机、螺旋芯、石墨烯排出管、石墨烯排出阀、石墨烯进入管、氮气进入管、释压管、石墨烯进入阀、氮气进入阀、压力表、阻尼释压器、消尘水箱、溢出管、注水管、放水管、溢出阀、注水阀、放水阀、壳体、密封板、活塞、密封圈、活塞阀芯、阀头、阻尼压力调整杆、弹簧、开度调整杆、阀杆蘑菇头、阀头扣和填料函的材质均为310S高强度耐酸不锈钢。

本发明涉及的冷却水进入管与冷却水进入阀之间、冷却水排出管与冷却水排出阀之间、石墨烯排出管与石墨烯排出阀之间、石墨烯进入管与石墨烯进入阀之间、氮气进入管与氮气进入阀和压力表之间、释压管与阻尼释压器之间、溢出管与溢出阀之间、注水管与注水阀之间以及放水管与放水阀之间均采用法兰连接并由紫铜垫片进行密封。

本发明涉及的阻尼降压釜的有效容积是上一级反应釜有效容积的2-3倍，能够实现高温高压石墨烯的降压、降温、阻尼削弱排放冲击力以及滞留和排出粉体石墨烯，当高温高压石墨烯进入阻尼降压釜后体积膨胀，压力下降30-40％；冷却水腔对高温高压石墨烯循环冷却降温；电机通过传动轴同轴连接并驱动清除器和螺旋芯，清除器用以清除阻尼降压釜和冷却水腔侧壁附着的石墨烯，螺旋芯用以推动粉体石墨烯的排出；石墨烯排出管用以排出粉体石墨烯；石墨烯排出阀用以控制粉体石墨烯的排出时机；石墨烯进入阀用以控制高温高压石墨烯进入石墨烯腔的时机；氮气进入管用以向石墨烯腔充氮气，以对高温高压石墨烯进行阻尼降压和辅助降温冷却，以及吹除石墨烯腔内残留的粉体石墨烯；石墨烯进入阀为单向阀；压力表用以观察石墨烯腔的压力；释压管进入消尘水箱的端部为丁字形喷淋头结构，能够缓解释压冲击力，进行阻尼释压；阻尼释压器用以阻尼削弱高温高压气体释压冲击力；消尘水箱为上开式消尘水箱，消尘水箱的尺寸为0.5m×0.5m×1.5m，用以承装纯水，在高温高压石墨烯压力释放时实现粉体石墨烯与气体的分离，消除石墨烯粉尘对环境的污染，消除粉体石墨烯的损耗；溢出管和溢出阀配合用以溢出超过设定水位的纯水和收集漂浮的粉体石墨烯，开启溢出阀，纯水的水位提高时，漂浮在纯水水面的粉体石墨烯经溢出管排出；注水管和注水阀配合用以向消尘水箱内充注纯水，纯水能够实现消尘、水解和分离粉体石墨烯与气体；放水管和放水阀配合用以排出消尘水箱内的纯水；密封口与阀头之间开度是释压通道，通过开度调整杆能够调整初始开度、直至全开或关闭；活塞的径向投影承压面积大于阀头的径向投影承压面积的2.5倍；阻尼压力调整杆用于调整弹簧的张力，以确定阻尼释放压力；阀杆蘑菇头与阀头扣之间留有0.6cm的径向间隙，以保证活塞阀芯在径向间隙内上下滑动，阀头扣为C型扣。

本发明涉及的阻尼释压器进行初始运行准备时：预先通过开度调整杆调整阀头与密封口之间处于全开状态，活塞阀芯到达上死点时，阀头与密封口之间处于微开状态，通过阻尼压力调整杆调整弹簧的张力实现所需的阻尼释压压力；运行时，压力为3-6kg/cm²的高温高压石墨烯经石墨烯进入管进入石墨烯腔后，作用在活塞上的压强大于弹簧的张力，活塞阀芯上移至上死点，阀头与密封口之间处于微开状态，阀头扣与阀杆蘑菇头的下缘咬合限制全关，将高温高压石墨烯的压力释放为0.15kg/cm²的恒压，以减弱释压冲击力，粉体石墨烯经石墨烯排出管排放；随着石墨烯腔内压力的逐步降低，作用在活塞上的压强逐渐减小，在弹簧的张力作用下活塞阀芯逐渐下移，阀头与密封口之间的开度逐渐增大直至全开，阀头扣与阀杆蘑菇头的上缘顶死限制活塞阀芯下行，释压结束。

本发明涉及的石墨烯制备降温降压消尘装置能够承受10kg/cm²的压力，通过阻尼降压釜的降压和阻尼释压器的释压阻尼削弱温度为400-600℃，压力为1-6kg/cm²的高温高压石墨烯的排放冲击力，通过消尘水箱实现粉体石墨烯与高压气体的分离和粉尘污染的消除，无损耗的得到粉体石墨烯。

本发明涉及的石墨烯制备降温降压消尘装置使用时，首先，开启冷却水进入阀和冷却水排出阀，冷却水由冷却水进入管进入冷却水腔后由冷却水排出管排出，冷却水腔内的冷却水处于循环状态，开启注水阀，通过注水管向消尘水箱内充注纯水，纯水的水位为1-1.2m，关闭注水阀，纯水底部的静压为0.1-0.12kg/cm²，小于阻尼释压器的释放压力，然后，开启石墨烯进入阀，高温石墨烯由石墨烯进入管进入石墨烯腔，通过体积膨胀和冷却实现降压和降温，大部分高温高压石墨烯滞留在石墨烯腔中，小部分高温高压石墨烯经过释压管和阻尼释压器排至消尘水箱的底部，释压管和阻尼释压器将这部分高温高压石墨烯的压力释放为0.15kg/cm²，高压气体突破水压扩散排入大气，带出的粉体石墨烯经水解漂浮在水面，通过压力表观察到石墨烯腔的压力归零后，开启清除器、石墨烯排出阀和氮气进入阀，清除器运行促使粉体石墨烯落到石墨烯腔的底部，氮气通过氮气进入管进入石墨烯腔对残留的粉体石墨烯进行吹扫和冷却，螺旋芯下推石墨烯使其经石墨烯排出管排放至外接容器，最后，开启溢出阀和注水阀，通过注水管继续向消尘水箱内慢速充注纯水以提高水位，漂浮在水面的粉体石墨烯经溢出管溢出后被收集和干燥，需要时，开启放水阀，通过放水管放出消尘水箱内的纯水。

本发明与现有技术相比，能够使高温高压石墨烯在阻尼降压釜中同时完成降温、降压、滞留粉体石墨烯，通过阻尼释压器控制小流量释压并通过水解式消尘水箱实现粉体石墨烯与高温高压气体的分离，达到无污染物排放，无损耗得到粉体石墨烯的目的，解决了现有技术中高温高压制备粉体石墨烯设备存在的排放中粉尘对环境污染和粉体石墨烯损耗严重的问题，消除了因石墨烯粉尘浓度过高引起爆炸的隐患；其结构简单，生产成本低，生产效率高，生产过程安全环保，为粉体石墨烯量产创造了条件，便于推广使用。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的阻尼释压器的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的石墨烯制备降温降压消尘装置的主体结构包括阻尼降压釜1、冷却水腔2、冷却水进入管3、冷却水排出管4、冷却水进入阀5、冷却水排出阀6、清除器7、传动轴8、轴封9、电机10、螺旋芯11、石墨烯腔12、石墨烯排出管13、石墨烯排出阀14、石墨烯进入管15、氮气进入管16、释压管17、石墨烯进入阀18、氮气进入阀19、压力表20、阻尼释压器21、消尘水箱22、溢出管23、注水管24、放水管25、溢出阀26、注水阀27和放水阀28；倒置式瓶状结构的阻尼降压釜1的顶部和圆周侧内壁敷设有内空式结构的冷却水腔2，冷却水腔2的底部等间距式设置有管状结构的冷却水进入管3和冷却水排出管4，冷却水进入管3上设置有冷却水进入阀5，冷却水排出管4上设置有冷却水排出阀6，阻尼降压釜1的内部设置有上部为圆柱形，下部为圆锥形结构的清除器7，圆柱形结构的传动轴8穿过阻尼降压釜1的顶部、冷却水腔2的顶部和清除器7到达阻尼降压釜1的底部，阻尼降压釜1的顶部和冷却水腔2的顶部与传动轴8之间设置有轴封9，传动轴8的顶端与电机10连接，传动轴8的底端套设有螺旋芯11，阻尼降压釜1和冷却水腔2与清除器7之间的空隙为石墨烯腔12，石墨烯腔12的底部设置有管状结构的石墨烯排出管13，石墨烯排出管13上设置有石墨烯排出阀14，石墨烯腔12的顶部设置有管状结构的石墨烯进入管15、氮气进入管16和释压管17，石墨烯进入管15上设置有石墨烯进入阀18，氮气进入管16上设置有氮气进入阀19和压力表20，释压管17穿过阻尼释压器21后进入内空式结构的消尘水箱22，消尘水箱22上从上至下设置有管状结构的溢出管23、注水管24和放水管25，溢出管23上设置有溢出阀26，注水管24上设置有注水阀27，放水管25上设置有放水阀28。

本实施例涉及的阻尼释压器21的主体结构包括壳体100、密封板101、密封口102、进入口103、排出口104、活塞105、密封圈106、活塞阀芯107、阀头108、阻尼压力调整杆109、弹簧110、开度调整杆111、阀杆蘑菇头112、阀头扣113和填料函114；内空式圆柱形结构的壳体100的内部设置有密封板101，密封板101的中心开设有圆形结构的密封口102，壳体100的侧壁错位式开设有进入口103和排出口104，进入口103的底面与密封板101的顶面平齐，排出口104的顶面与密封板101的底面平齐，壳体100的内部设置有活塞105，壳体100与活塞105之间设置有密封圈106，活塞105的下表面与活塞阀芯107连接，活塞阀芯107的底部与阀头108连接，活塞105、活塞阀芯107和阀头108为一体式结构，带把手的阻尼压力调整杆109穿过壳体100的顶部进入壳体100的内部后与弹簧110连接，弹簧110伸长时与活塞105的上表面接触，带把手的开度调整杆111穿过壳体100的底部后通过设置在开度调整杆111顶部的阀杆蘑菇头112和设置在阀头108底部的阀头扣113与阀头108卡扣式连接，壳体100与阻尼压力调整杆109和开度调整杆111之间均设置有填料函114。

本实施例涉及的阻尼降压釜1、冷却水腔2、冷却水进入管3、冷却水排出管4、冷却水进入阀5、冷却水排出阀6、清除器7、传动轴8、轴封9、电机10、螺旋芯11、石墨烯排出管13、石墨烯排出阀14、石墨烯进入管15、氮气进入管16、释压管17、石墨烯进入阀18、氮气进入阀19、压力表20、阻尼释压器21、消尘水箱22、溢出管23、注水管24、放水管25、溢出阀26、注水阀27、放水阀28、壳体100、密封板101、活塞105、密封圈106、活塞阀芯107、阀头108、阻尼压力调整杆109、弹簧110、开度调整杆111、阀杆蘑菇头112、阀头扣113和填料函114的材质均为310S高强度耐酸不锈钢。

本实施例涉及的冷却水进入管3与冷却水进入阀5之间、冷却水排出管4与冷却水排出阀6之间、石墨烯排出管13与石墨烯排出阀14之间、石墨烯进入管15与石墨烯进入阀18之间、氮气进入管16与氮气进入阀19和压力表20之间、释压管17与阻尼释压器21之间、溢出管23与溢出阀26之间、注水管24与注水阀27之间以及放水管25与放水阀28之间均采用法兰连接并由紫铜垫片进行密封。

本实施例涉及的阻尼降压釜1的有效容积是上一级反应釜有效容积的2-3倍，能够实现高温高压石墨烯的降压、降温、阻尼削弱排放冲击力以及滞留和排出粉体石墨烯，当高温高压石墨烯进入阻尼降压釜1后体积膨胀(瞬间膨胀第二次促进层片剥离)，压力下降30-40％；冷却水腔2对高温高压石墨烯循环冷却降温；电机10通过传动轴8同轴连接并驱动清除器7和螺旋芯11，清除器7用以清除阻尼降压釜1和冷却水腔2侧壁附着的石墨烯，螺旋芯11用以推动粉体石墨烯的排出；石墨烯排出管13用以排出粉体石墨烯；石墨烯排出阀14用以控制粉体石墨烯的排出时机；石墨烯进入阀18用以控制高温高压石墨烯进入石墨烯腔12的时机；氮气进入管16用以向石墨烯腔12充氮气，以对高温高压石墨烯进行阻尼降压和辅助降温冷却，以及吹除石墨烯腔12内残留的粉体石墨烯；石墨烯进入阀18为单向阀；压力表20用以观察石墨烯腔12的压力；释压管17进入消尘水箱22的端部为丁字形喷淋头结构，能够缓解释压冲击力，进行阻尼释压；阻尼释压器21用以阻尼削弱高温高压气体释压冲击力；消尘水箱22为上开式消尘水箱，消尘水箱22的尺寸为0.5m×0.5m×1.5m，用以承装纯水，在高温高压石墨烯压力释放时实现粉体石墨烯与气体的分离，消除石墨烯粉尘对环境的污染，消除粉体石墨烯的损耗；溢出管23和溢出阀26配合用以溢出超过设定水位的纯水和收集漂浮的粉体石墨烯，开启溢出阀26，纯水的水位提高时，漂浮在纯水水面的粉体石墨烯经溢出管23排出；注水管24和注水阀27配合用以向消尘水箱22内充注纯水，纯水能够实现消尘、水解和分离粉体石墨烯与气体；放水管25和放水阀28配合用以排出消尘水箱22内的纯水；密封口102与阀头108之间开度是释压通道，通过开度调整杆111能够调整初始开度、直至全开或关闭；活塞105的径向投影承压面积大于阀头108的径向投影承压面积的2.5倍；阻尼压力调整杆109用于调整弹簧110的张力，以确定阻尼释放压力；阀杆蘑菇头112与阀头扣113之间留有0.6cm的径向间隙，以保证活塞阀芯107在径向间隙内上下滑动，阀头扣113为C型扣。

本实施例涉及的阻尼释压器21进行初始运行准备(预调试)时：预先通过开度调整杆111调整阀头108与密封口102之间处于全开状态(初始开度)，活塞阀芯107到达上死点时，阀头108与密封口102之间处于微开状态，通过阻尼压力调整杆109调整弹簧110的张力实现所需的阻尼释压压力；运行时，压力为3-6kg/cm²的高温高压石墨烯经石墨烯进入管15进入石墨烯腔12后，作用在活塞105上的压强大于弹簧110的张力，活塞阀芯107上移至上死点，阀头108与密封口102之间处于微开状态，阀头扣113与阀杆蘑菇头112的下缘咬合限制全关，将高温高压石墨烯的压力释放为0.15kg/cm²的恒压，以减弱释压冲击力，粉体石墨烯经石墨烯排出管13排放；随着石墨烯腔12内压力的逐步降低，作用在活塞105上的压强逐渐减小，在弹簧110的张力作用下活塞阀芯107逐渐下移，阀头108与密封口102之间的开度逐渐增大直至全开，阀头扣113与阀杆蘑菇头112的上缘顶死限制活塞阀芯107下行，释压结束。

本实施例涉及的石墨烯制备降温降压消尘装置能够承受10kg/cm²的压力，通过阻尼降压釜1的降压和阻尼释压器21的释压阻尼削弱温度为400-600℃，压力为1-6kg/cm²的高温高压石墨烯的排放冲击力，通过消尘水箱22实现粉体石墨烯与高压气体的分离和粉尘污染的消除，无损耗的得到粉体石墨烯。

本实施例涉及的石墨烯制备降温降压消尘装置使用时，首先，开启冷却水进入阀5和冷却水排出阀6，冷却水由冷却水进入管3进入冷却水腔2后由冷却水排出管4排出，冷却水腔3内的冷却水处于循环状态，开启注水阀27，通过注水管24向消尘水箱22内充注纯水，纯水的水位为1-1.2m，关闭注水阀27，纯水底部的静压为0.1-0.12kg/cm²，小于阻尼释压器21的释放压力，然后，开启石墨烯进入阀18，高温石墨烯由石墨烯进入管15进入石墨烯腔12，通过体积膨胀和冷却实现降压和降温，大部分高温高压石墨烯滞留在石墨烯腔12中，小部分高温高压石墨烯经过释压管17和阻尼释压器21排至消尘水箱22的底部，释压管17和阻尼释压器21将这部分高温高压石墨烯的压力释放为0.15kg/cm²，高压气体突破水压扩散排入大气，带出的粉体石墨烯经水解漂浮在水面，通过压力表20观察到石墨烯腔12的压力归零后，开启清除器7、石墨烯排出阀14和氮气进入阀19，清除器7运行促使粉体石墨烯落到石墨烯腔12的底部，氮气通过氮气进入管16进入石墨烯腔12对残留的粉体石墨烯进行吹扫和冷却，螺旋芯11下推石墨烯使其经石墨烯排出管13排放至外接容器，最后，开启溢出阀26和注水阀27，通过注水管24继续向消尘水箱22内慢速充注纯水以提高水位，漂浮在水面的粉体石墨烯经溢出管23溢出后被收集和干燥，需要时，开启放水阀28，通过放水管25放出消尘水箱22内的纯水。

Claims (7)

1.一种石墨烯制备降温降压消尘装置，其特征在于主体结构包括阻尼降压釜、冷却水腔、冷却水进入管、冷却水排出管、冷却水进入阀、冷却水排出阀、清除器、传动轴、轴封、电机、螺旋芯、石墨烯腔、石墨烯排出管、石墨烯排出阀、石墨烯进入管、氮气进入管、释压管、石墨烯进入阀、氮气进入阀、压力表、阻尼释压器、消尘水箱、溢出管、注水管、放水管、溢出阀、注水阀和放水阀；倒置式瓶状结构的阻尼降压釜的顶部和圆周侧内壁敷设有内空式结构的冷却水腔，冷却水腔的底部等间距式设置有管状结构的冷却水进入管和冷却水排出管，冷却水进入管上设置有冷却水进入阀，冷却水排出管上设置有冷却水排出阀，阻尼降压釜的内部设置有上部为圆柱形，下部为圆锥形结构的清除器，圆柱形结构的传动轴穿过阻尼降压釜的顶部、冷却水腔的顶部和清除器到达阻尼降压釜的底部，阻尼降压釜的顶部和冷却水腔的顶部与传动轴之间设置有轴封，传动轴的顶端与电机连接，传动轴的底端套设有螺旋芯，阻尼降压釜和冷却水腔与清除器之间的空隙为石墨烯腔，石墨烯腔的底部设置有管状结构的石墨烯排出管，石墨烯排出管上设置有石墨烯排出阀，石墨烯腔的顶部设置有管状结构的石墨烯进入管、氮气进入管和释压管，石墨烯进入管上设置有石墨烯进入阀，氮气进入管上设置有氮气进入阀和压力表，释压管穿过阻尼释压器后进入内空式结构的消尘水箱，消尘水箱上从上至下设置有管状结构的溢出管、注水管和放水管，溢出管上设置有溢出阀，注水管上设置有注水阀，放水管上设置有放水阀；阻尼降压釜的有效容积是上一级反应釜有效容积的2-3倍；阻尼释压器的主体结构包括壳体、密封板、密封口、进入口、排出口、活塞、密封圈、活塞阀芯、阀头、阻尼压力调整杆、弹簧、开度调整杆、阀杆蘑菇头、阀头扣和填料函；内空式圆柱形结构的壳体的内部设置有密封板，密封板的中心开设有圆形结构的密封口，壳体的侧壁错位式开设有进入口和排出口，进入口的底面与密封板的顶面平齐，排出口的顶面与密封板的底面平齐，壳体的内部设置有活塞，壳体与活塞之间设置有密封圈，活塞的下表面与活塞阀芯连接，活塞阀芯的底部与阀头连接，活塞、活塞阀芯和阀头为一体式结构，带把手的阻尼压力调整杆穿过壳体的顶部进入壳体的内部后与弹簧连接，弹簧伸长时与活塞的上表面接触，带把手的开度调整杆穿过壳体的底部后通过设置在开度调整杆顶部的阀杆蘑菇头和设置在阀头底部的阀头扣与阀头卡扣式连接，壳体与阻尼压力调整杆和开度调整杆之间均设置有填料函。

2.根据权利要求1所述的石墨烯制备降温降压消尘装置，其特征在于阻尼降压釜、冷却水腔、冷却水进入管、冷却水排出管、冷却水进入阀、冷却水排出阀、清除器、传动轴、轴封、电机、螺旋芯、石墨烯排出管、石墨烯排出阀、石墨烯进入管、氮气进入管、释压管、石墨烯进入阀、氮气进入阀、压力表、阻尼释压器、消尘水箱、溢出管、注水管、放水管、溢出阀、注水阀、放水阀、壳体、密封板、活塞、密封圈、活塞阀芯、阀头、阻尼压力调整杆、弹簧、开度调整杆、阀杆蘑菇头、阀头扣和填料函的材质均为310S高强度耐酸不锈钢。

3.根据权利要求1所述的石墨烯制备降温降压消尘装置，其特征在于冷却水进入管与冷却水进入阀之间、冷却水排出管与冷却水排出阀之间、石墨烯排出管与石墨烯排出阀之间、石墨烯进入管与石墨烯进入阀之间、氮气进入管与氮气进入阀和压力表之间、释压管与阻尼释压器之间、溢出管与溢出阀之间、注水管与注水阀之间以及放水管与放水阀之间均采用法兰连接并由紫铜垫片进行密封。

4.根据权利要求1所述的石墨烯制备降温降压消尘装置，其特征在于阻尼降压釜的有效容积是上一级反应釜有效容积的2-3倍，能够实现高温高压石墨烯的降压、降温、阻尼削弱排放冲击力以及滞留和排出粉体石墨烯，当高温高压石墨烯进入阻尼降压釜后体积膨胀，压力下降30-40％；冷却水腔对高温高压石墨烯循环冷却降温；电机通过传动轴同轴连接并驱动清除器和螺旋芯，清除器用以清除阻尼降压釜和冷却水腔侧壁附着的石墨烯，螺旋芯用以推动粉体石墨烯的排出；石墨烯排出管用以排出粉体石墨烯；石墨烯排出阀用以控制粉体石墨烯的排出时机；石墨烯进入阀用以控制高温高压石墨烯进入石墨烯腔的时机；氮气进入管用以向石墨烯腔充氮气，以对高温高压石墨烯进行阻尼降压和辅助降温冷却，以及吹除石墨烯腔内残留的粉体石墨烯；石墨烯进入阀为单向阀；压力表用以观察石墨烯腔的压力；释压管进入消尘水箱的端部为丁字形喷淋头结构，能够缓解释压冲击力，进行阻尼释压；阻尼释压器用以阻尼削弱高温高压气体释压冲击力；消尘水箱为上开式消尘水箱，消尘水箱的尺寸为0.5m×0.5m×1.5m，用以承装纯水，在高温高压石墨烯压力释放时实现粉体石墨烯与气体的分离，消除石墨烯粉尘对环境的污染，消除粉体石墨烯的损耗；溢出管和溢出阀配合用以溢出超过设定水位的纯水和收集漂浮的粉体石墨烯，开启溢出阀，纯水的水位提高时，漂浮在纯水水面的粉体石墨烯经溢出管排出；注水管和注水阀配合用以向消尘水箱内充注纯水，纯水能够实现消尘、水解和分离粉体石墨烯与气体；放水管和放水阀配合用以排出消尘水箱内的纯水；密封口与阀头之间开度是释压通道，通过开度调整杆能够调整初始开度、直至全开或关闭；活塞的径向投影承压面积大于阀头的径向投影承压面积的2.5倍；阻尼压力调整杆用于调整弹簧的张力，以确定阻尼释放压力；阀杆蘑菇头与阀头扣之间留有0.6cm的径向间隙，以保证活塞阀芯在径向间隙内上下滑动，阀头扣为C型扣。

5.根据权利要求1所述的石墨烯制备降温降压消尘装置，其特征在于阻尼释压器进行初始运行准备时：预先通过开度调整杆调整阀头与密封口之间处于全开状态，活塞阀芯到达上死点时，阀头与密封口之间处于微开状态，通过阻尼压力调整杆调整弹簧的张力实现所需的阻尼释压压力；运行时，压力为3-6kg/cm²的高温高压石墨烯经石墨烯进入管进入石墨烯腔后，作用在活塞上的压强大于弹簧的张力，活塞阀芯上移至上死点，阀头与密封口之间处于微开状态，阀头扣与阀杆蘑菇头的下缘咬合限制全关，将高温高压石墨烯的压力释放为0.15kg/cm²的恒压，以减弱释压冲击力，粉体石墨烯经石墨烯排出管排放；随着石墨烯腔内压力的逐步降低，作用在活塞上的压强逐渐减小，在弹簧的张力作用下活塞阀芯逐渐下移，阀头与密封口之间的开度逐渐增大直至全开，阀头扣与阀杆蘑菇头的上缘顶死限制活塞阀芯下行，释压结束。

6.根据权利要求1所述的石墨烯制备降温降压消尘装置，其特征在于能够承受10kg/cm²的压力，通过阻尼降压釜的降压和阻尼释压器的释压阻尼削弱温度为400-600℃，压力为1-6kg/cm²的高温高压石墨烯的排放冲击力，通过消尘水箱实现粉体石墨烯与高压气体的分离和粉尘污染的消除，无损耗的得到粉体石墨烯。

7.根据权利要求1所述的石墨烯制备降温降压消尘装置，其特征在于使用时，首先，开启冷却水进入阀和冷却水排出阀，冷却水由冷却水进入管进入冷却水腔后由冷却水排出管排出，冷却水腔内的冷却水处于循环状态，开启注水阀，通过注水管向消尘水箱内充注纯水，纯水的水位为1-1.2m，关闭注水阀，纯水底部的静压为0.1-0.12kg/cm²，小于阻尼释压器的释放压力，然后，开启石墨烯进入阀，高温石墨烯由石墨烯进入管进入石墨烯腔，通过体积膨胀和冷却实现降压和降温，大部分高温高压石墨烯滞留在石墨烯腔中，小部分高温高压石墨烯经过释压管和阻尼释压器排至消尘水箱的底部，释压管和阻尼释压器将这部分高温高压石墨烯的压力释放为0.15kg/cm²，高压气体突破水压扩散排入大气，带出的粉体石墨烯经水解漂浮在水面，通过压力表观察到石墨烯腔的压力归零后，开启清除器、石墨烯排出阀和氮气进入阀，清除器运行促使粉体石墨烯落到石墨烯腔的底部，氮气通过氮气进入管进入石墨烯腔对残留的粉体石墨烯进行吹扫和冷却，螺旋芯下推石墨烯使其经石墨烯排出管排放至外接容器，最后，开启溢出阀和注水阀，通过注水管继续向消尘水箱内慢速充注纯水以提高水位，漂浮在水面的粉体石墨烯经溢出管溢出后被收集和干燥，需要时，开启放水阀，通过放水管放出消尘水箱内的纯水。

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