CN216419348U - 一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，包括反应冷却平台、高温反应器和热等离子体发生器，反应冷却平台包括依次设置的反应缓冲罐、气固分离器和冷却换热管，反应缓冲罐的一端连接有高温反应器，高温反应器与热等离子体发生器连通，冷却换热管远离气固分离器的一端设置有尾气管；热等离子体发生器用于产生反应所需的高温，高温反应器用于裂解反应气体并生成至少一种反应产物，且反应产物包括固体颗粒，产物经过反应缓冲罐进入到气固分离器中进行气固分离；通过热等离子体发生器将气体裂解成带电粒子，然后高温反应器的急冷作用下生成固体颗粒；极大的提高了对物料的处理量，极大的提高了转化效率，可进行工业化生产。

Description

一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置

技术领域

本实用新型涉及纳米粉体材料制备领域，尤其涉及一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置。

背景技术

纳米材料的应用前景是十分广阔的，如：纳米电子器件，医学和健康，航天、航空和空间探索，环境、资源和能量，生物技术等实用新型内容，粉体制造技术在化工和材料工业中占有非常重要的作用，随着化工结构变化和高新技术产业发展的要求，纳米粉体材料作为一种特殊的精细化工产品，越来越受到人们的关注。传统的纳米粉体材料制备方法，成本高昂，粉体力度不易控制，均匀性和纯度差，制备材料范围及规模化生产受到很大局限；因此，急需一种能够解决上述问题的用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置。

实用新型内容

针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，通过热等离子体发生器产生 3000K以上的极高温度将反应物裂解成高活性原子、分子和原子团等微粒，然后在反应器中反应生成可凝聚产物，可凝聚产物在缓冲罐中冷凝生成固体颗粒，最后通过颗粒收集器收集固体产物，实现对固体颗粒的快速制备；极大的提高了对物料的处理量，极大的提高了转化效率，可进行工业化生产。

为实现上述目的，本实用新型提供一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，包括反应冷却平台、高温反应器和热等离子体发生器，所述反应冷却平台包括依次设置的反应缓冲罐、气固分离器和冷却换热管，所述反应缓冲罐的一端连接有所述高温反应器，所述高温反应器与所述热等离子体发生器连通，所述冷却换热管远离所述气固分离器的一端设置有尾气管；所述热等离子体发生器用于产生反应所需的高温，所述高温反应器用于裂解反应气体并生成至少一种反应产物，且反应产物包括固体颗粒，产物经过所述反应缓冲罐进入到所述气固分离器中进行气固分离。通过热等离子体发生器将气体裂解成带电粒子，然后高温反应器的急冷作用下生成固体颗粒，最后通过颗粒收集器收集固体产物，实现对固体颗粒的快速制备；极大的提高了对物料的处理量，极大的提高了转化效率，可进行工业化生产。所述反应缓冲罐用于延长化学反应停留时间，所述气固分离器用于收集纳米粉体，所述冷却换热管用于冷却气体并便于排空。

优选的，所述热等离子发生器上设置有第一水循环冷却管道、第二水循环冷却管道和用于加入放电所需气体的第一进气口，所述第一进气口设置在所述第一水循环冷却管道和第二水循环冷却管道之间。

优选的，所述热等离子发生器还包括第三水循环冷却管道和第二进气口，所述第三水循环冷却管道设置在所述热等离子体发生器靠近所述高温反应器的一侧，所述第二进气口设置在所述第三水循环冷却管道和所述第二水循环冷却管道，所述第二进气口用于通入反应所需的气体。

优选的，所述高温反应器包括用于通入反应所需的气体的第三进气口、第四水循环冷却管道和第五水循环冷却管道，所述第四水循环冷却管道设置在靠近所述热等离子发生器的一侧，所述第三进气口设置在所述第四水循环冷却管道之上。在外加电源驱动下，送入等离子体发生器的放电气体产生电弧放电将电能转换为热能形成温度高达数千度的高温射流进入高温反应器，同时，在高温反应器中加入需要反应的原料气体，使其裂解为带电粒子，然后在急冷的作用下，生成纳米粉体材料，如在能源利用方面，我们将天然气送入高温反应器，天然气在高温的作用下裂解成H离子、CH离子和C离子，通过急冷我们得到的产品有氢气、乙炔、高纯纳米碳粉；同样的方法，我们加入不同的原料气体，可以得到不同的纳米粉体材料。用此方法得到的纳米粉体材料，平均粒径38—100nm,分布范围狭窄，而且转化率和收率高，经济型好。

优选的，所述气固分离器内设置有颗粒收集器，所述颗粒收集器包括静电式收集式或者滤网式收集式。

优选的，所述气固分离器和所述冷却换热管之间设置有连通弯管，所述连通弯管上设置有所述颗粒收集器。实现对固体产物进行截留。

优选的，所述连通弯管设置在所述气固分离器的底部。方便拆装清洗。

优选的，所述颗粒收集器可拆卸安装在所述连通弯管内。

优选的，所述反应冷却平台内设置有用于控制所述第一水循环冷却管道、第二水循环冷却管道、第三水循环冷却管道和第四水循环冷却管道水循环流速的循环水PLC控制装置。提高反应装置的智能化程度。

优选的，所述反应冷却平台内还设置有用于控制反应装置内气体压强的自动反馈PLC控制装置。提高反应装置的智能化程度。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型提供一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，包括反应冷却平台、高温反应器和热等离子体发生器，所述反应冷却平台包括依次设置的反应缓冲罐、气固分离器和冷却换热管，所述反应缓冲罐的一端连接有所述高温反应器，所述高温反应器与所述热等离子体发生器连通，所述冷却换热管远离所述气固分离器的一端设置有尾气管；所述热等离子体发生器用于产生反应所需的高温，所述高温反应器用于裂解反应气体并生成至少一种反应产物，且反应产物包括固体颗粒，产物经过所述反应缓冲罐进入到所述气固分离器中进行气固分离。通过热等离子体发生器将气体裂解成带电粒子，然后高温反应器的急冷作用下生成固体颗粒，最后通过颗粒收集器收集固体产物，实现对固体颗粒的快速制备；极大的提高了对物料的处理量，极大的提高了转化效率，可进行工业化生产。

附图说明

图1为本实用新型的热等离子体发生器和高温反应器的结构图；

图2为本实用新型的反应冷却平台的侧视结构图；

图3为本实用新型的反应冷却平台的俯视结构图。

具体元素符号说明：1、热等离子体发生器；2、高温反应器；3、反应缓冲罐；4、气固分离器；5、冷却换热管；6、尾气管；7、连通弯管；8、循环水PLC控制装置；9、自动反馈PLC控制装置；11、第一水循环冷却管道；12、第一进气口；13、第二水循环冷却管道；14、第二进气口；15、第三水循环冷却管道；21、第三进气口；22、第四水循环冷却管道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

实施例1：请参阅图1至图3，本装置可以用于制备纳米硅粉。在所述热等离子体发生器1的第一进气口12、第二进气口14分别馈入氩气、氢气，在第一水循环冷却管道11、第二水循环冷却管道13 通入冷却水，使所述热等离子发生器的阴极、悬浮阳极和工作阳极分别连接直流电源的相应输出端，启动直流电源，所述的热等离子体发生器1即产生温度3000K以上的电弧放电，同时将氢气裂解为氢原子并送入高温反应器2；向高温反应器2第三进气口21通入三氯化硅，则三氯化硅在高温反应器2被氢原子还原生成氯化氢和硅粒子；氯化氢和硅粒子顺势进入反应冷却平台，冷却凝聚为纳米硅粒子，经颗粒收集器收集后尾气被下段工艺回收处理。

实施例2：请参阅图1至图3，本装置可以用于制备纳米硅粉。在所述热等离子体发生器1的第一进气口12、第二进气口14分别馈入氩气、氢气，在第一水循环冷却管道11、第二水循环冷却管道13 通入冷却水，使所述热等离子发生器的阴极、悬浮阳极和工作阳极分别连接直流电源的相应输出端，启动直流电源，所述的热等离子体发生器1即产生温度3000K以上的电弧放电，同时将氢气裂解为氢原子并送入高温反应器2；向高温反应器2第三进气口21通入三氯化硼，则三氯化硼在高温反应器2被氢原子还原生成氯化氢和硼粒子；氯化氢和硼粒子顺势进入反应冷却平台，冷却凝聚为纳米硼粒子，经颗粒收集器收集后尾气被下段工艺回收处理。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，其特征在于，包括反应冷却平台、高温反应器(2)和热等离子体发生器(1)，所述反应冷却平台包括依次设置的反应缓冲罐(3)、气固分离器(4)和冷却换热管(5)，所述反应缓冲罐(3)的一端连接有所述高温反应器(2)，所述高温反应器(2)与所述热等离子体发生器(1)连通，所述冷却换热管(5)远离所述气固分离器(4)的一端设置有尾气管(6)；所述热等离子体发生器(1)用于产生反应所需的高温，所述高温反应器(2)用于裂解反应气体并生成至少一种反应产物，且反应产物包括固体颗粒，产物经过所述反应缓冲罐(3)进入到所述气固分离器(4)中进行气固分离。

2.根据权利要求1所述的一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，其特征在于，所述热等离子发生器上设置有第一水循环冷却管道(11)、第二水循环冷却管道(13)和用于加入放电所需气体的第一进气口(12)，所述第一进气口(12)设置在所述第一水循环冷却管道(11)和第二水循环冷却管道(13)之间。

3.根据权利要求2所述的一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，其特征在于，所述热等离子发生器还包括第三水循环冷却管道(15)和第二进气口(14)，所述第三水循环冷却管道(15)设置在所述热等离子体发生器(1)靠近所述高温反应器(2)的一侧，所述第二进气口(14)设置在所述第三水循环冷却管道(15)和所述第二水循环冷却管道(13)，所述第二进气口(14)用于通入反应所需的气体。

4.根据权利要求3所述的一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，其特征在于，所述高温反应器(2)包括用于通入反应所需的气体的第三进气口(21)、第四水循环冷却管道(22)和第五水循环冷却管道，所述第四水循环冷却管道(22)设置在靠近所述热等离子发生器的一侧，所述第三进气口(21)设置在所述第四水循环冷却管道(22)之上。

5.根据权利要求1所述的一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，其特征在于，所述气固分离器(4)内设置有颗粒收集器，所述颗粒收集器包括静电式收集式或者滤网式收集式。

6.根据权利要求5所述的一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，其特征在于，所述气固分离器(4)和所述冷却换热管(5)之间设置有连通弯管(7)，所述连通弯管(7)上设置有所述颗粒收集器。

7.根据权利要求6所述的一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，其特征在于，所述连通弯管(7)设置在所述气固分离器(4)的底部。

8.根据权利要求6所述的一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，其特征在于，所述颗粒收集器可拆卸安装在所述连通弯管(7)内。

9.根据权利要求4所述的一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，其特征在于，所述反应冷却平台内设置有用于控制所述第一水循环冷却管道(11)、第二水循环冷却管道(13)、第三水循环冷却管道(15)和第四水循环冷却管道(22)水循环流速的循环水PLC控制装置(8)。

10.根据权利要求1所述的一种用于纳米粉体材料制备的热等离子体反应装置，其特征在于，所述反应冷却平台内还设置有用于控制反应装置内气体压强的自动反馈PLC控制装置(9)。

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