CN207129969U - 纳米二氧化钛的制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种纳米二氧化钛的制备系统。该制备系统包括氢气供应装置、压缩空气供应装置、四氯化钛蒸汽供应单元、燃烧反应装置和冷却装置。其中燃烧反应装置设置有气固反应物出口，燃烧反应装置与氢气供应装置经氢气供应管路相连通，燃烧反应装置与压缩空气供应装置经压缩空气供应管路相连通，燃烧反应装置与四氯化钛蒸汽供应单元经四氯化钛蒸汽供应管路相连通；冷却装置设置有气固反应物入口，且气固反应物入口与气固反应物出口相连通。通过上述制备系统制备二氧化钛时反应条件较为温和，有利于实现二氧化钛的产业化生产。由于设置了冷却装置，这使得采用本申请提供的二氧化钛装置制得的二氧化钛颗粒的粒径更小，且粒径分布更加集中。

Description

纳米二氧化钛的制备系统

技术领域

本实用新型涉及无机金属化合物领域，具体而言，涉及一种纳米二氧化钛的制备系统。

背景技术

近年来，由于纳米二氧化钛具有非常优秀的性能而使其用途越来越广泛，年产量增长率达到了9％以上。

纳米TiO₂具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米TiO₂还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油漆、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中、锂电池中。

到目前为止，纳米TiO₂的制备方法总体上可以分为气相法和液相法。

国内生产纳米二氧化钛的工艺主要是依靠液相法。液相法的优点是原料来源广、成本低、设备简单、便于大规模生产。但液相法容易造成物料浓度分布不均，产品大小和形状不均，在干燥和锻烧过程中容易引起粒子间的团聚，特别是硬团聚，使产品的分散性变差，影响产品的使用效果和应用范围。

而气相法的优点是反应速度快，能实现连续生产，而且产品纯度高、分散性好、团聚少、表面活性大，产品特别适用于精细陶瓷材料、催化剂材料和电子材料。但气相反应对反应器的形式、设备的材质、加热方式、进料方式均有很高的要求，且制得的产品颗粒粒度较大。这使得气相法的应用范围受到大大限制。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种纳米二氧化钛的制备系统，以解决气相法制备纳米二氧化钛的颗粒粒度较大的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种纳米二氧化钛的制备系统，包括：氢气供应装置；压缩空气供应装置；四氯化钛蒸汽供应单元；燃烧反应装置，设置有气固反应物出口，燃烧反应装置与氢气供应装置经氢气供应管路相连通，燃烧反应装置与压缩空气供应装置经压缩空气供应管路相连通，燃烧反应装置与四氯化钛蒸汽供应单元经四氯化钛蒸汽供应管路相连通；及冷却装置，设置有气固反应物入口，且气固反应物入口与气固反应物出口相连通。

进一步地，制备系统还包括气固分离单元，气固分离单元与冷却装置经冷却物料输送管路相连通，气固分离单元用于对冷却装置输送出的冷却物料进行气固分离。

进一步地，气固分离单元包括：旋风分离装置，设置有旋风分离入口、气体出口和第一固体出口，且旋风分离入口与冷却装置经冷却物料输送管路相连通；及过滤装置，设置有气体入口、酸气出口和第二固体出口，且气体入口与气体出口相连通。

进一步地，制备系统还包括淋洗装置，淋洗装置与酸气出口经酸气输送管路相连。

进一步地，制备系统还包括水洗装置，水洗装置设置在酸气输送管路上。

进一步地，制备系统还包括脱酸装置，脱酸装置分别与第一固体出口和第二固体出口相连通，脱酸装置用于将第一固体出口和第二固体出口排出的纳米二氧化钛中的酸气脱除。

进一步地，制备系统还包括晶粒细化剂供应装置，晶粒细化剂供应装置与燃烧反应装置相连通。

进一步地，制备系统还包括晶型转化剂供应装置，晶型转化剂供应装置与燃烧反应装置相连通。

进一步地，冷却装置为循环水冷装置。

进一步地，四氯化钛蒸汽供应单元包括：四氯化钛供应装置，及汽化装置，汽化装置与四氯化钛供应装置相连通，汽化装置用于使四氯化钛固体转化为四氯化钛蒸汽。

应用本实用新型的技术方案，氢气和压缩空气中的氧气进行燃烧得到水蒸气，四氯化钛蒸汽在上述水蒸汽的氛围中水解得到含二氧化钛的气固混合物。通过上述制备系统制备二氧化钛时反应条件较为温和，因而整个反应过程所需的反应装置的材质及进料方式要求不高，从而有利于实现二氧化钛的产业化生产。同时由于设置了冷却装置，这使得采用本申请提供的二氧化钛装置制得的二氧化钛颗粒的粒径更小，且粒径分布更加集中。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的一种典型的实施方式提供的一种纳米二氧化钛的制备系统的示意图；

图2示出了根据本实用新型的另一种优选的实施方式提供的一种纳米二氧化钛的制备系统的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、氢气供应装置；20、压缩空气供应装置；30、四氯化钛蒸汽供应单元；31、四氯化钛供应装置；32、汽化装置；40、燃烧反应装置；41、晶粒细化剂供应装置；42、晶型转化剂供应装置；50、冷却装置；60、气固分离单元；61、旋风分离装置；62、过滤装置；70、淋洗装置；80、水洗装置；90、脱酸装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所描述的，气相法制得的纳米二氧化钛颗粒粒度较大的问题。为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种纳米二氧化钛的制备系统，如图1所示，该制备系统包括氢气供应装置10、压缩空气供应装置20、四氯化钛蒸汽供应单元30、燃烧反应装置40和冷却装置50。其中燃烧反应装置40设置有气固反应物出口，燃烧反应装置40与氢气供应装置10经氢气供应管路相连通，燃烧反应装置40与压缩空气供应装置20经压缩空气供应管路相连通，燃烧反应装置40与四氯化钛蒸汽供应单元30经四氯化钛蒸汽供应管路相连通；冷却装置50设置有气固反应物入口，且气固反应物入口与气固反应物出口相连通。

氢气供应装置10提供的氢气和压缩空气供应装置20提供的压缩空气在燃烧反应装置40中进行燃烧得到水蒸气，四氯化钛蒸汽供应单元30提供的四氯化钛蒸汽在上述水蒸汽的氛围中水解得到含二氧化钛的气固混合物；然后将上述气固混合物经冷却装置50进行冷却得到混合型的纳米二氧化钛。通过上述制备系统制备二氧化钛时反应条件较为温和，因而整个反应过程所需的反应装置的材质及进料方式要求不高，从而有利于实现二氧化钛的产业化生产。同时由于设置了冷却装置50，这使得采用本申请提供的二氧化钛装置制得的二氧化钛颗粒的粒径更小，且粒径分布更加集中。

优选，如图2所示，上述四氯化钛蒸汽供应单元30包括四氯化钛供应装置31和汽化装置32，其中汽化装置32与四氯化钛供应装置31相连通，用于使四氯化钛固体转化为四氯化钛蒸汽。

在一种优选的实施方式中，如图2所示，制备系统还包括气固分离单元60，气固分离单元60与冷却装置50经冷却物料输送管路相连通，气固分离单元60用于对从冷却装置50输送出的冷却物料进行气固分离。通过气固分离单元60能够对冷却后的气固混合物中的酸气与纳米二氧化钛分离，这有利于在后续流程中对酸气进行处理以保护环境。

在一种优选的实施方式中，如图2所示，气固分离单元60包括旋风分离装置61和过滤装置62。旋风分离装置61设置有旋风分离入口、气体出口和第一固体出口，且旋风分离入口与冷却装置50经冷却物料输送管路相连通；及过滤装置62设置有气体入口、酸气出口和第二固体出口，且气体入口与气体出口相连通。将含有纳米二氧化钛颗粒的气固混合物依次经过旋风分离装置61和过滤装置62有利于提高二氧化钛与酸气的分离程度。

在一种优选的实施方式中，如图2所示，上述制备系统还包括淋洗装置70，淋洗装置70与酸气出口经酸气输送管路相连通。淋洗装置70的设置能够是从气固分离单元60中分离出的酸气进行回收处理，进而提高本装置的经济效果。在淋洗装置70中将上述酸气经淋洗制得浓盐酸，剩余的尾气经过碱洗和水洗后排空。上述回收的浓盐酸可以直接销售，或者经解析制得无水氯化氢和稀酸，稀酸可以循环制制酸工序。

在一种优选的实施方式中，如图2所示，上述制备系统还包括水洗装置80，水洗装置80设置在酸气输送管路上。在酸气输送管路上，设置水洗装置80能够将洗去气固分离排出的酸气中的粉尘，从而有利于抑制上述酸气在淋洗装置70中发生聚集并堵塞管道。

在一种优选的实施方式中，如图2所示，上述制备系统还包括脱酸装置90，脱酸装置90分别与上述第一固体出口和第二固体出口相连通，上述脱酸装置90用于将第一固体出口和第二固体出口排出的纳米二氧化钛中的酸气脱除。这有利于提高纳米二氧化钛的产品质量。同时经过干燥后的二氧化钛就可以直接包装，或者根据需要再经过表面处理后再包装销售。

在一种优选的实施方式中，如图2所示，上述制备系统还包括晶粒细化剂供应装置41，晶粒细化剂供应装置41与燃烧反应装置40相连通。在燃烧反应装置40中加入粒晶细化剂有利于进一步降低纳米二氧化钛的粒度。

在一种优选的实施方式中，如图2所示，上述制备系统还包括晶型转化剂供应装置42，晶型转化剂供应装置42与燃烧反应装置40相连通。在燃烧反应装置40中加入晶型转化剂有利于使产品中含有更多所需要的晶型。

在一种优选的实施方式中，如图2所示，上述冷却装置50为循环水冷装置。反应后的气固混合物温度大约有1000℃左右，需要将其进行降温。使用循环水冷装置将气固混合物进行冷却，冷却后的气固混合物温度仍有约300℃左右，这有利于抑制二氧化钛颗粒在高温条件下发生聚集，从而进一步降低纳米二氧化钛颗粒的粒径。优选上述冷却装置50为急冷器，这有利于更进一步降低纳米二氧化钛颗粒的粒径。

在一种优选的实施方式中，如图2所示，上述四氯化钛蒸汽供应单元30包括四氯化钛供应装置31和汽化装置32，其中汽化装置32与四氯化钛供应装置31相连通，汽化装置32用于使四氯化钛固体转化为四氯化钛蒸汽。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

氢气供应装置提供的氢气和压缩空气供应装置提供的压缩空气在燃烧反应装置中进行燃烧得到水蒸气，四氯化钛蒸汽供应单元提供的四氯化钛蒸汽在上述水蒸汽的氛围中水解得到含二氧化钛的气固混合物；然后将上述气固混合物经冷却装置进行冷却得到混合型的纳米二氧化钛。

通过上述制备系统制备二氧化钛时反应条件较为温和，因而整个反应过程所需的反应装置的材质及进料方式要求不高，从而有利于实现二氧化钛的产业化生产。同时由于设置了冷却装置，这使得采用本申请提供的二氧化钛装置制得的二氧化钛颗粒的粒径更小，且粒径分布更加集中。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米二氧化钛的制备系统，其特征在于，包括：

氢气供应装置(10)；

压缩空气供应装置(20)；

四氯化钛蒸汽供应单元(30)；

燃烧反应装置(40)，设置有气固反应物出口，所述燃烧反应装置(40)与所述氢气供应装置(10)经氢气供应管路相连通，所述燃烧反应装置(40)与所述压缩空气供应装置(20)经压缩空气供应管路相连通，所述燃烧反应装置(40)与所述四氯化钛蒸汽供应单元(30)经四氯化钛蒸汽供应管路相连通；及

冷却装置(50)，设置有气固反应物入口，且所述气固反应物入口与所述气固反应物出口相连通。

2.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括气固分离单元(60)，所述气固分离单元(60)与所述冷却装置(50)经冷却物料输送管路相连通，所述气固分离单元(60)用于对所述冷却装置(50)输送出的冷却物料进行气固分离。

3.根据权利要求2所述的制备系统，其特征在于，所述气固分离单元(60)包括：

旋风分离装置(61)，设置有旋风分离入口、气体出口和第一固体出口，且所述旋风分离入口与所述冷却装置(50)经所述冷却物料输送管路相连通；及

过滤装置(62)，设置有气体入口、酸气出口和第二固体出口，且所述气体入口与所述气体出口相连通。

4.根据权利要求3所述的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括淋洗装置(70)，所述淋洗装置(70)与所述酸气出口经酸气输送管路相连。

5.根据权利要求4所述的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括水洗装置(80)，所述水洗装置(80)设置在所述酸气输送管路上。

6.根据权利要求3所述的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括脱酸装置(90)，所述脱酸装置(90)分别与所述第一固体出口和所述第二固体出口相连通，所述脱酸装置(90)用于将所述第一固体出口和所述第二固体出口排出的纳米二氧化钛中的酸气脱除。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括晶粒细化剂供应装置(41)，所述晶粒细化剂供应装置(41)与所述燃烧反应装置(40)相连通。

8.根据权利要求7所述的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括晶型转化剂供应装置(42)，所述晶型转化剂供应装置(42)与所述燃烧反应装置(40)相连通。

9.根据权利要求8所述的制备系统，其特征在于，所述冷却装置(50)为循环水冷装置。

10.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述四氯化钛蒸汽供应单元(30)包括：

四氯化钛供应装置(31)，及

汽化装置(32)，所述汽化装置(32)与所述四氯化钛供应装置(31)相连通，所述汽化装置(32)用于使四氯化钛固体转化为四氯化钛蒸汽。