CN113842854A - 一种反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种反应装置，反应装置包括储气罐和反应容器，储气罐用于存储氨气和氮气；反应容器内设有沿上下方向依次分布的进气区和储液区，进气区与储液区连通，反应容器设有进气口、进液口和出料口，进液口用于向储液区内输入无机钛盐溶液，进气口与储气罐连接，用于向进气区输入氨气和氮气，以与无机钛盐溶液反应生成氢氧化钛沉淀物，出料口用以输出氢氧化钛沉淀物。本发明提供的反应装置，通过氨气与无机钛盐溶液反应生成氢氧化钛沉淀物，调控氨气和氮气的比例控制反应速度，可稳定均匀的生成氢氧化钛沉淀物，进而避免氢氧化钛沉淀物发生团聚，氢氧化钛沉淀物经过分离、洗涤、干燥和煅烧处理，可获得粒径分布均匀、尺寸可控的纳米二氧化钛。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化钛制备技术领域，具体涉及一种反应装置。
背景技术
目前纳米二氧化钛的制备方法主要有固相法、气相法和液相法。固相法制备纳米级二氧化钛工艺简单，但对设备要求较高，产品粒径分布较宽，易团聚；气相法制备纳米二氧化钛的设备复杂能耗大、生产成本高且产量低；液相法是目前实验室和工业上采用最为广泛的合成纳米材料的方法，主要包括沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法，醇盐水解法和溶胶-凝胶法制备过程复杂，成本较高，沉淀法原料廉价易得且工艺简单，但制得的纳米二氧化钛的粒径分布不均匀，易团聚。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种反应装置，旨在解决现有沉淀法中由于局部沉淀剂浓度过高，制得的纳米二氧化钛粒径分布不均匀，易团聚的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种反应装置，包括：
储气罐，用于存储氨气和氮气；以及，
反应容器，所述反应容器内设有沿上下方向依次分布的进气区和储液区，所述进气区与所述储液区连通，所述反应容器设有进气口、进液口和出料口，所述进液口用于向所述储液区内输入无机钛盐溶液，所述进气口与所述储气罐连接，用于向所述进气区输入氨气和氮气，以与所述无机钛盐溶液反应生成氢氧化钛沉淀物，所述出料口用以输出所述氢氧化钛沉淀物。
可选地，所述储气罐包括：
第一气罐，用于储存氨气，所述第一气罐通过第一输气管与所述反应容器连接，所述第一输气管上设有第一调节阀，用以控制自所述第一气罐输出的氨气量；以及，
第二气罐，用于储存氮气，所述第二气罐通过第二输气管与所述反应容器连接，所述第二输气管上设有第二调节阀，用以控制自所述第二气罐输出的氮气量。
可选地，所述第一气罐和所述第二气罐均设有气压表，以分别监测所述第一气罐和所述第二气罐的气体余量。
可选地，所述反应装置还包括混合容器，所述混合容器设有第一进气口、第二进气口和出气口，所述第一进气口和所述第二进气口分别与所述第一气罐和所述第二气罐连接，以向所述混合容器内输入氮气和氨气并混合形成氨氮混合气体，所述出气口与所述反应容器连接，用以将所述氨氮混合气体输送至所述反应容器。
可选地，所述混合容器通过第三输气管与所述反应容器连接，所述第三输气管上设有控制阀，用以控制自所述混合容器输出的出气量。
可选地，所述混合容器设有第一压力表和第一泄压阀，用以控制所述混合容器内的压力。
可选地，所述反应容器设有第二压力表和第二泄压阀，用以控制所述反应容器内的压力。
可选地，所述反应装置还包括气体搅拌结构和液体搅拌结构，所述气体搅拌结构设于所述进气区，所述液体搅拌结构设于所述储液区。
可选地，所述反应容器还设有第一排气口，所述第一排气口处连接有排气管，所述排气管上设有开关阀，用以控制所述第一排气口开启或关闭；
所述反应装置还包括尾气处理容器，所述尾气处理容器内容纳有尾气处理溶液，所述尾气处理容器设有入气口和第二排气口，所述排气管穿过所述入气口伸入至所述尾气处理容器中，并向下延伸至所述排气管的出口位于所述尾气处理溶液内，以使所述反应容器排出的尾气与所述尾气处理溶液反应，所述第二排气口用于排出所述尾气处理容器内反应后的气体。
可选地，所述反应装置还包括安全瓶，所述安全瓶设于所述反应容器与所述尾气处理容器之间。
本发明的技术方案中，所述反应装置包括储气罐和反应容器，所述储气罐用于存储氨气和氮气；所述反应容器内设有沿上下方向依次分布的进气区和储液区，所述进气区与所述储液区连通，所述反应容器设有进气口、进液口和出料口，所述进液口用于向所述储液区内输入无机钛盐溶液，所述进气口与所述储气罐连接，用于向所述进气区输入氨气和氮气，以与所述无机钛盐溶液反应生成氢氧化钛沉淀物，所述出料口用以输出所述氢氧化钛沉淀物。制备纳米二氧化钛时，首先通过所述进液口向所述储液区内输入无机钛盐溶液，然后将储气罐内的氨气和氮气从所述进气口输入至所述储气区，以使氨气与无机钛盐溶液反应生成所述氢氧化钛沉淀物，最后在氨气与无机钛盐溶液反应完成后，自所述出料口输出所述氢氧化钛沉淀物。氨气与无机钛盐溶液反应生成所述氢氧化钛沉淀物，通过调控氨气和氮气的比例，控制氨气与无机钛盐溶液的反应速度，可稳定均匀的生成所述氢氧化钛沉淀物，进而避免所述氢氧化钛沉淀物发生团聚，所述氢氧化钛沉淀物经过分离、洗涤、干燥和煅烧处理，可获得粒径分布均匀、尺寸可控的纳米二氧化钛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明提供的反应装置的一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
目前纳米二氧化钛的制备方法主要有固相法、气相法和液相法。固相法制备纳米级二氧化钛工艺简单，但对设备要求较高，产品粒径分布较宽，易团聚；气相法制备纳米二氧化钛的设备复杂能耗大、生产成本高且产量低；液相法是目前实验室和工业上采用最为广泛的合成纳米材料的方法，主要包括沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法，醇盐水解法和溶胶-凝胶法制备过程复杂，成本较高，沉淀法原料廉价易得且工艺简单，但制得的纳米二氧化钛的粒径分布不均匀，易团聚。
鉴于此，本发明提出一种反应装置，通过调控氨气和氮气的比例，控制氨气与无机钛盐溶液的反应速度，可稳定均匀的生成所述氢氧化钛沉淀物，进而避免所述氢氧化钛沉淀物发生团聚，所述氢氧化钛沉淀物经过分离、洗涤、干燥和煅烧处理，可获得粒径分布均匀、尺寸可控的纳米二氧化钛。如图1所示，为本发明提供的反应装置的一实施例。
如图1所示，本发明提出一种反应装置100包括储气罐和反应容器2，所述储气罐用于存储氨气和氮气；所述反应容器2内设有沿上下方向依次分布的进气区和储液区，所述进气区与所述储液区连通，所述反应容器2设有进气口21、进液口22和出料口23，所述进液口22用于向所述储液区内输入无机钛盐溶液，所述进气口21与所述储气罐连接，用于向所述进气区输入氨气和氮气，以与所述无机钛盐溶液反应生成氢氧化钛沉淀物，所述出料口23用以输出所述氢氧化钛沉淀物。
本发明的技术方案中，所述反应装置100包括储气罐和反应容器2，所述储气罐用于存储氨气和氮气；所述反应容器2内设有沿上下方向依次分布的进气区和储液区，所述进气区与所述储液区连通，所述反应容器2设有进气口21、进液口22和出料口23，所述进液口22用于向所述储液区内输入无机钛盐溶液，所述进气口21与所述储气罐连接，用于向所述进气区输入氨气和氮气，以与所述无机钛盐溶液反应生成氢氧化钛沉淀物，所述出料口23用以输出所述氢氧化钛沉淀物。制备纳米二氧化钛时，首先通过所述进液口22向所述储液区内输入无机钛盐溶液，然后将储气罐内的氨气和氮气从所述进气口21输入至所述储气区，以使氨气与无机钛盐溶液反应生成所述氢氧化钛沉淀物，最后在氨气与无机钛盐溶液反应完成后，自所述出料口23输出所述氢氧化钛沉淀物。氨气与无机钛盐溶液反应生成所述氢氧化钛沉淀物，通过调控氨气和氮气的比例，控制氨气与无机钛盐溶液的反应速度，可稳定均匀的生成所述氢氧化钛沉淀物，进而避免所述氢氧化钛沉淀物发生团聚，所述氢氧化钛沉淀物经过分离、洗涤、干燥和煅烧处理，可获得粒径分布均匀、尺寸可控的纳米二氧化钛。
所述储气罐用于存储氨气和氮气。在本实施例中，如图1所示，所述储气罐包括第一气罐11和第二气罐12，所述第一气罐11用于储存氨气，所述第一气罐11通过第一输气管与所述反应容器2连接，所述第一输气管上设有第一调节阀4，用以控制自所述第一气罐11输出的氨气量；所述第二气罐12用于储存氮气，所述第二气罐12通过第二输气管与所述反应容器2连接，所述第二输气管上设有第二调节阀5，用以控制自所述第二气罐12输出的氮气量。通过在所述第一输气管和所述第二输气管上分别设置所述第一调节阀4和所述第二调节阀5，以控制所述第一气罐11和所述第二气罐12的输气量，从而调控输入至所述反应容器2内的氨气和氮气的比例，以控制氨气与无机钛盐溶液的反应速度，进而稳定均匀的生成所述氢氧化钛沉淀物，避免所述氢氧化钛沉淀物发生团聚。
进一步地，在本实施例中，如图1所示，所述第一气罐11和所述第二气罐12均设有气压表13，以分别监测所述第一气罐11和所述第二气罐12的气体余量。通过在所述第一气罐11和所述第二气罐12均设置所述气压表13，通过观察所述气压表13的数值，可确定所述第一气罐11和所述第二气罐12内气体余量，以便于及时补充气体。
具体地，在本实施例中，如图1所示，所述反应装置100还包括混合容器3，所述混合容器3设有第一进气口31、第二进气口32和出气口33，所述第一进气口31和所述第二进气口32分别与所述第一气罐11和所述第二气罐12连接，以向所述混合容器3内输入氮气和氨气并混合形成氨氮混合气体，所述出气口33与所述反应容器2连接，用以将所述氨氮混合气体输送至所述反应容器2。在制备纳米二氧化钛时，先将所述第一气罐11的氨气和所述第二气罐12的氮气输送至所述混合容器3内，以在混合容器3内形成氨氮混合气体，然后将所述氨氮混合气体输送至所述反应容器2内，以与所述反应容器2内的无机钛盐溶液反应生成所述氢氧化钛沉淀物。通过设置所述混合容器3，以便于氨气和氮气在所述混合容器3内充分混合，形成所需浓度的氨氮混合气体。
具体地，在本实施例中，如图1所示，所述混合容器3通过第三输气管与所述反应容器2连接，所述第三输气管上设有控制阀6，用以控制自所述混合容器3输出的出气量。通过在所述第三输气管上设置所述控制阀6，以控制自所述混合容器3输出的出气量，以使所述反应容器2内的氨氮混合气体量与无机钛盐溶液量适配，减少所述反应容器2排出尾气中的氨气含量，节约生产成本，同时有利于环境保护。
具体地，在本实施例中，如图1所示，所述混合容器3设有第一压力表34和第一泄压阀35，用以控制所述混合容器3内的压力。通过在所述混合容器3上设置所述第一压力表34，以便于观察所述混合容器3的压力，当所述混合容器3内的压力较大时，打开所述第一泄压阀35，对所述混合容器3进行泄压处理，避免所述混合容器3的压力过大导致爆炸，进而保证生产的安全性，并且通过所述第一泄压阀35，可在所述混合容器3输入氨气和氮气前，对所述混合容器3进行抽真空处理，抽出所述混合容器3内的其他杂质气体，减少杂质的混入，提高所述氢氧化钛沉淀物的生产质量。
具体地，在本实施例中，如图1所示，所述反应容器2设有第二压力表24和第二泄压阀25，用以控制所述反应容器2内的压力。通过在所述反应容器2上设置所述第二压力表24，以便于观察所述反应容器2的压力，当所述反应容器2内的压力较大时，打开所述第二泄压阀25对所述反应容器2进行泄压处理，避免所述反应容器2的压力过大导致爆炸，进而保证生产的安全性，并且通过所述第二泄压阀25，可在所述反应容器2输入氨氮混合气前，对所述反应容器2进行抽真空处理，抽出所述反应容器2内的其他杂质气体，减少杂质的混入，提高所述氢氧化钛沉淀物的生产质量。
所述反应容器2内设有搅拌装置，用以搅拌，以提高反应速度。在本实施例中，如图1所示，所述反应装置100还包括气体搅拌结构27和液体搅拌结构28，所述气体搅拌结构27设于所述进气区，所述液体搅拌结构28设于所述储液区。通过在所述进气区设置所述气体搅拌结构27，在所述储液区设置所述液体搅拌结构28，以加快所述反应容器2内氨氮混合气与无机钛盐溶液的反应速度，提高生产效率。
所述反应装置100设有尾气处理装置，以对所述反应容器2排出的尾气进行处理。在本实施例中，如图1所示，所述反应容器2还设有第一排气口26，所述第一排气口26处连接有排气管，所述排气管上设有开关阀7，用以控制所述第一排气口26开启或关闭；所述反应装置100还包括尾气处理容器8，所述尾气处理容器8内容纳有尾气处理溶液，所述尾气处理容器8设有入气口81和第二排气口82，所述排气管穿过所述入气口81伸入至所述尾气处理容器8中，并向下延伸至所述排气管的出口位于所述尾气处理溶液内，以使所述反应容器2排出的尾气与所述尾气处理溶液反应，所述第二排气口82用于排出所述尾气处理容器8内反应后的气体。所述尾气处理容器8内容纳有稀硫酸溶液，稀硫酸溶液可与所述反应容器2排出的尾气中的氨气进行中和反应，从而除净尾气中的氨气，防止污染环境。
进一步地，在本实施例中，如图1所示，所述反应装置100还包括安全瓶9，所述安全瓶9设于所述反应容器2与所述尾气处理容器8之间。通过设置所述安全瓶9，可防止所述尾气处理容器8中的稀硫酸溶液倒吸进所述反应器中。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种反应装置，用于纳米二氧化钛的制备，其特征在于，包括：
储气罐，用于存储氨气和氮气；以及，
反应容器，所述反应容器内设有沿上下方向依次分布的进气区和储液区，所述进气区与所述储液区连通，所述反应容器设有进气口、进液口和出料口，所述进液口用于向所述储液区内输入无机钛盐溶液，所述进气口与所述储气罐连接，用于向所述进气区输入氨气和氮气，以与所述无机钛盐溶液反应生成氢氧化钛沉淀物，所述出料口用以输出所述氢氧化钛沉淀物。
2.如权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述储气罐包括：
第一气罐，用于储存氨气，所述第一气罐通过第一输气管与所述反应容器连接，所述第一输气管上设有第一调节阀，用以控制自所述第一气罐输出的氨气量；以及，
第二气罐，用于储存氮气，所述第二气罐通过第二输气管与所述反应容器连接，所述第二输气管上设有第二调节阀，用以控制自所述第二气罐输出的氮气量。
3.如权利要求2所述的反应装置，其特征在于，所述第一气罐和所述第二气罐均设有气压表，以分别监测所述第一气罐和所述第二气罐的气体余量。
4.如权利要求2所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括混合容器，所述混合容器设有第一进气口、第二进气口和出气口，所述第一进气口和所述第二进气口分别与所述第一气罐和所述第二气罐连接，以向所述混合容器内输入氮气和氨气并混合形成氨氮混合气体，所述出气口与所述反应容器连接，用以将所述氨氮混合气体输送至所述反应容器。
5.如权利要求4所述的反应装置，其特征在于，所述混合容器通过第三输气管与所述反应容器连接，所述第三输气管上设有控制阀，用以控制自所述混合容器输出的出气量。
6.如权利要求4所述的反应装置，其特征在于，所述混合容器设有第一压力表和第一泄压阀，用以控制所述混合容器内的压力。
7.如权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述反应容器设有第二压力表和第二泄压阀，用以控制所述反应容器内的压力。
8.如权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括气体搅拌结构和液体搅拌结构，所述气体搅拌结构设于所述进气区，所述液体搅拌结构设于所述储液区。
9.如权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述反应容器还设有第一排气口，所述第一排气口处连接有排气管，所述排气管上设有开关阀，用以控制所述第一排气口开启或关闭；
所述反应装置还包括尾气处理容器，所述尾气处理容器内容纳有尾气处理溶液，所述尾气处理容器设有入气口和第二排气口，所述排气管穿过所述入气口伸入至所述尾气处理容器中，并向下延伸至所述排气管的出口位于所述尾气处理溶液内，以使所述反应容器排出的尾气与所述尾气处理溶液反应，所述第二排气口用于排出所述尾气处理容器内反应后的气体。
10.如权利要求9所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括安全瓶，所述安全瓶设于所述反应容器与所述尾气处理容器之间。
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