CN215161067U - 脱酸装置及纳米粒子制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脱酸装置及纳米粒子制备系统，该脱酸装置包括脱酸炉，脱酸炉具有第一进料口和第二进料口，第一进料口用于流入反应产物，第二进料口用于流入脱酸介质，流入脱酸炉的反应产物与脱酸介质能够相冲以使反应产物中的气相产物脱离。该脱酸装置能够使反应产物与脱酸介质充分接触，并使反应产物各区域与脱酸介质接触均匀，以使脱酸介质带走反应产物中的酸性气相产物，能够有效提高脱酸效率以及效果，有效清除反应产物中的酸性气相产物。

Description

脱酸装置及纳米粒子制备系统

技术领域

本实用新型属于纳米产物生产技术领域，特别是一种脱酸装置及纳米粒子制备系统。

背景技术

纳米二氧化钛是一种多晶型结构粉末，在自然界主要有锐钛型、金红石型和板钛型三种结晶形态。其中锐钛型和板钛型结构都不是稳定的晶型，在高温下都可以转化为金红石型。纳米二氧化钛具有良好的光催化性能，且锐钛型二氧化钛催化活性高于金红石型二氧化钛，同时锐钛型和金红石型混合晶型二氧化钛具有更好的协同催化活性。因为二氧化钛具有半导体性质，而锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛导带和价带能级存在一定的差异，当二氧化钛吸收紫外光后，光电子从金红石型二氧化钛向锐钛相二氧化钛扩散，而空穴则由锐钛相向金红石相扩散，即光电子在锐钛相二氧化钛上富集，空穴在金红石相二氧化钛表面聚集，由此减少了电子和空穴复合几率，使电子—空穴对发生有效分离，提高了二氧化钛粒子的光催化活性。

纳米二氧化钛的制备方法可以分为液相法和气相法两大类。液相法又可以分为水解法、溶胶-凝胶法、微乳液法、电化学法、水热法等等。液相法制备纳米二氧化钛具有一定的优势，但是在后期干燥和煅烧过程中，容易引起粒子团聚，烧结，以及晶型的转变，对于粒径及晶型的控制比较困难。气相法制备纳米二氧化钛又有高温氧化法和高温水解法，高温氧化法是利用四氯化硅与氧气反应，得到纳米二氧化钛；而高温水解法则是采用四氯化钛与氢气和氧气进行高温水解，得到纳米二氧化钛。它们的反应机理如下式。

TiCl₄+O₂＝TiO₂+Cl₂

TiCl₄+H₂+O₂＝TiO₂+HCl

气相法制备气相法二氧化钛，由于副产氯气或氯化氢气体，需要通过脱酸工艺脱除酸性气体。在后续脱酸工序中，由于纳米二氧化钛粉体自身特性，容易导致部分区域与脱酸介质接触不均匀导致影响脱酸效果。

实用新型内容

本实用新型的目的提供一种脱酸装置及纳米粒子制备系统，用以改善现有脱酸工序中纳米二氧化钛粉体部分区域与脱酸介质接触不均匀导致影响脱酸效果的问题。

其技术方案如下：

脱酸装置，所述脱酸装置包括脱酸炉，所述脱酸炉具有第一进料口和第二进料口，所述第一进料口用于流入反应产物，所述第二进料口用于流入脱酸介质，流入所述脱酸炉的反应产物与脱酸介质能够相冲以使反应产物中的气相产物脱离。

在其中一个实施例中，所述脱酸炉的第一进料口位于所述第二进料口的上方，所述第一进料口朝所述脱酸炉中心轴的方向倾斜设置，且所述第一进料口与所述第二进料口相向设置。

在其中一个实施例中，所述脱酸装置还包括过滤件，所述过滤件横向插设于所述脱酸炉内，且所述过滤件设置于所述第一进料口的上方。

在其中一个实施例中，所述脱酸炉还具有第一出料口；所述脱酸炉设置有至少两个，所有所述脱酸炉依次串联形成多级脱酸炉组，前一级所述脱酸炉的所述第一出料口与后一级所述脱酸炉的所述第一进料口连通。

在其中一个实施例中，所述脱酸装置还包括第一气体过滤装置和第二气体过滤装置；

所述脱酸炉还包括第二出料口；第一级的所述脱酸炉通过所述第二出料口与所述第一气体过滤装置连通，其余的所述脱酸炉通过所述第二出料口与所述第二气体过滤装置连通。

纳米粒子制备系统，包括反应器、反应炉和如上所述的脱酸装置；

所述反应器具有第一通道；所述反应炉具有与所述第一通道连通的第二通道；所述反应炉具有与所述第二通道连通的第三出料口，所述第三出料口与所述脱酸炉的第一进料口连通。

在其中一个实施例中，所述反应炉上还开设有至少两个与所述第二通道连通的流道，流体通过所述流道能够分流为与所述流道数量相等的流体束，所述流体束在所述第二通道内能够形成螺旋状的流体。

在其中一个实施例中，所述反应炉包括炉体以及进流件；所述炉体开设有所述第二通道，所述进流件开设有所述流道；

所述反应器、进流件和所述炉体依次同轴连接；

所述进流件上还开设有第三通道，所述第三通道分别与所述第一通道和所述第二通道连通。

在其中一个实施例中，所述流道开设有两个，两个所述流道错开设置，所述流道以所述进流件的中心轴为中心倾斜设置，且所述流道的出口朝向所述炉体的侧壁。

在其中一个实施例中，所述纳米粒子制备系统还包括聚集器和气固分离装置；所述反应炉、聚集器、气固分离装置和所述脱酸炉依次连通设置。

本实用新型所提供的技术方案具有以下的优点及效果：

该脱酸装置通过设置脱酸炉，脱酸炉具有第一进料口和第二进料口，通过第一进料口用于流入反应产物，第二进料口流入脱酸介质，并使流入脱酸炉的反应产物与脱酸介质相冲，能够使反应产物与脱酸介质相互之间充分接触，并使反应产物各区域与脱酸介质接触均匀，以使脱酸介质带走反应产物中的酸性气相产物，能够有效提高脱酸效率以及效果，有效清除反应产物中的酸性气相产物。

附图说明

此处的附图，示出了本实用新型所述技术方案的具体实例，并与具体实施方式构成说明书的一部分，用于解释本实用新型的技术方案、原理及效果。

除非特别说明或另有定义，不同附图中，相同的附图标记代表相同或相似的技术特征，对于相同或相似的技术特征，也可能会采用不同的附图标记进行表示。

图1是本实用新型实施例的纳米粒子制备系统的结构示意图；

图2是图1的纳米粒子制备系统的反应器和进流件的结构示意图；

图3是图1的纳米粒子制备系统的脱酸装置的结构示意图。

附图标记说明：

100、纳米粒子制备系统；

1、反应器；11、第一环体；12、第二环体；13、气体分布器；14、第三进料口；15、第四进料口；16、第五进料口；2、反应炉；21、炉体；22、进流件；221、流道；3、脱酸装置；31、脱酸炉；311、第一进料口；312、第二进料口；313、第一出料口；314、第二出料口；32、过滤件；33、第一气体过滤装置；34、第二气体过滤装置；4、聚集器；5、气固分离装置；

200、尾气处理系统。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照说明书附图对本实用新型的具体实施例进行更详细的描述。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在结合本实用新型的技术方案以现实的场景的情况下，本文所使用的所有技术和科学术语也可以具有与实现本实用新型的技术方案的目的相对应的含义。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的“第一、第二…”仅仅是用于对名称的区分，不代表具体的数量或顺序。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，当元件被认为“固定于”另一个元件，它可以是直接固定在另一个元件上，也可以是存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件，也可以是同时存在居中元件；当一个元件被认为是“安装在”另一个元件，它可以是直接安装在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设在”另一个元件，它可以是直接设在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。

需要说明的是，该脱酸装置3主要用于对纳米粒子进行脱酸处理，例如纳米二氧化钛等。当然，在其他实施例中，该脱酸装置3也可以用于对其他待脱酸物质进行脱酸处理。

如图1和图3所示，本实用新型提供一种脱酸装置3，脱酸装置3包括脱酸炉31，脱酸炉31具有第一进料口311和第二进料口312，第一进料口311用于流入反应产物，第二进料口312用于流入脱酸介质，流入脱酸炉31的反应产物与脱酸介质能够相冲以使反应产物中的气相产物脱离。

第一进料口311可以与外接的反应炉2的出料口连通流入反应产物，第二进料口312流入脱酸介质，流入脱酸炉31的反应产物与脱酸介质能够相冲以使反应产物中的酸性气相产物脱离，以得到固相产物。需要说明的是，在本实施例中，该反应产物具体可以是通过气相法制备形成的纳米二氧化钛，该脱酸介质具体可以是加热空气，该空气可以是干燥的空气或者存在少量的水蒸气。可以理解地，纳米二氧化钛产物从脱酸炉31的第一进料口311流入，脱酸介质从第二进料口312流入，纳米二氧化钛产物和脱酸介质在脱酸炉31内可以形成相冲状态，从而使脱酸介质与纳米二氧化钛产物充分接触以使纳米二氧化钛产物中的酸性气相产物分离，以得到纳米二氧化钛固相产物。

综上，相比现有技术，该脱酸装置3至少具有以下有益效果：该脱酸装置3通过设置脱酸炉31，脱酸炉31具有第一进料口311和第二进料口312，通过第一进料口311用于流入反应产物，第二进料口312流入脱酸介质，并使流入脱酸炉31的反应产物与脱酸介质相冲，能够使反应产物与脱酸介质相互之间充分接触，并使反应产物各区域与脱酸介质接触均匀，以使脱酸介质带走反应产物中的酸性气相产物，能够有效提高脱酸效率以及效果，有效清除反应产物中的酸性气相产物。

在一些实施例中，如图1和图3所示，脱酸炉31的第一进料口311位于第二进料口312的上方，第一进料口311朝脱酸炉31中心轴的方向倾斜设置，且第一进料口311与第二进料口312相向设置。可以理解地，通过设置第一进料口311位于第二进料口312的上方，并使第一进料口311朝脱酸炉31中心轴的方向倾斜设置，以使反应产物从第一进料口311进入脱酸炉31内后在自身重力的加持下加大流速向下流动，并与位于下方的第二进料口312流入的脱酸介质相冲，以使反应产物与脱酸介质充分接触，并使反应产物各区域与脱酸介质接触均匀。具体在本实施例中，第一进料口311位于脱酸炉31的中部位置，第二进料口312位于脱酸炉31的底部。

在一些实施例中，该脱酸炉31包括竖向方向依次连接的第一本体、连接体和第二本体，第一本体的横截面面积大于第二本体的横截面积，且连接体的侧壁倾斜设置，第一进料口311设置于连接体的侧壁，第二进料口312设置于第二本体的底部。可以理解地，通过设置第二本体的横截面面积小于第一本体，以使从第二进料口312流入脱酸炉31内的脱酸介质在空间较小的第一本体中具有较大的流速，能够快速往连接体的方向流入以与从第一进料口311流入的反应产物相冲，以提高脱酸效果。

在一些实施例中，该第二本体的高度大于或者等于该脱酸炉31整体高度的1/2，以能够增加反应产物和脱酸介质接触的路程，进一步提高脱酸效果。

在一些实施例中，如图3所示，脱酸炉31沿自身周向方向具有多个第一进料口311，且各第一进料口311以脱酸炉31的中心轴为中心倾斜设置，各第一进料口311均朝向第二进料口312。可以理解地，通过设置多个第一进料口311共同流入反应产物，能够使反应产物分散流入至脱酸炉31内与脱酸介质相冲，从而能够进一步提高应产物与脱酸介质相互之间的接触面积，并进一步使反应产物各区域与脱酸介质接触均匀。

在一些实施例中，如图3所示，脱酸装置3还包括过滤件32，过滤件32横向插设于脱酸炉31内，且过滤件32设置于第一进料口311的上方。需要说明的是，该过滤件32可以为蜂窝状过滤板，用于使气体通过，并阻拦固体通过。可以理解地，当反应产物与脱酸介质相冲后，反应产物的固相产物通过自身重力在炉内降落，脱酸介质带动酸性气相产物并夹杂有大量的固相产物朝上运动到达过滤件32处，过滤件32使脱酸介质和酸性气相产物通过，并阻拦固相产物通过，从而进一步使酸性气相产物与固相产物分离。具体地，该过滤件32可拆卸地设置于脱酸炉31的内部，便于对该过滤件32进行清理；此外，需要说明的是，该过滤件32采用耐高温材料制备形成，以能够耐受脱酸炉31内的高温环境。

在一些实施例中，该脱酸炉31包括第一壳体和第二壳体，该第一壳体套设于第二壳体上，且第一壳体和第二壳体之间存在间隙，所述间隙用于流入冷却介质以对脱酸炉31内的温度进行降温及温度调节。

在一些实施例中，如图3所示，脱酸炉31还具有第一出料口313，需要说明的是，该第一出料口313用于流出脱酸后的固相产物；脱酸炉31设置有至少两个，所有脱酸炉31依次串联形成多级脱酸炉组，前一级脱酸炉31的第一出料口313与后一级脱酸炉31的第一进料口311连通。可以理解地，通过设置多级脱酸炉组，反应产物依次经过多个脱酸炉31进行多次脱酸后能够进一步提高脱酸效果，有效清除反应产物中的酸性气相产物。

在一些实施例中，如图1所示，脱酸装置3还包括第一气体过滤装置33和第二气体过滤装置34；脱酸炉31还包括第二出料口314，需要说明的是，该第二出料口314用于排出脱酸后的酸性气相产物。第一级的脱酸炉31通过第二出料口314与第一气体过滤装置33连通，其余的脱酸炉31通过第二出料口314与第二气体过滤装置34连通。可以理解地，从脱酸炉31的第二出料口314排出的酸性气相产物仍然含有大量的固相产物，通过第一气体过滤装置33对第一级的脱酸炉31排出的酸性气相产物进行过滤，过滤后的酸性气相产物可以重新回到第一级的脱酸炉31中继续进行脱酸，或者可以排出至尾气处理系统200进行处理。第二气体过滤装置34对其余的脱酸炉31排出的酸性气相产物进一步进行过滤，过滤后的酸性气相产物可以排出至尾气处理系统200进行处理，可以有效降低第一气体过滤装置33的负荷，也降低脱酸装置3的整体负荷，从而进一步提高脱酸效率。

本实用新型还提供一种纳米粒子制备系统100，如图1所示，该纳米粒子制备系统100包括反应器1、反应炉2和上述的脱酸装置3。

如图1和图2所示，反应器1具有第一通道，用于通入反应原料并将反应原料混合；可以理解地，在本实施例中，该反应器1具有第三进料口14和第四进料口15，干燥的空气或氧气以及氯化钛原料汽化通过第三进料口14进入反应器1的第一通道，氢气通过第四进料口15进入反应器1的第一通道以与汽化的氯化钛原料进行充分混合，其中氯化钛原料可以经高位槽流入到汽化器中进行汽化，控制汽化器温度在180℃～250℃，汽化器出口温度大于150℃，汽化后的氯化钛进入反应器1中与氢气以及干燥的空气或氧气进行混合。

如图1所示，反应炉2具有与第一通道连通的第二通道，用于对混合的反应原料进行燃烧；可以理解地，混合后的反应原料从第一通道通入第二通道，混合后的反应原料在点燃后进入反应炉2的第二通道进行反应得到反应产物。反应炉2具有与第二通道连通的第三出料口，第三出料口与脱酸炉31的第一进料口311连通。可以理解地，该纳米粒子制备系统100通过反应器1和反应炉2相互配合，能够进行四氯化钛、氢气和氧气进行高温水解得到纳米二氧化钛的反应，以得到带有氯化氢酸性气体和纳米二氧化钛粉体的反应产物。其中，通过脱酸炉31的第一进料口311流入该反应产物，第二进料口312流入脱酸介质，并使流入脱酸炉31的反应产物与脱酸介质能够相冲，能够使反应产物与脱酸介质充分接触，并使反应产物各区域与脱酸介质接触均匀，以使脱酸介质带走反应产物中的酸性气相产物，能够有效提高脱酸效率以及效果，有效清除反应产物中的酸性气相产物氯化氢，以得到脱酸后的纳米二氧化钛粉体。

在一些实施例中，如图2所示，反应炉2上还开设有至少两个与第二通道连通的流道221，流体通过流道221分流为与流道221数量相等的流体束，流体束在第二通道内能够形成螺旋状的流体。需要说明的是，在本实施例中，该流道221主要用于通入冷却气体如干燥的冷空气，冷空气通过流道221分流为与流道221数量相等的气体束，气体束能够在第二通道内形成螺旋状的气体。可以理解地，当混合的反应原料在第二通道进行燃烧反应时，冷却气体流入流道221分流为与流道221数量相等的气体束，气体束在第二通道内能够形成螺旋状的气体束，螺旋状的气体束能够增大与反应产物的接触面积，迅速降低反应产物温度，同时降低反应产物的浓度，从而有效避免反应产物中的各粒子碰撞缩合成大颗粒，以及有效避免反应产物中的纳米二氧化钛在高温下发生晶型转变，从而便于控制纳米二氧化钛的粒径大小和晶型。

在一些实施例中，如图1和图2所示，反应炉2包括炉体21以及进流件22；炉体21开设有上述的第二通道，进流件22开设有流道221。反应器1、进流件22和炉体21依次同轴连接；进流件22上还开设有第三通道，第三通道分别与第一通道和第二通道连通。可以理解地，通过反应器1、进流件22和炉体21同轴连接，冷却气体通过进流件22的流道221进入炉体21，混合后的反应原料通过进流件22的第三通道进入炉体21，因此在混合后的反应原料燃烧进入炉体21的第二通道时，冷却气体即可随行进入第二通道以对生成的反应产物进行降温以及降低反应产物的浓度，有效避免局部区域的反应产物受热不均匀导致反应产物中的纳米二氧化钛的粒径和晶型发生改变。

在一些实施例中，如图2所示，流道221开设有两个，两个流道221错开设置，流道221以进流件22的中心轴为中心倾斜设置，且流道221的出口朝向炉体21的侧壁。可以理解地，通过倾斜设置的流道221，以使通过流道221流出的流体在射向炉体21的侧壁时与炉体21的侧壁相切，使得通过流道221进入炉体21的空气沿着炉体21内壁表面流动时，会产生螺旋状的气流，螺旋状的气体束能够增大与反应产物的接触面积，能够迅速降低反应产物温度，同时降低反应产物的浓度，从而有效避免反应产物中的纳米二氧化钛的各粒子碰撞缩合成大颗粒，以及有效避免纳米二氧化钛在高温下发生晶型转变。

在一些实施例中，如图2所示，反应器1还包括至少两个气体分布器13；沿第一通道至第二通道延伸方向，气体分布器13间隔设置于第一通道内。可以理解地，气体分布器13用于使反应原料在反应器1内的整个截面上均匀分布，从而使反应原料在反应器1内部整体混合均匀。

在一些实施例中，如图2所示，反应器1包括第一环体11和第二环体12；第二环体12间隔套设于第一环体11上；第一环体11内的通道为第一通道；第一环体11和第二环体12之间的空间形成第四通道，第四通道与第二通道连通，第四通道用于通入辅助气体。可以理解地，该辅助气体具体可以是氢气、氧气或者空气，该反应器1上开设有与第四通道连通的第五进料口16，该辅助气体通过第五进料口16依次进入第四通道和反应炉2的第二通道，该辅助气体进入反应炉2的第二通道时，可以对反应原料的反应气体进行补充，以及能够通过调节辅助气体的温度调节反应炉2内的温度，并控制反应炉2内的温度在200℃～400℃之间。

在一些实施例中，如图1所示，纳米粒子制备系统100还包括聚集器4和气固分离装置5；反应炉2、聚集器4、气固分离装置5和脱酸炉31依次连通设置。

聚集器4，用于聚集从反应炉2出料口流出的反应产物的固相产物的浓度，其中反应产物包括纳米二氧化钛固相产物和氯化氢气相产物。当反应原料在反应炉2内反应完成得到反应产物后，此时的纳米二氧化钛颗粒的浓度较低，需要通过聚集器4进行聚集，形成0.2μm～5μm左右的聚集体。

气固分离装置5，与聚集器4连接，并用于对聚集体的纳米二氧化钛固相产物和氯化氢气相产物进行分离，通常采用旋风分离器或者重力沉降器，分离出来的纳米二氧化钛固相产物因表面还吸附大量的氯化氢，随后进入脱酸炉31进行脱酸，把吸附在纳米二氧化钛固相产物表面的氯化氢脱除。

引用图纸说明时，是对出现的新特征进行说明；为了避免重复引用图纸导致描述不够简洁，在表述清楚的情况下已描述的特征，图纸不再一一引用。

以上实施例的目的，是对本实用新型的技术方案进行示例性的再现与推导，并以此完整的描述本实用新型的技术方案、目的及效果，其目的是使公众对本实用新型的公开内容的理解更加透彻、全面，并不以此限定本实用新型的保护范围。

以上实施例也并非是基于本实用新型的穷尽性列举，在此之外，还可以存在多个未列出的其他实施方式。在不违反本实用新型构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.脱酸装置，其特征在于，所述脱酸装置包括脱酸炉，所述脱酸炉具有第一进料口和第二进料口，所述第一进料口用于流入反应产物，所述第二进料口用于流入脱酸介质，流入所述脱酸炉的反应产物与脱酸介质能够相冲以使反应产物中的气相产物脱离。

2.如权利要求1所述的脱酸装置，其特征在于，所述脱酸炉的第一进料口位于所述第二进料口的上方，所述第一进料口朝所述脱酸炉中心轴的方向倾斜设置，且所述第一进料口与所述第二进料口相向设置。

3.如权利要求2所述的脱酸装置，其特征在于，所述脱酸装置还包括过滤件，所述过滤件横向插设于所述脱酸炉内，且所述过滤件设置于所述第一进料口的上方。

4.如权利要求1所述的脱酸装置，其特征在于，所述脱酸炉还具有第一出料口；所述脱酸炉设置有至少两个，所有所述脱酸炉依次串联形成多级脱酸炉组，前一级所述脱酸炉的所述第一出料口与后一级所述脱酸炉的所述第一进料口连通。

5.如权利要求4所述的脱酸装置，其特征在于，所述脱酸装置还包括第一气体过滤装置和第二气体过滤装置；

所述脱酸炉还包括第二出料口；第一级的所述脱酸炉通过所述第二出料口与所述第一气体过滤装置连通，其余的所述脱酸炉通过所述第二出料口与所述第二气体过滤装置连通。

6.纳米粒子制备系统，其特征在于，所述纳米粒子制备系统包括反应器、反应炉和如权利要求1至5任一项所述的脱酸装置；

所述反应器具有第一通道；所述反应炉具有与所述第一通道连通的第二通道；所述反应炉具有与所述第二通道连通的第三出料口，所述第三出料口与所述脱酸炉的第一进料口连通。

7.如权利要求6所述的纳米粒子制备系统，其特征在于，所述反应炉上还开设有至少两个与所述第二通道连通的流道，流体通过所述流道能够分流为与所述流道数量相等的流体束，所述流体束在所述第二通道内能够形成螺旋状的流体。

8.如权利要求7所述的纳米粒子制备系统，其特征在于，所述反应炉包括炉体以及进流件；所述炉体开设有所述第二通道，所述进流件开设有所述流道；

所述反应器、进流件和所述炉体依次同轴连接；

所述进流件上还开设有第三通道，所述第三通道分别与所述第一通道和所述第二通道连通。

9.如权利要求8所述的纳米粒子制备系统，其特征在于，所述流道开设有两个，两个所述流道错开设置，所述流道以所述进流件的中心轴为中心倾斜设置，且所述流道的出口朝向所述炉体的侧壁。

10.如权利要求6所述的纳米粒子制备系统，其特征在于，所述纳米粒子制备系统还包括聚集器和气固分离装置；所述反应炉、聚集器、气固分离装置和所述脱酸炉依次连通设置。

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