CN113912013A - 一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置，包括安装架，安装架上等间距设有相互连通的催化反应釜、低温反应釜和三氟化氯收集釜，安装架上还安装有氯气混合箱和氟气混合箱，氯气混合箱和氟气混合箱的上共同安装有防护盒，防护盒的一侧安装有固定箱。本发明不仅可以有效的提升氟气、氯气和稀释气体的混合效果，而且可以有效的降低其混合的时间，提升了三氟化氯生产的效率，充分、快速混合后的气体既能有效的保证反应时反应釜的安全性，不会出现局部过热的情况，还能够有效的降低反应后三氟化氯气体内的杂质，提升了三氟化氯的纯度。

Description

一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置。

背景技术

三氟化氯是已知化学性质最活泼的卤素氟化物，能替代元素氟进行许多反应，是一种能力极强的氟化剂，其在半导体、液晶、太阳能和LED行业有着广阔的应用前景。

三氟化氯可由氟气和氯气反应生成，目前在其反应时均是直接将稀释气体、氟气以及氯气输送至对应的反应釜内进行反应，但是，这种方式不能够让稀释气体及时的与氟气以及氯气融合，增加了融合的时间，另外直接通入后在反应釜内反应的同时再融合容易因为融合不均匀导致反应釜内局部过热，既增加了反应釜反应的危险性，又降低了反应的质量，增加了三氟化氯气体中的杂质，为此，需要提出一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置，该装置结构设计科学合理，能使氯气、氟气和稀释气体得到充分预混合然后输入反应釜内进行反应，降低了反应危险性，提高了反应效率和产品质量，效益明显，可推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置，其特征在于，包括安装架，所述安装架的下侧固定安装依次连通的催化反应釜、低温反应釜和三氟化氮收集釜，所述安装架的上侧固定安装氯气混合箱和氟气混合箱，所述氯气混合箱和氟气混合箱上同时固定安装有防护盒，所述防护盒的一侧安装固定箱，所述固定箱内设置有旋转机构，所述氯气混合箱和氟气混合箱共同连通有中合箱，所述中合箱同时与催化反应釜连通，所述氯气混合箱、氟气混合箱和中合箱同时与稀释气体输送机构连通，所述旋转机构通过反应气体输送机构与氯气混合箱和氟气混合箱连接，所述中合箱通过混合气体输送管与催化反应釜连接，防护盒采用碳素钢材质制成，通过三次融合，极大的保证了氯气、氟气以及稀释气体融合的充分，提升了三氟化氯产品的质量。

优选地，所述旋转机构包括第一齿轮、第二齿轮、转动杆、第一锥齿轮和驱动电机，所述驱动电机固定安装在固定箱上，所述固定箱内设置间隔交错啮合的两个第二齿轮和三个第一齿轮，所述驱动电机的输出轴与其中一个第二齿轮固定连接，两侧的第一齿轮上固定连接转动杆，所述转动杆固定连接第一锥齿轮。

优选地，所述反应气体输送机构包括竖管、旋转接头和旋转喷气头，一根竖管贯穿连接氯气混合箱和防护盒，另一根竖管贯穿连接氟气混合箱和防护盒，所述竖管上固定套接有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮与同侧的第一锥齿轮啮合，所述竖管位于防护盒内的顶端设置有旋转接头，所述竖管位于氯气混合箱和氟气混合箱内的位置等距设置有两个旋转喷气头。通过驱动电机驱动一个第二齿轮转动从而带动其他三个第一齿轮和一个第二齿轮转动，通过第一齿轮带动转动杆和第一锥齿轮转动，使第二锥齿轮带动竖管转动，最终达到旋转喷气头旋转的目的，使气体从旋转喷气头中旋转喷出，大大提高气体混合效率

优选地，所述稀释气体输送机构包括稀释气体输送管、第一输气管和第二输气管，所述稀释气体输送管通过两根第二输气管与所述旋转接头连接，所述稀释气体输送管同时通过第一输气管与中合箱连通，所述第一输气管和第二输气管上均设置有电磁阀。

优选地，所述旋转喷气头的周侧均匀开设有多个喷口，所述喷口通过喷射通道与所述竖管连通。

优选地，所述氯气混合箱和氟气混合箱均通过连接管与中合箱连通，所述连接管上等距设置有多个输气孔，所述氯气混合箱和氟气混合箱上分别连接有氯气输送管和氟气输送管，所述氯气输送管和氟气输送管上均设置有阀门。

优选地，所述催化反应釜通过第一收集管连通低温反应釜，所述低温反应釜通过第二收集管连通三氟化氮收集釜，所述第一收集管和第二收集管上均设置有压力计和温度计。

优选地，所述氯气混合箱和氟气混合箱的同侧端面通过安装板固定连接，所述安装板上设置所述防护盒。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明不仅可以有效的提升氟气、氯气和稀释气体的混合效果，而且可以有效的降低其混合的时间，提升了三氟化氯生产的效率，另外充分、快速混合后的气体既能有效的保证反应时反应釜的安全性，不会出现局部过热的情况，还能够有效的降低反应后三氟化氯气体内的杂质，提升了三氟化氯的纯度。

2、本发明结构设计科学合理，功能分区清晰齐全，通过一台电机带动两根竖管上的四个旋转喷气头旋转喷气，提高气体的混合效果和效率，进而降低反应时间，提高产品质量。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明中防护盒内部结构示意图。

图3是本发明中氯气混合箱的立体结构示意图。

图4是本发明中固定箱内部结构示意图。

图5是本发明图1中A处的局部放大结构示意图。

图6是本发明中旋转喷气头的俯视剖面结构示意图。

附图标记说明：

1—驱动电机； 2—固定箱； 3—第一齿轮；

4—转动杆； 5—第一输气管； 6—中合箱；

7—输气孔； 8—混合气体输送管； 9—旋转接头；

10—第一锥齿轮； 11—第二锥齿轮； 12—电磁阀；

13—第二输气管； 14—连接管； 15—氯气混合箱；

16—旋转喷气头； 17—竖管； 18—氯气输送管；

19—稀释气体输送管； 20—防护盒； 21—喷口；

22—喷射通道； 23—安装架； 24—压力计；

25—温度计； 26—第二收集管； 27—低温反应釜；

28—三氟化氮收集釜； 29—第一收集管； 30—阀门；

31—氟气混合箱； 32—催化反应釜； 33—安装板；

34—第二齿轮。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明包括安装架23，所述安装架23的下侧固定安装依次连通的催化反应釜32、低温反应釜27和三氟化氮收集釜28，所述安装架23的上侧固定安装氯气混合箱15和氟气混合箱31，所述氯气混合箱15和氟气混合箱31上同时固定安装有防护盒20，所述防护盒20的一侧安装固定箱2，所述固定箱2内设置有旋转机构，所述氯气混合箱15和氟气混合箱31共同连通有中合箱6，所述中合箱6同时与催化反应釜32连通，所述氯气混合箱15、氟气混合箱31和中合箱6同时与稀释气体输送机构连通，所述旋转机构通过反应气体输送机构与氯气混合箱15和氟气混合箱31连接，所述中合箱6通过混合气体输送管8与催化反应釜32连接，防护盒20采用碳素钢材质制成，通过三次融合，极大的保证了氯气、氟气以及稀释气体融合的充分，提升了三氟化氯产品的质量。

本实施例中，所述旋转机构包括第一齿轮3、第二齿轮34、转动杆4、第一锥齿轮10和驱动电机1，所述驱动电机1固定安装在固定箱2的外侧壁上，所述固定箱2内设置间隔交错啮合的两个第二齿轮34和三个第一齿轮3，第二齿轮34和第一齿轮3均通过转轴回转安装在固定箱2内，两个第二齿轮34间隔啮合在三个第一齿轮3间，所述驱动电机1的输出轴穿过固定箱2的侧壁与其中一个第二齿轮34上的转轴固定连接，位于两侧边的两个第一齿轮3的转轴均固定连接一个转动杆4的一端，两个所述转动杆4的另一端均固定连接第一锥齿轮10，两个转动杆4处于水平位置，驱动电机1的额定扭矩为35N.m，额定功率为7.5KW，额定电流为12A，最高转速为1800rpm。

本实施例中，所述反应气体输送机构包括两根竖管17、旋转接头9和旋转喷气头16，其中一根竖管17贯穿回转安装在氯气混合箱15和防护盒20内，另一根竖管17贯穿回转安装在氟气混合箱31和防护盒20内，所述竖管17上固定套接有第二锥齿轮11，所述第二锥齿轮11与同侧的第一锥齿轮10啮合，所述竖管17位于防护盒20内的顶端设置有旋转接头9，位于氯气混合箱15和氟气混合箱31内部的两个竖管17上均等距设置有两个旋转喷气头16。通过驱动电机1驱动一个第二齿轮34转动从而带动其他三个第一齿轮3和一个第二齿轮34转动，通过第一齿轮3带动转动杆4和第一锥齿轮10转动，使第二锥齿轮11带动竖管17转动，最终达到旋转喷气头16旋转的目的，使气体从旋转喷气头16中旋转喷出，实现稳定持续的旋转，保证融合的充分性和快速性，大大提高气体混合效率。

本实施例中，所述稀释气体输送机构包括稀释气体输送管19、第一输气管5和第二输气管13，所述稀释气体输送管19通过两根第二输气管13分别与两个旋转接头9连接，旋转接头9上半部分固定与第二输气管13连接，旋转接头9的下半部分可自由旋转与竖管17连接，所述稀释气体输送管19同时通过第一输气管5与中合箱6连通，所述第一输气管5和第二输气管13上均设置有电磁阀12，稀释气体的流速优选25L/min。

本实施例中，所述旋转喷气头16的周侧均匀开设有多个喷口21，所述喷口21通过喷射通道22与所述竖管17连通，竖管17内输送的气体通过喷射通道22从喷口21中喷出形成高速旋转气流。

本实施例中，所述氯气混合箱15和氟气混合箱31均通过连接管14与中合箱6连通，所述连接管14内沿连接管14的轴向方向即输气方向开设多个输气孔7，输气孔7按环形阵列的方式开设多层，相邻输气孔7之间不连通，通过多个小孔径的输气孔7将输入的初步混合气体进行二次混合提高混合效果，所述氯气混合箱15和氟气混合箱31上分别连接有氯气输送管18和氟气输送管，氯气输送管18和氟气输送管分别连通现有氯气和氟气气源，所述氯气输送管18和氟气输送管上均设置有阀门30，氯气的输送流速为0.3-2L/min，氟气的输送流速为1-5L/min，稀释气体的流速优选5-50L/min。

本实施例中，所述催化反应釜32通过第一收集管29连通低温反应釜27，所述低温反应釜27通过第二收集管26连通三氟化氮收集釜28，所述第一收集管29和第二收集管26上均设置有压力计24和温度计25。

本实施例中，所述氯气混合箱15和氟气混合箱31的同侧端面通过安装板33固定连接，所述安装板33上设置所述防护盒20。

使用时，首先将氯气和氟气通过氯气输送管18和氟气输送管分别送入氯气混合箱15和氟气混合箱31内，稀释气体的流速为25L/min，氯气的输送流速为1.5L/min，氟气的输送流速为3L/min，启动驱动电机1，驱动电机1带动一个第二齿轮34转动，继而带动三个第一齿轮3和一个第二齿轮34转动，第一齿轮3的转动带动转动杆4和第一锥齿轮10旋转，第二锥齿轮11由第一锥齿轮10驱动旋转从而使竖管17在水平方向旋转，使旋转喷气头16旋转，稀释气体输送管19将稀释气体分别输送至第一输气管5和第二输气管13内，将稀释气体通过旋转喷气头16喷至氯气混合箱15和氟气混合箱31内，分别与氟气以及氯气进行第一次混合，第一次混合完成的气体在输气孔7内加深混合效果，输送至中合箱6内进行第三次混合，极大的提升和保证了稀释气体混合的效果和质量，同时降低了混合的时间，之后通过混合气体输送管8将混合后的氯气、氟气和稀释气体送入催化反应釜32内，在300℃的温度、0.6MPa的压力下反应后到达低温反应釜27内，进行冷却、气化，降温后到达三氟化氯收集釜28内输出，最终得到纯度高的三氟化氯气体。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置，其特征在于，包括安装架(23)，所述安装架(23)的下侧固定安装依次连通的催化反应釜(32)、低温反应釜(27)和三氟化氮收集釜(28)，所述安装架(23)的上侧固定安装氯气混合箱(15)和氟气混合箱(31)，所述氯气混合箱(15)和氟气混合箱(31)上同时固定安装有防护盒(20)，所述防护盒(20)的一侧安装固定箱(2)，所述固定箱(2)内设置有旋转机构，所述氯气混合箱(15)和氟气混合箱(31)共同连通有中合箱(6)，所述中合箱(6)同时与催化反应釜(32)连通，所述氯气混合箱(15)、氟气混合箱(31)和中合箱(6)同时与稀释气体输送机构连通，所述旋转机构通过反应气体输送机构与氯气混合箱(15)和氟气混合箱(31)连接，所述中合箱(6)通过混合气体输送管(8)与催化反应釜(32)连接。

2.根据权利要求1所述的一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置，其特征在于，所述旋转机构包括第一齿轮(3)、第二齿轮(34)、转动杆(4)、第一锥齿轮(10)和驱动电机(1)，所述驱动电机(1)固定安装在固定箱(2)上，所述固定箱(2)内设置间隔交错啮合的两个第二齿轮(34)和三个第一齿轮(3)，所述驱动电机(1)的输出轴与其中一个第二齿轮(34)固定连接，两侧的第一齿轮(3)上固定连接转动杆(4)，所述转动杆(4)固定连接第一锥齿轮(10)。

3.根据权利要求2所述的一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置，其特征在于，所述反应气体输送机构包括竖管(17)、旋转接头(9)和旋转喷气头(16)，一根竖管(17)贯穿连接氯气混合箱(15)和防护盒(20)，另一根竖管(17)贯穿连接氟气混合箱(31)和防护盒(20)，所述竖管(17)上固定套接有第二锥齿轮(11)，所述第二锥齿轮(11)与同侧的第一锥齿轮(10)啮合，所述竖管(17)位于防护盒(20)内的顶端设置有旋转接头(9)，所述竖管(17)位于氯气混合箱(15)和氟气混合箱(31)内的位置等距设置有两个旋转喷气头(16)。

4.根据权利要求3所述的一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置，其特征在于，所述稀释气体输送机构包括稀释气体输送管(19)、第一输气管(5)和第二输气管(13)，所述稀释气体输送管(19)通过两根第二输气管(13)与所述旋转接头(9)连接，所述稀释气体输送管(19)同时通过第一输气管(5)与中合箱(6)连通，所述第一输气管(5)和第二输气管(13)上均设置有电磁阀(12)。

5.根据权利要求3所述的一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置，其特征在于，所述旋转喷气头(16)的周侧均匀开设有多个喷口(21)，所述喷口(21)通过喷射通道(22)与所述竖管(17)连通。

6.根据权利要求1所述的一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置，其特征在于，所述氯气混合箱(15)和氟气混合箱(31)均通过连接管(14)与中合箱(6)连通，所述连接管(14)上等距设置有多个输气孔(7)，所述氯气混合箱(15)和氟气混合箱(31)上分别连接有氯气输送管(18)和氟气输送管，所述氯气输送管(18)和氟气输送管上均设置有阀门(30)。

7.根据权利要求1所述的一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置，其特征在于，所述催化反应釜(32)通过第一收集管(29)连通低温反应釜(27)，所述低温反应釜(27)通过第二收集管(26)连通三氟化氮收集釜(28)，所述第一收集管(29)和第二收集管(26)上均设置有压力计(24)和温度计(25)。

8.根据权利要求1所述的一种安全性高的高纯三氟化氯反应制备装置，其特征在于，所述氯气混合箱(15)和氟气混合箱(31)的同侧端面通过安装板(33)固定连接，所述安装板(33)上设置所述防护盒(20)。

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