CN112604626A - 一种用于三氯化铝的安全反应罐及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于三氯化铝的安全反应罐及其使用方法，涉及三氯化铝制备技术领域，为解决现有铝锭法制备三氯化铝所用的反应罐壳体通常为单层结构，若操作不当导致炸罐时，熔液易大量溅出，安全隐患较大的问题。所述反应罐主体的外壁上安装有夹套，所述夹套的内部设置有水冷腔，所述水冷腔的内壁上安装有铁铬铝电热丝，所述铁铬铝电热丝的两端均设置有接线端，接线端贯穿并延伸至夹套的外部，且与夹套密封连接，所述水冷腔的外壁上设置有陶瓷补强层，所述夹套的外壁四周均安装有支座，且支座设置有四个，四个所述支座的下端均安装有支撑腿。

Description

一种用于三氯化铝的安全反应罐及其使用方法

技术领域

本发明涉及三氯化铝制备技术领域，具体为一种用于三氯化铝的安全反应罐及其使用方法。

背景技术

无水三氯化铝是一种重要的无机化工原料,主要用于制造洗涤剂的烷基化剂、合成药物、合成染料、合成橡胶、洗涤剂、塑料、香料等。同时无水三氯化铝也是一种十分重要的催化剂,特别是作为费瑞德克莱福特反应的催化剂得以广泛应用。此外无水三氯化铝有望用于金属铝的生产,若以无水三氯化铝为原料进行铝电解将在节能减排、减少温室气体排放方面具有巨大潜力。由于无水三氯化铝广泛的应用领域和潜在的市场前景,国内外研究者围绕无水三氯化铝的制备开展了大量研究工作,开发了许多种生产工艺。其中，采用铝锭法也称金属铝法,即将氯气直接通过熔融的金属铝,使两者直接接触反应生成无水三氯化铝的方式最为简单，所用设备相对较少。

但是，现有铝锭法制备三氯化铝所用的反应罐壳体通常为单层结构，若操作不当导致炸罐时，熔液易大量溅出，安全隐患较大；因此，不满足现有的需求，对此我们提出了一种用于三氯化铝的安全反应罐及其使用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于三氯化铝的安全反应罐及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的现有铝锭法制备三氯化铝所用的反应罐壳体通常为单层结构，若操作不当导致炸罐时，熔液易大量溅出，安全隐患较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于三氯化铝的安全反应罐，包括反应罐主体，所述反应罐主体的外壁上安装有夹套，所述夹套的内部设置有水冷腔，所述水冷腔的内壁上安装有铁铬铝电热丝，所述铁铬铝电热丝的两端均设置有接线端，接线端贯穿并延伸至夹套的外部，且与夹套密封连接，所述水冷腔的外壁上设置有陶瓷补强层，所述夹套的外壁四周均安装有支座，且支座设置有四个，四个所述支座的下端均安装有支撑腿，所述支撑腿的下端安装有底座，所述反应罐主体上端的两侧均设置有进料口，所述进料口的上端安装有阀盖，所述反应罐主体上方的中间位置处设置有伺服电机，所述伺服电机通过电机支架与反应罐主体固定连接，所述电机支架的一侧设置有单向真空阀，所述单向真空阀的一侧设置有PID温度探测头，且PID温度探测头的探测端贯穿并延伸至反应罐主体的内部，所述电机支架的另一侧设置有排气阀，所述电机支架的前端设置有进气阀，所述进气阀的外壁上安装有压力表，所述反应罐主体的下表面安装有残料排出阀。

优选的，所述陶瓷补强层的外壁上设置有氟橡胶层，所述陶瓷补强层的内部安装有钢筋网。

优选的，所述夹套的两侧均设置有进水口，所述夹套下表面的两侧均设置有出水口，所述进水口和出水口均与水冷腔相连通。

优选的，所述单向真空阀的出气端安装有抽真空管，所述单向真空阀通过抽真空管与真空泵连接。

优选的，所述底座的四周均设置有防倾板，且防倾板与底座焊接连接，所述防倾板的内部安装有三角形支板，且三角形支板与防倾板焊接连接，所述底座的内部安装有十字支架。

优选的，所述十字支架的中间位置处安装有丝杆，所述丝杆上安装有加重块，且加重块与丝杆螺纹连接，所述加重块的外壁四周均设置有把手。

优选的，所述防倾板和底座的下表面均安装有小型橡胶吸盘，且小型橡胶吸盘设置有若干个。

优选的，所述伺服电机的输出端上安装有联轴器，所述伺服电机的输出端通过联轴器与搅拌杆传动连接，且搅拌杆的一端贯穿并延伸至反应罐主体的内部，所述搅拌杆与反应罐主体的连接处安装有机械密封件，所述搅拌杆下端的两侧均安装有挡板。

优选的，所述一种用于三氯化铝的安全反应罐的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：将反应罐主体移动至制备场所，依靠底座上的丝杆在底座内安装上加重块，增加罐体底部重量；

步骤二：之后将制备所用的铝锭均匀分成两部分，分别从反应罐主体两侧进料口投入罐体内部；

步骤三：铝锭均匀置入罐体后，启动真空泵，抽出罐内空气，使罐内呈真空状态，之后依靠铁铬铝电热丝将罐内温度提升至700℃，使铝锭熔融；

步骤四：铝锭熔化过程中，启动伺服电机，带动搅拌杆以及挡板旋转，加快铝锭熔融速度；

步骤五：待铝锭熔融成液体后，依靠进气阀向罐内导入氯气，继续保证熔液处于搅拌状态，使氯气与铝熔液充分接触，并将温度升温至800℃，加快反应速度；

步骤六：反应生产的三氯化铝气体通过排气阀排出，沿集气管进入捕集器内,经自然冷凝结晶,得到无水三氯化铝成品；

步骤七：待反应结束后，依靠外接冷水机向夹套的水冷腔内导入冷却水，降温后通过残料排出阀将内部残料排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过在反应罐主体的外部设置夹套，夹套的外层由陶瓷补强层构成，且在陶瓷补强层的外壁上设置有一层氟橡胶，陶瓷补强层采用氧化铝陶瓷制成，强度较高，且具有较好的保温隔热性能，其外壁的氟橡胶层能够进一步提高外部的隔热效果，且能依靠自身弹性起到一定的减震作用，减缓壳体外部被撞击后产生的冲击力，当罐体因意外炸罐时，陶瓷补强层能够吸收大部分内在冲击，且在承受较大冲击力破裂后，能够依靠内部的钢筋网连接住各碎块，避免其直接分散炸开，大大降低了反应罐的安全隐患。

2、通过在底座的四周设置L形防倾板，防倾板的内部安装有三角形支板，能够起到较好的防倾倒效果，保证了罐体使用的安全性，在底座的中间位置处设置有一根丝杆，用于在罐体到达指定地点后，安装加重块，增加底部重量，以保证设备运行时的稳定性，防倾板和底座的下表面均设置有若干小型橡胶吸盘，能够依靠吸力作用与平整的放置面吸附固定，进一步提高反应罐运行时的稳定性。

3、通过将反应罐主体设置为扁平状，且在反应罐内部安装有伺服电机驱动的搅拌机构，采用扁平状的反应罐相比于直立式罐体，能够有效增大熔融铝液表面与氯气的接触面积，提高反应速度，而搅拌机构一方面能够加快铝锭的熔融速度，另一方面能够在铝锭完全熔融后，依靠挡板破开铝溶液中部位置，使氯气能够充分与铝溶液发生反应，进一步加快反应速度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明的结构示意图；

图5为本发明的结构示意图；

图中：1、反应罐主体；2、夹套；3、进料口；4、阀盖；5、进气阀；6、压力表；7、排气阀；8、单向真空阀；9、抽真空管；10、伺服电机；11、电机支架；12、联轴器；13、PID温度探测头；14、接线端；15、进水口；16、出水口；17、残料排出阀；18、支座；19、支撑腿；20、底座；21、防倾板；22、三角形支板；23、丝杆；24、加重块；25、把手；26、水冷腔；27、铁铬铝电热丝；28、陶瓷补强层；29、氟橡胶层；30、搅拌杆；31、挡板；32、十字支架；33、小型橡胶吸盘；34、钢筋网；35、机械密封件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

请参阅图1-5，本发明提供的一种实施例：一种用于三氯化铝的安全反应罐，包括反应罐主体1，反应罐主体1的外壁上安装有夹套2，夹套2的内部设置有水冷腔26，水冷腔26的内壁上安装有铁铬铝电热丝27，铁铬铝电热丝27的两端均设置有接线端14，接线端14贯穿并延伸至夹套2的外部，且与夹套2密封连接，水冷腔26的外壁上设置有陶瓷补强层28，夹套2的外壁四周均安装有支座18，且支座18设置有四个，四个支座18的下端均安装有支撑腿19，支撑腿19的下端安装有底座20，反应罐主体1上端的两侧均设置有进料口3，进料口3的上端安装有阀盖4，反应罐主体1上方的中间位置处设置有伺服电机10，伺服电机10通过电机支架11与反应罐主体1固定连接，电机支架11的一侧设置有单向真空阀8，单向真空阀8的一侧设置有PID温度探测头13，且PID温度探测头13的探测端贯穿并延伸至反应罐主体1的内部，电机支架11的另一侧设置有排气阀7，电机支架11的前端设置有进气阀5，进气阀5的外壁上安装有压力表6，反应罐主体1的下表面安装有残料排出阀17。

进一步，陶瓷补强层28的外壁上设置有氟橡胶层29，陶瓷补强层28的内部安装有钢筋网34，陶瓷补强层28采用氧化铝陶瓷制成，强度较高，且具有较好的保温隔热效果，其外壁的氟橡胶层29能够进一步提高外部的隔热效果，且能依靠自身弹性起到一定的减震效果，当罐体因意外炸罐时，陶瓷补强层28能够吸收大部分冲击力，且在破裂后能够依靠内部的钢筋网34连接住各碎块，避免其直接炸开。

进一步，夹套2的两侧均设置有进水口15，夹套2下表面的两侧均设置有出水口16，进水口15和出水口16均与水冷腔26相连通，水冷腔26能够在反应完成后，快速为罐体降温，使其可以立即进行下一次制备，加快三氯化铝的生产效率，且在温控设备出现故障时，其能作为备用控温手段使用。

进一步，单向真空阀8的出气端安装有抽真空管9，单向真空阀8通过抽真空管9与真空泵连接，罐内处于抽真空状态，不仅提高了升温效率，而且避免了反应生产的三氯化铝气体与潮湿空气接触，生产酸雾造成安全隐患的情况发生。

进一步，底座20的四周均设置有防倾板21，且防倾板21与底座20焊接连接，防倾板21的内部安装有三角形支板22，且三角形支板22与防倾板21焊接连接，底座20的内部安装有十字支架32，防倾板21为L形，配合内部的三角形支板22，能够起到较好的防倾倒效果，保证了罐体使用的安全性。

进一步，十字支架32的中间位置处安装有丝杆23，丝杆23上安装有加重块24，且加重块24与丝杆23螺纹连接，加重块24的外壁四周均设置有把手25，加重块24能够增加底座20部分的重量，提高罐体反应时的稳定性，且当需要移动时，可将加重块24拆除减轻底部重量，方便移动。

进一步，防倾板21和底座20的下表面均安装有小型橡胶吸盘33，且小型橡胶吸盘33设置有若干个，小型橡胶吸盘33能够依靠吸力作用与平整的放置面吸附固定，进一步提高反应罐运行时的稳定性。

进一步，伺服电机10的输出端上安装有联轴器12，伺服电机10的输出端通过联轴器12与搅拌杆30传动连接，且搅拌杆30的一端贯穿并延伸至反应罐主体1的内部，搅拌杆30与反应罐主体1的连接处安装有机械密封件35，搅拌杆30下端的两侧均安装有挡板31，搅拌杆30一方面能够加快铝锭的熔融速度，另一方面能够在铝锭完全熔融后，依靠挡板31破开铝溶液中部位置，使氯气能够充分与铝溶液发生反应，加快反应速度。

进一步，一种用于三氯化铝的安全反应罐的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：将反应罐主体1移动至制备场所，依靠底座20上的丝杆23在底座20内安装上加重块24，增加罐体底部重量；

步骤二：之后将制备所用的铝锭均匀分成两部分，分别从反应罐主体1两侧进料口3投入罐体内部；

步骤三：铝锭均匀置入罐体后，启动真空泵，抽出罐内空气，使罐内呈真空状态，之后依靠铁铬铝电热丝27将罐内温度提升至700℃，使铝锭熔融；

步骤四：铝锭熔化过程中，启动伺服电机10，带动搅拌杆30以及挡板31旋转，加快铝锭熔融速度；

步骤五：待铝锭熔融成液体后，依靠进气阀5向罐内导入氯气，继续保证熔液处于搅拌状态，使氯气与铝熔液充分接触，并将温度升温至800℃，加快反应速度；

步骤六：反应生产的三氯化铝气体通过排气阀7排出，沿集气管进入捕集器内,经自然冷凝结晶,得到无水三氯化铝成品；

步骤七：待反应结束后，依靠外接冷水机向夹套2的水冷腔26内导入冷却水，降温后通过残料排出阀17将内部残料排出。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种用于三氯化铝的安全反应罐，包括反应罐主体(1)，其特征在于：所述反应罐主体(1)的外壁上安装有夹套(2)，所述夹套(2)的内部设置有水冷腔(26)，所述水冷腔(26)的内壁上安装有铁铬铝电热丝(27)，所述铁铬铝电热丝(27)的两端均设置有接线端(14)，接线端(14)贯穿并延伸至夹套(2)的外部，且与夹套(2)密封连接，所述水冷腔(26)的外壁上设置有陶瓷补强层(28)，所述夹套(2)的外壁四周均安装有支座(18)，且支座(18)设置有四个，四个所述支座(18)的下端均安装有支撑腿(19)，所述支撑腿(19)的下端安装有底座(20)，所述反应罐主体(1)上端的两侧均设置有进料口(3)，所述进料口(3)的上端安装有阀盖(4)，所述反应罐主体(1)上方的中间位置处设置有伺服电机(10)，所述伺服电机(10)通过电机支架(11)与反应罐主体(1)固定连接，所述电机支架(11)的一侧设置有单向真空阀(8)，所述单向真空阀(8)的一侧设置有PID温度探测头(13)，且PID温度探测头(13)的探测端贯穿并延伸至反应罐主体(1)的内部，所述电机支架(11)的另一侧设置有排气阀(7)，所述电机支架(11)的前端设置有进气阀(5)，所述进气阀(5)的外壁上安装有压力表(6)，所述反应罐主体(1)的下表面安装有残料排出阀(17)。

2.根据权利要求1所述的一种用于三氯化铝的安全反应罐，其特征在于：所述陶瓷补强层(28)的外壁上设置有氟橡胶层(29)，所述陶瓷补强层(28)的内部安装有钢筋网(34)。

3.根据权利要求1所述的一种用于三氯化铝的安全反应罐，其特征在于：所述夹套(2)的两侧均设置有进水口(15)，所述夹套(2)下表面的两侧均设置有出水口(16)，所述进水口(15)和出水口(16)均与水冷腔(26)相连通。

4.根据权利要求1所述的一种用于三氯化铝的安全反应罐，其特征在于：所述单向真空阀(8)的出气端安装有抽真空管(9)，所述单向真空阀(8)通过抽真空管(9)与真空泵连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于三氯化铝的安全反应罐，其特征在于：所述底座(20)的四周均设置有防倾板(21)，且防倾板(21)与底座(20)焊接连接，所述防倾板(21)的内部安装有三角形支板(22)，且三角形支板(22)与防倾板(21)焊接连接，所述底座(20)的内部安装有十字支架(32)。

6.根据权利要求5所述的一种用于三氯化铝的安全反应罐，其特征在于：所述十字支架(32)的中间位置处安装有丝杆(23)，所述丝杆(23)上安装有加重块(24)，且加重块(24)与丝杆(23)螺纹连接，所述加重块(24)的外壁四周均设置有把手(25)。

7.根据权利要求5所述的一种用于三氯化铝的安全反应罐，其特征在于：所述防倾板(21)和底座(20)的下表面均安装有小型橡胶吸盘(33)，且小型橡胶吸盘(33)设置有若干个。

8.根据权利要求1所述的一种用于三氯化铝的安全反应罐，其特征在于：所述伺服电机(10)的输出端上安装有联轴器(12)，所述伺服电机(10)的输出端通过联轴器(12)与搅拌杆(30)传动连接，且搅拌杆(30)的一端贯穿并延伸至反应罐主体(1)的内部，所述搅拌杆(30)与反应罐主体(1)的连接处安装有机械密封件(35)，所述搅拌杆(30)下端的两侧均安装有挡板(31)。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种用于三氯化铝的安全反应罐的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将反应罐主体(1)移动至制备场所，依靠底座(20)上的丝杆(23)在底座(20)内安装上加重块(24)，增加罐体底部重量；

步骤二：之后将制备所用的铝锭均匀分成两部分，分别从反应罐主体(1)两侧进料口(3)投入罐体内部；

步骤三：铝锭均匀置入罐体后，启动真空泵，抽出罐内空气，使罐内呈真空状态，之后依靠铁铬铝电热丝(27)将罐内温度提升至700℃，使铝锭熔融；

步骤四：铝锭熔化过程中，启动伺服电机(10)，带动搅拌杆(30)以及挡板(31)旋转，加快铝锭熔融速度；

步骤五：待铝锭熔融成液体后，依靠进气阀(5)向罐内导入氯气，继续保证熔液处于搅拌状态，使氯气与铝熔液充分接触，并将温度升温至800℃，加快反应速度；

步骤六：反应生产的三氯化铝气体通过排气阀(7)排出，沿集气管进入捕集器内,经自然冷凝结晶,得到无水三氯化铝成品；

步骤七：待反应结束后，依靠外接冷水机向夹套(2)的水冷腔(26)内导入冷却水，降温后通过残料排出阀(17)将内部残料排出。

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