CN116734604A - 一种反应器式热交换装置和温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应器式热交换装置和温度控制方法，反应器式热交换装置包括：塔身、连接机构、搅拌机构和热循环热源，塔身的侧壁和底壁内部设有螺旋流道和第一环形流道，第一环形流道和螺旋流道相连通；连接机构包括连接环和连接杆，连接环内设有第二环形流道，连接杆内设有杆内流道，第二环形流道连通第一环形流道和杆内流道；搅拌机构包括搅拌轴和桨叶，搅拌轴内设有轴内流道，轴内流道的两端分别与杆内流道和螺旋流道连通。反应器式热交换装置能够实现搅拌轴在转动过程中，内部可以通过加热介质，进而可以在塔身的中部一边搅拌物料，一边加热物料，提升加热效率的同时增加内部物料的传热效率，减少内部物料的温差，进而实现温度的精准控制。

Description

一种反应器式热交换装置和温度控制方法

技术领域

本申请涉及热交换设备领域，主要涉及一种反应器式热交换装置和温度控制方法。

背景技术

金属锂的提纯可以用低温蒸馏法进行，金属锂和其中的杂质在一定温度下具有不同的蒸气压，基于金属锂和其他杂质的蒸发速度和冷凝速度不同，通过控制温度来将蒸气压控制在最适合金属锂蒸发的温度，从而将金属锂提纯。在温度控制过程中，一定温度下，钾、钠、铁、硅、铝与金属锂的相对挥发度差异较大，容易通过简单的温度控制实现分离，但各种温度下钙和锂的相对挥发度均相差较小，因此分离钙和锂需要更加精准的温度控制。

常规的外置热交换装置（例如加热炉）会导致物料从外向内的温度梯度，不能实现钙和锂的分离；常规的内部加热装置（例如管式换热器、加热棒）的加热体是静止不动的，由于流体的粘性，靠近壁面或加热体表面的边界层不容易脱离，使得换热效率下降，进而使得物料存在温度梯度，同样不能实现钙和锂的分离。

发明内容

为解决上述问题，本说明书实施例提供一种反应器式热交换装置，包括：塔身，用以容纳物料，所述塔身的侧壁和底壁内部设有螺旋流道和第一环形流道，所述第一环形流道设于所述螺旋流道上方，所述第一环形流道和所述螺旋流道相连通；连接机构，所述连接机构包括连接环和连接杆，所述连接环内设有第二环形流道，所述连接杆内设有杆内流道，所述第二环形流道和所述第一环形流道相连通，所述杆内流道和所述第二环形流道相连通；搅拌机构，所述搅拌机构包括搅拌轴和桨叶，所述桨叶设于所述搅拌轴的侧面，所述搅拌轴内设有轴内流道，所述轴内流道的一端与所述杆内流道相连通，所述轴内流道的另一端和所述螺旋流道相连通；热源，所述热源包括热循环热源，所述热循环热源的出口与所述螺旋流道的介质入口相连通，所述热循环热源的入口与所述螺旋流道的介质出口相连通。

在一些实施例中，所述桨叶内设有桨内流道，所述轴内流道包括第一子轴内流道和第二子轴内流道，所述第一子轴内流道和所述第二子轴内流道相互分离，所述桨内流道的一端与所述第一子轴内流道相连通，所述桨内流道的出口与所述第二子轴内流道相连通。

在一些实施例中，所述桨叶包括多个，多个所述桨叶沿螺旋线型分布在所述搅拌轴的外周侧，所述桨叶上开设有一个或多个条形通槽，所述条形通槽内设置有温度传感器。

在一些实施例中，所述搅拌机构还包括：磁力搅拌器，所述磁力搅拌器设于所述塔身底部，所述搅拌轴的底部设有磁力搅拌杆。

在一些实施例中，所述搅拌机构还包括：搅拌片，所述搅拌片的形状与所述塔身的内壁匹配，且所述搅拌片呈螺旋设置，所述搅拌片的顶部与所述连接杆连接，所述搅拌片的底部与所述磁力搅拌杆连接。

在一些实施例中，所述搅拌片上设有多个温度传感器。

在一些实施例中，所述搅拌片和所述桨叶对物料的推动方向相反。

本说明书实施例还提供一种温度控制方法，采用上述方案中任一项所述的反应器式热交换装置，包括：获取物料的温度数据、温度控制参数和目标温度分布模型；建立反应器式热交换装置的虚拟模型；根据所述温度数据，将温度数据填入所述虚拟模型中对应的位置，建立实时温度分布模型；根据所述实时温度分布模型和所述目标温度分布模型，调整所述温度控制参数。

在一些实施例中，温度控制参数包括固定参数和浮动参数，所述固定参数包括传热系数和传热面积，所述浮动参数包括加热介质入口温度、加热介质出口温度、加热介质流量和搅拌转速，所述温度数据包括点状温度数据和线状温度数据。

在一些实施例中，所述根据所述实时温度分布模型和所述目标温度分布模型，调整所述温度控制参数包括：当实时温度分布模型的温度梯度高于目标温度分布模型时，提升搅拌转速，和/或，当实时温度分布模型的平均温度低于目标温度分布模型时，提升加热介质入口温度以及加热介质流量。

附图说明

图1是常压下钙和锂的饱和蒸气压与温度的关系图；

图2是根据本说明书一些实施例所示的反应器式热交换装置的立体结构示意图；

图3是图2的主视图；

图4是图3中A-A面的剖视图；

图5是图4中B区域的放大图；

图6是图3中C-C面的剖视图；

图7是图2的侧视图；

图8是图7中D-D面的剖视图；

图9是图8中E区域的放大图；

图10是根据本说明书一些实施例所示的桨叶和安装环的结构示意图；

图11是图10中F-F面的剖视图；

图12是图10中G-G面的剖视图；

图13是图10中E-E面的剖视图；

图14是根据本说明书一些实施例所示的安装环的内部结构示意图；

图15是根据本说明书一些实施例所示的加热线圈的结构示意图；

图16是根据本说明书一些实施例所示的温度控制方法的流程图。

其中，附图标记：110、塔身；111、进料口；112、出料口；113、侧壁；114、底壁；1141、容纳腔；115、第一环形流道；116、螺旋流道；1161、侧壁流道；1162、底壁流道；1163、第三环形流道；1164、介质入口；1165、介质出口；1166、封堵块；117、第一环形开口；120、连接机构；121、连接环；1211、第二环形开口；122、密封环；1221、上密封；1222、下密封；123、连接杆；124、第二环形流道；125、杆内流道；130、搅拌机构；131、搅拌轴；1311、轴内流道；13111、第一子轴内流道；13112、第二子轴内流道；1312、锁定部；13121、上锁定部；13122、下锁定部；132、桨叶；1321、桨内流道；1322、条形通槽；133、磁力搅拌器；134、磁力搅拌杆；135、搅拌片；136、安装环；1361、流出通道；1362、流入通道；140、加热线圈；141、子加热线圈；142、固定板；150、温度传感器。

实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明中的说明书附图，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。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。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

图1是常压下钙和锂的饱和蒸气压与温度关系图。

如图1所示，常压下不同温度下钙和锂的蒸气压差别仅为1-2Pa，说明钙和锂在常压下任何温度下都难以分离，因此需要减压蒸馏，但低压下塔内的温度波动会导致剧烈的压力波动，因此需要精准地控制温度，才能有效地将钙和锂分离。

在物料的温度控制过程中，温度控制装置往往具有滞后性，使得物料的温度呈现波动，无法得到精准控制。具体地，为了使物料能够快速到达目标温度，通常需要以高于目标温度的温度进行加热，但现有技术的加热部件往往只存在于物料的外部，使得物料的中心难以得到有效加热，当温度控制设备检测到物料内部低温时，会使加热部件维持一个较高的温度进行加热，但这是物料未混匀导致的，一段时间后，当温度控制设备检测到物料达到目标温度时，温度控制设备停止加热，但此时物料的平均温度会高于目标温度，随着物料混匀，即使停止加热，温度控制设备检测到的物料温度也会继续上升，此时为了控制物料温度下降，温度控制装置便会控制加热部件以低于目标温度的温度与物料进行换热，一段时间后，物料温度又会低于目标温度，由此反复波动，无法得到精准控制。

图2是根据本说明书一些实施例所示的反应器式热交换装置的结构示意图。

如图2所示，在一些实施例中，反应器式热交换装置包括塔身110、连接机构120、搅拌机构130和热源。塔身110用以容纳物料，搅拌机构130设置在塔身110内，用以搅拌物料，热源包括热循环热源（图中未示出），热循环热源用以向塔身110和搅拌机构130中输送加热介质，连接机构120用以传递加热介质。

图3是图2的主视图；图4是图3中A-A面的剖视图；图5是图4中B区域的放大图；图6是图3中C-C面的剖视图。

塔身110是容纳物料和其他机构的主体结构。如图3-图6所示，在一些实施例中，塔身110内部设有第一环形流道115和螺旋流道116，第一环形流道115设于螺旋流道116上方，第一环形流道115和螺旋流道116相连通。在一些实施例中，第一环形流道115是设于侧壁113内部的环形的空腔，螺旋流道116的顶端与第一环形流道115连通，并且在侧壁113内部呈螺旋式分布延伸进入塔身110的底壁114，在塔身110的底壁114由外圈向内圈盘旋，直至抵达塔身110底壁114的中心位置。

在一些实施例中，螺旋流道116包括侧壁流道1161、底壁流道1162和第三环形流道1163。侧壁流道1161可以是立体的螺旋状，其顶部半径与底部半径相同，设于侧壁113中，底壁流道1162可以是平面的螺旋状，设于塔身110的底壁114中，第三环形流道1163设于侧壁113和底壁114的连接处，侧壁流道1161的顶端与第一环形流道115连通，侧壁流道1161的底端与第三环形流道1163连通，底壁流道1162的外端与第三环形流道1163连通，底壁流道1162的内端与中部的容纳腔1141连通。

在一些实施例中，螺旋流道116的介质入口1164和介质出口1165可以是螺旋流道116上的任意位置。在一些实施例中，螺旋流道116的介质入口1164和介质出口1165均与第三环形流道1163连通，第三环形流道1163中还设有封堵块1166，封堵块1166有两个，分别设于第三环形流道1163的相对侧，使得第三环形流道1163被分割为两段，其中，螺旋流道116的介质入口1164和底壁流道1162的外端位于同一段，螺旋流道116的介质出口1165和侧壁流道1161的底端位于同一段，使得加热介质进入螺旋流道116后先进入侧壁113，最后从塔身110的底壁114中流出。换热过程中，加热介质进入后和物料的温差会逐渐减小，因此加热介质先进入换热面积更大的侧壁流道1161，有利于塔内物料的快速升温，同时，对于其中的物料来说，温度低的物料由于其密度更高，会往下沉，温度高的物料密度更低，会向上浮，因此，加热介质从下往上流动，使得侧壁流道1161中的加热介质下方温度高，上方温度低，能够实现对流换热，能够提升换热效率。

在一些实施例中，塔身110的下部还设有进料口111，进料口111用以向塔身110内输入熔融的钙锂混合物料，塔身110的上部设有出料口112，用以向下级装置输出气态物料。在一些实施例中，塔身110还与真空装置连接，用以降低塔内气压。

连接机构120是在塔身110和搅拌机构130之间传递加热介质的结构。如图4-图5所示，在一些实施例中，连接机构120包括连接环121和连接杆123，连接环121内设有第二环形流道124，连接杆123内设有杆内流道125，第二环形流道124和第一环形流道115相连通，杆内流道125和第二环形流道124相连通。

在一些实施例中，塔身110的内壁设有第一环形开口117，第一环形开口117设于第一环形流道115处，连接环121的外径大于塔身110的内径，使得连接环121的外侧可以设置在第一环形开口117中，连接环121的外侧开设有第二环形开口1211，使得第二环形流道124可以与外部连通，当连接环121设置在第一环形开口117中时，第一环形流道115可以和第二环形流道124连通。在一些实施例中，连接环121上可以设置密封环122，密封环122包括上密封1221和下密封1222，上密封1221设置在密封环122的顶部，将密封环122和第一环形开口117处上方的侧壁113之间的缝隙密封，下密封1222设置在密封环122的底部，将密封环122和第一环形开口117处下方的侧壁113之间的缝隙密封，在一些实施例中，密封环122可以是凹槽结构，第一环形开口117处的侧壁113设置在凹槽中，以实现密封。在一些实施例中，密封环122还可以是其他旋转密封。通过设置连接环121，可以在保持连接环121相对转动的同时，无阻碍地使第二环形流道124和第一环形流道115相连通，使得加热介质可以在第二环形流道124和第一环形流道115相之间传递。

在一些实施例中，连接杆123沿连接环121的径向设置，连接杆123的一端与连接环121连接，连接杆123的另一端与搅拌机构130的搅拌轴131连接，使得加热介质能够在第二环形流道124和杆内流道125之间传递。在一些实施例中，连接杆可以包括一根或多根，多根连接杆可以加快加热介质的传输效率。

图7是图2的侧视图；图8是图7中D-D面的剖视图。

搅拌机构130是搅拌物料，使物料混合，保持物料温度均匀的结构。如图7和图8所示，在一些实施例中，搅拌机构130包括搅拌轴131和桨叶132，桨叶132设于搅拌轴131的侧面，搅拌轴131内设有轴内流道1311，轴内流道1311的一端与杆内流道125相连通，轴内流道1311的另一端和螺旋流道116相连通。

图9是图8中E区域的放大图。

如图7-图9所示，在一些实施例中，塔身110的底壁114内设有容纳腔1141，且容纳腔1141和搅拌轴131同轴设置，轴内流道1311的底端与容纳腔1141的顶部连通，容纳腔1141与底壁流道1162的靠中心的一端连通，搅拌轴131的底端延伸至容纳腔1141内，并通过轴密封将搅拌轴131与塔身110的底壁114之间的间隙密封，使得塔身110内的物料和各个流道中的加热介质分隔开。加热介质从轴内流道1311进入容纳腔1141后，再从容纳腔1141进入底壁流道1162，后经过螺旋状的底壁流道1162由中心向外流动。在此过程中，容纳腔1141起到缓冲的作用，保证搅拌轴131在转动的同时，加热介质能够顺利流动。

在一些实施例中，容纳腔1141的顶部开设有通孔，供搅拌轴131穿过，搅拌轴131的底部设有锁定部1312，包括上锁定部13121和下锁定部13122，上锁定部13121设于底壁114上方，防止搅拌轴131落入容纳腔1141中，下锁定部13122设于容纳腔1141的顶壁下方，防止搅拌轴131从容纳腔1141中脱出，上锁定部13121和下锁定部13122分别从两个方向夹持住容纳腔1141的顶壁，从而将搅拌轴131的底部固定在容纳腔1141中，同时不影响搅拌轴131转动，搅拌轴131的顶部则通过连接机构120固定，使搅拌轴131维持稳定，使搅拌轴131在转动的过程中，内部也可以通过加热介质，进而可以在塔身110的中部一边搅拌物料，一边加热物料，提升加热效率的同时增加内部物料的传热效率，减少内部物料的温差，进而实现温度的精准控制。

在一些实施例中，上锁定部13121和底壁114之间设有密封轴承，下锁定部13122和容纳腔1141的顶壁之间设有密封轴承，使得加热介质和物料相互分离。

图10是根据本说明书一些实施例所示的桨叶和安装环的结构示意图；图11是图10中F-F面的剖视图；图12是图10中G-G面的剖视图；图13是图10中E-E面的剖视图。

如图10-图13所示，在一些实施例中，桨叶132内设有桨内流道1321，轴内流道1311包括第一子轴内流道13111和第二子轴内流道13112，第一子轴内流道13111和第二子轴内流道13112相互分离，桨内流道1321的一端与第一子轴内流道13111相连通，桨内流道1321的出口与第二子轴内流道13112相连通。

桨内流道1321是分布在桨叶132内的，供加热介质流动的通道。在一些实施例中，桨内流道1321沿桨叶132的外沿方向设置。在一些实施例中，桨内流道1321在桨叶132内形成弯曲的通道，增大与桨叶132的接触面积。

在一些实施例中，第一子轴内流道13111位于第二子轴内流道13112的上方，加热介质经过第一子轴内流道13111，从第一子轴内流道13111的底端进入桨内流道1321的入口，再经过桨内流道1321对物料进行加热之后，从桨内流道1321的出口进入下方第二子轴内流道13112的入口。在一些实施例中，轴内流道1311还可以包括更多子轴内流道1311，每两个子轴内流道1311均可以对应一个桨叶132。

图14是根据本说明书一些实施例所示的安装环的内部结构示意图。

如图10-图14所示，在一些实施例中，搅拌机构130还包括安装环136，安装环136套设于搅拌轴131，桨叶132安装于安装环136的外侧。在一些实施例中，安装环136可以和搅拌轴131粘接、焊接或紧固件连接。在一些实施例中，安装环136设有流出通道1361和流入通道1362，流出通道1361的入口设于安装环136的内侧，流出通道1361的出口设于安装环136的外侧，流入通道1362的入口设于安装环136的外侧，流入通道1362的出口设于安装环136的内侧，流出通道1361的入口和第一子轴内流道13111连通，出口和桨内流道1321的入口连通，流入通道1362的入口和桨内流道1321的出口连通，流入通道1362的出口和第二子轴内流道13112连通。

在一些实施例中，桨叶132包括2组，每组3个，安装环136包括两个，每组的3个桨叶132与一个安装环136连接，安装环136设有3个流出通道1361和3个流入通道1362，分别将轴内流道1311和三个桨内流道1321连通。

在一些实施例中，桨叶132包括多个，多个桨叶132沿螺旋线型分布在搅拌轴131的外周侧，桨叶132上开设有一个或多个条形通槽1322，条形通槽1322内设置有温度传感器150。在一些实施例中，温度传感器150可以通过无线通讯的方式与控制端连接，控制端可以是温度控制器或者云端的接收装置，关于温度控制器的更多说明内容见后文。

通过设置条形通槽1322，使得桨叶132的表面不规整，可以在搅拌过程中破坏桨叶132的表面层流，制造更多的湍流，使物料的混合程度更高。

桨叶132在竖直方向上是均匀分布的，因此通过设置温度传感器150，可以测量物料在竖直方向上（即轴向）的温度分布。当物料在竖直方向上的温差过大时，可以通过增加搅拌机构130的转速，使物料更快速地混匀，进而精准地控制温度，同时温度传感器150也可以用以监测物料是否达到目标温度。

在一些实施例中，每个桨叶132上设置的温度传感器150均沿搅拌轴131的径向分布，使得每个桨叶132上的温度传感器150能够通过桨叶132旋转，测量塔身110内物料在水平方向上（即径向）的温度分布。当物料在水平方向上的温差过大时，也可以通过增加搅拌机构130的转速，使物料更快速地混匀，进而精准地控制温度，同时温度传感器150也可以用以监测物料是否达到目标温度。

如图7-图8所示，在一些实施例中，搅拌机构130还包括磁力搅拌器133，磁力搅拌器133设于塔身110底部，搅拌轴131的底部设有磁力搅拌杆134，磁力搅拌器133和磁力搅拌杆134磁力连接，磁力搅拌器133转动时能通过磁力带动磁力搅拌杆134转动，磁力搅拌器133能够更好地维持塔身110的密闭性。在一些实施例中，磁力搅拌杆134和塔身110内径相同。

如图7-图8所示，在一些实施例中，搅拌机构130还包括搅拌片135，搅拌片135的形状与侧壁113匹配，且搅拌片135呈螺旋设置，搅拌片135的顶部与连接杆123连接，搅拌片135的底部与磁力搅拌杆134连接。

搅拌片135是用以搅动塔身110内死角的部件，由于物料在靠近塔身110的内壁处会形成边界层，导致流速降低，形成死角，例如侧壁113以及底壁114和侧壁113的交界处。设置搅拌片135通过机械的方式对死角处的物料进行扰动，使死角处物料由层流转变为湍流，进而加快与其他物料的热传递，使得塔身110内的物料温度分布更加均匀。其中，靠近侧壁113的物料主要由搅拌片135搅动，靠近塔身110的底壁114和侧壁113的交界处的物料主要由磁力搅拌杆134搅动。

在一些实施例中，搅拌片135上设有多个温度传感器150。通过在搅拌片135上设置温度传感器150，能够监测靠近塔身110侧壁113的温度，同时还能监测塔身110侧壁113在轴向上的温度。

在一些实施例中，桨叶132和搅拌片135上设置的多个温度传感器150设置在塔身110内，且沿塔身110的径向和轴向分布，可以测量塔身110内各个不同位置的温度，例如，桨叶132上的其中一个温度传感器150通过跟随桨叶132转动，便可以测量该温度传感器150所在的一圈的物料的温度，多个径向分布的温度传感器150便可测量以搅拌轴131为圆心的，多个不同直径的同心圆上物料的温度，再结合径向分布的多组桨叶132，便可测量物料多个点的温度。

在一些实施例中，多个温度传感器150检测到温度后，可以将塔身110内不同点的多个温度数据传输给控制器，控制器根据多个温度数据，建立物料的温度模型，并将温度模型以可视化的方式呈现给操作者，方便操作者实时监控塔内温度。

在一些实施例中，搅拌片135和桨叶132对物料的推动方向相同，例如，搅拌片135和桨叶132均将物料向上/向下推动，使得物料的搅动更加充分。

在一些实施例中，搅拌片135和桨叶132对物料的推动方向相反（图中未示出）。例如，桨叶132将物料向上推动时，搅拌片135将物料向下推动；或者桨叶132将物料向下推动时，搅拌片135将物料向上推动。通过向相反的方向推动，从而在塔身110内制造塔身110内壁和搅拌轴131之间的，和搅拌轴131旋转平面垂直的环流，加速物料之间的热传递，使物料的温度分布更加均匀，更容易精准地控制物料温度。

热源是加热整个塔身110，使塔身110维持一定温度的热量来源。在一些实施例中，热源包括热循环热源，热循环热源的出口与螺旋流道116的介质入口1164相连通，热循环热源的入口与螺旋流道116的介质出口1165相连通，热循环热源包括热循环泵，用以向螺旋流道116输送加热介质。

在一些实施例中，热循环热源可以是多种形式，例如，通过电热管对热循环热源内的加热介质进行加热，或者通过微波的形式加热。在一些实施例中，加热介质可以是气体，例如水蒸汽。在一些实施例中，加热介质还可以是液体，例如矿物型导热油和合成型导热油。在一些实施例中，加热介质还可以是熔融盐或者熔融金属，例如三元低共熔混合物或者碱金属，在此不作限定。

电解后的金属锂和杂质钙作为熔融态从进料口111进入塔身110中，经过精准地温度控制，气态锂从出料口112输出并进入下一级设备。热循环热源将加热介质通过螺旋流道116的介质入口1164送入第三环形流道1163，再从第三环形流道1163进入侧壁流道1161，加热介质从侧壁流道1161的底部在侧壁113内螺旋上升，以加热靠近塔内壁的物料，然后加热介质从侧壁流道1161的顶部进入第一环形流道115，再由第一环形流道115进入第二环形流道124，然后通过杆内流道125进入轴内流道1311，并通过搅拌轴131通过热传递加热搅拌轴131附近的物料，再从轴内流道1311的底部进入容纳腔1141，从容纳腔1141进入底壁流道1162的中心，并沿着螺旋状的底壁流道1162由内向外螺旋流动，然后从底壁流道1162的外端出口进入第三环形流道1163的另一侧，最后从介质出口1165重新回到热循环热源。如此设置，能够通过侧壁113和底壁114以及搅拌轴131对物料进行加热，同时通过搅拌机构130搅拌物料，使得物料的温度分布更加均匀，有利于精准地控制物料温度，使得钙和锂能够通过低温蒸馏实现分离。

图15是根据本说明书一些实施例所示的加热线圈的结构示意图。

如图15所示，在一些实施例中，反应器式热交换装置还包括温度控制器（图中未示出），热源还包括加热线圈140，加热线圈140设于塔身110的外部，用以对塔身110进行加热，温度控制器控制加热线圈140的功率，以控制塔身110的温度，进而控制物料温度。在一些实施例中，加热线圈140包括多组子加热线圈141，多组子加热线圈141套设于塔身110外，并且沿塔身110的轴向排列设置，多组子加热线圈141通过固定板142连接，固定板142固定在塔身110的外部，温度控制器分别控制多组子加热线圈141的功率，进而控制塔身110上下的沿轴向的各个部分维持不同的温度。例如，下部物料温度高，上部物料温度低时，可以提升上部子加热线圈141的功率，降低下部子加热线圈141的功率，使塔身110上部的温度升高，进而提升上部物料的温度，使物料的温度分布保持均匀，降低物料的温度梯度，使得钙和锂能够通过低温蒸馏实现分离。

图16是根据本说明书一些实施例所示的温度控制方法的流程图。

如图16所示，本说明书实施例还提供一种温度控制方法，包括：

S1、获取物料的温度数据、温度控制参数和目标温度分布模型；

在一些实施例中， 温度控制器可以通过多个温度传感器获取物料中各个位置的温度数据。在一些实施例中，温度数据可以是多种形式的，例如，点状温度数据、线状温度数据。示例地，如果该温度数据对应的传感器在塔内保持静止，则该传感器对应的温度数据为点状温度数据；如果该温度数据对应的传感器跟随搅拌机构移动，那么该传感器的移动轨迹即为该温度数据的形式，即该温度数据为线状温度数据。

在一些实施例中，温度控制参数可以包括固定参数和浮动参数。固定参数可以包括传热系数和传热面积，例如塔身传热系数、塔身传热面积、桨叶传热系数、桨叶传热面积、搅拌轴传热面积和搅拌轴传热系数。浮动参数可以包括：加热介质入口温度、加热介质出口温度、加热介质流量和搅拌转速。在一些实施例中，介质入口和介质出口可以设置传感器，温度控制器可以通过该传感器获取加热介质入口温度和加热介质出口温度。在一些实施例中，温度控制器可以和热循环泵电连接，获取加热介质流量。在一些实施例中，温度控制器可以和磁力搅拌器电连接，获取搅拌转速。在一些实施例中，浮动参数还可以包括加热线圈的加热功率。

目标温度分布模型是塔内物料的各处温度的目标值，在该目标值下，能够进行钙和锂的低温蒸馏。在一些实施例中，目标温度分布模型和多个温度传感器的位置匹配，是一个立体的温度模型，能够示意出塔内各处物料的目标温度。

S2、建立反应器式热交换装置的虚拟模型。

虚拟模型是和反应器式热交换装置实际结构匹配的三维模型，对应地包括反应器式热交换装置的各个零部件。

S3、根据温度数据，将温度数据填入虚拟模型中对应的位置，建立实时温度分布模型。

实时温度分布模型是当前状态下，塔内各处物料的实时温度。在一些实施例中，可以建立反应器式热交换装置的虚拟模型，通过塔内多个温度传感器获取塔内不同位置的点状温度数据和线状温度数据，再将点状温度数据和线状温度数据填入虚拟模型中对应的位置，即可得到实时温度分布模型。实时温度模型能够反映塔内物料的平均温度和温度梯度，其中，平均温度可以通过多个温度数据计算获得，温度梯度则是通过多个沿径向和轴向分布的温度传感器计算得到的，例如，温度梯度可以是径向上物料的最大温差，也可以是轴向上物料的最大温差，也可以是整个塔内物料的最大温差。

S4、根据实时温度分布模型和目标温度分布模型，调整温度控制参数。

在一些实施例中，调整温度控制参数的方式可以是反馈调节。在一些实施例中，当实时温度分布模型的平均温度低于目标温度分布模型时，通过调整浮动参数（例如加热介质入口温度、加热介质流量）提升加热介质的温度和流量，以更快地提升物料温度。在一些实施例中，当实时温度分布模型的温度梯度高于目标温度分布模型时，通过调整浮动参数（例如搅拌转速）提升物料的混匀程度。在一些实施例中，当实时温度分布模型的平均温度低于目标温度分布模型时，还可以通过调整加热线圈的功率提升物料的升温速率。

在一些实施例中，调整温度控制参数的方式还可以是计算得出的，例如，根据固定参数和浮动参数计算出传热速率，再根据期望时间调控浮动参数，以在期望时间内将物料调整至目标温度，其中，期望时间可以是操作人员实时输入的，也可以是预设的。其中，计算的公式可以参考列管式换热器和套管式换热器的计算方式。

通过该温度控制方法能够实时地智能控制各个设备，进一步精准地控制塔内温度，降低物料的温度梯度，进而使得钙和锂能够通过低温蒸馏实现分离。

最后应说明的是：本发明实施例公开的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种反应器式热交换装置，其特征在于，包括：

塔身，用以容纳物料，所述塔身的侧壁和底壁内部设有螺旋流道和第一环形流道，所述第一环形流道设于所述螺旋流道上方，所述第一环形流道和所述螺旋流道相连通；

连接机构，所述连接机构包括连接环和连接杆，所述连接环内设有第二环形流道，所述连接杆内设有杆内流道，所述第二环形流道和所述第一环形流道相连通，所述杆内流道和所述第二环形流道相连通；

搅拌机构，所述搅拌机构包括搅拌轴和桨叶，所述桨叶设于所述搅拌轴的侧面，所述搅拌轴内设有轴内流道，所述轴内流道的一端与所述杆内流道相连通，所述轴内流道的另一端和所述螺旋流道相连通；

热源，所述热源包括热循环热源，所述热循环热源的出口与所述螺旋流道的介质入口相连通，所述热循环热源的入口与所述螺旋流道的介质出口相连通。

2.根据权利要求1所述反应器式热交换装置，其特征在于，所述桨叶内设有桨内流道，所述轴内流道包括第一子轴内流道和第二子轴内流道，所述第一子轴内流道和所述第二子轴内流道相互分离，所述桨内流道的一端与所述第一子轴内流道相连通，所述桨内流道的出口与所述第二子轴内流道相连通。

3.根据权利要求1所述反应器式热交换装置，其特征在于，所述桨叶包括多个，多个所述桨叶沿螺旋线型分布在所述搅拌轴的外周侧，所述桨叶上开设有一个或多个条形通槽，所述条形通槽内设置有温度传感器。

4.根据权利要求1所述反应器式热交换装置，其特征在于，所述搅拌机构还包括：

磁力搅拌器，所述磁力搅拌器设于所述塔身底部，所述搅拌轴的底部设有磁力搅拌杆。

5.根据权利要求4所述反应器式热交换装置，其特征在于，所述搅拌机构还包括：

搅拌片，所述搅拌片的形状与所述塔身的内壁匹配，且所述搅拌片呈螺旋设置，所述搅拌片的顶部与所述连接杆连接，所述搅拌片的底部与所述磁力搅拌杆连接。

6.根据权利要求5所述反应器式热交换装置，其特征在于，所述搅拌片上设有多个温度传感器。

7.根据权利要求5所述反应器式热交换装置，其特征在于，所述搅拌片和所述桨叶对物料的推动方向相反。

8.一种温度控制方法，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述的反应器式热交换装置，包括：

获取物料的温度数据、温度控制参数和目标温度分布模型；

建立反应器式热交换装置的虚拟模型；

根据所述温度数据，将温度数据填入所述虚拟模型中对应的位置，建立实时温度分布模型；

根据所述实时温度分布模型和所述目标温度分布模型，调整所述温度控制参数。

9.根据权利要求8所述温度控制方法，其特征在于，温度控制参数包括固定参数和浮动参数，所述固定参数包括传热系数和传热面积，所述浮动参数包括加热介质入口温度、加热介质出口温度、加热介质流量和搅拌转速，所述温度数据包括点状温度数据和线状温度数据。

10.根据权利要求9所述温度控制方法，其特征在于，所述根据所述实时温度分布模型和所述目标温度分布模型，调整所述温度控制参数包括：

当实时温度分布模型的温度梯度高于目标温度分布模型时，提升搅拌转速，和/或，

当实时温度分布模型的平均温度低于目标温度分布模型时，提升加热介质入口温度以及加热介质流量。