專利名稱：用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種改進(jìn)的高壓反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)，具體涉及用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜，屬于化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在化工生產(chǎn)和材料制備過程中，溶劑熱合成方法都是一種十分重要的材料合成和制備手段。溶劑熱合成方法具有反應(yīng)條件溫和、體系均勻性好、反應(yīng)過程易于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和可控性強(qiáng)等突出的優(yōu)點(diǎn)，在材料制備，特別是納米材料和高溫下穩(wěn)定性較差的功能材料制備中發(fā)揮著無法替代的巨大作用。具體來說，溶劑熱合成方法具有如下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)1、成本低。這種方法所用原料均為常用化學(xué)試劑或化工原料，操作程序簡(jiǎn)單，有利于降低成本；2、反應(yīng)過程中的各種參數(shù)(溫度、壓力、濃度等)易于監(jiān)測(cè)和控制，這使我們能夠更容易研究反應(yīng)機(jī)理，找出最關(guān)鍵的影響因素；3、環(huán)境污染少。與其它方法相比，溶劑熱合成方法中通過對(duì)溶劑的重復(fù)利用，可以基本上消除環(huán)境污染；4、反應(yīng)體系均勻性好。液態(tài)的溶劑是優(yōu)良的傳壓傳質(zhì)介質(zhì)，使得反應(yīng)過程中體系內(nèi)部的溫度、壓力、反應(yīng)物濃度均勻一致。這不僅可以保證產(chǎn)物的一致性，而且可以制備出粒度均勻且可控的亞微米甚至納米級(jí)的粉體；5、溶劑熱條件下可以制備出其他方法難于得到的亞穩(wěn)相物質(zhì)，大幅度拓展功能材料的范圍。
正是由于溶劑熱合成方法具有這些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，近年來該方法應(yīng)用于含氧體系和非氧化合物材料的制備中取得了巨大成功。其中水熱條件下批量合成分子篩技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化以及在水熱條件下生長(zhǎng)高品質(zhì)石英晶體是這種方法在實(shí)際生產(chǎn)中成功應(yīng)用的典型例子。在材料科研方面，近年來溶劑熱方法應(yīng)用于制備以氮化硼、氮化鎵為代表的一類重要的氮化物材料的成功，使人們看到了低成本大批量制備這類材料的曙光。隨著研究的材料體系的增加，醇熱法、氨熱法等改進(jìn)的溶劑熱合成方法不斷出現(xiàn)，制備的材料種類也越來越多。在這方面，國(guó)際上已有大量的研究結(jié)果報(bào)道，國(guó)內(nèi)徐如人研究組做了大量系統(tǒng)的工作。
為了適應(yīng)不斷發(fā)展的科研工作和化工生產(chǎn)的需要，人們對(duì)溶劑熱合成方法所用的專用設(shè)備一高壓反應(yīng)釜進(jìn)行了不斷的改進(jìn)，使其性能不斷提高。綜合來說，現(xiàn)代的高壓反應(yīng)釜逐漸向著工作條件極端化(例如工作溫度高達(dá)800-1000℃，工作壓力達(dá)到數(shù)千到上萬大氣壓)、容量大型化(從最早的毫升級(jí)到數(shù)百升甚至近千升)、功能多樣化(攪拌、改變氣氛、隨時(shí)取樣以及快速冷卻等)方向發(fā)展。但是，溶劑熱合成方法也有著難于克服的缺點(diǎn)缺乏有效的原位監(jiān)測(cè)手段、難于實(shí)現(xiàn)按照需要“定向”地制備材料等。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜，以便增強(qiáng)反應(yīng)過程的可控性，并在盡可能大的程度上實(shí)現(xiàn)根據(jù)需要“定向”地制備材料。
本實(shí)用新型的用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜包括高壓反應(yīng)釜的釜體、釜蓋和緊固件，加熱爐及溫度控制器，磁力驅(qū)動(dòng)攪拌器和轉(zhuǎn)速控制器，壓力測(cè)量裝置，安全防爆裝置，用于取樣和通氣的閥門、管道，在反應(yīng)釜內(nèi)、外加裝了一套或者多套內(nèi)置式反應(yīng)罐和/或外置式反應(yīng)罐，以增強(qiáng)反應(yīng)過程的可控性。
主反應(yīng)釜的攪拌系統(tǒng)、密封方式、壓力和溫度的測(cè)量和控制系統(tǒng)以及安全防爆裝置均采用已有的攪拌式高壓反應(yīng)釜的現(xiàn)有技術(shù)。
上述內(nèi)置式反應(yīng)罐和/或外置式反應(yīng)罐共計(jì)1～30個(gè)。內(nèi)置式反應(yīng)罐和外置式反應(yīng)罐可以同時(shí)安裝，也可以根據(jù)需要選取其中的一種，安裝的反應(yīng)罐數(shù)量和種類根據(jù)具體的材料制備過程需要來確定。
內(nèi)置式反應(yīng)罐的罐蓋部分穿過主反應(yīng)釜的釜蓋后，用墊片以及緊固螺母與主反應(yīng)釜連接，反應(yīng)罐罐體整個(gè)位于主反應(yīng)釜內(nèi)。
外置式反應(yīng)罐與主反應(yīng)釜的連接有側(cè)接和上接兩種側(cè)接式是外置式反應(yīng)罐兩端各連接一個(gè)閥門后，再通過鋼管與主反應(yīng)釜釜蓋和釜側(cè)壁上的開孔相連接。上接式外置式反應(yīng)罐通過釜蓋上的開孔連接于主反應(yīng)釜上方，參見圖1和圖2。
上述內(nèi)置式反應(yīng)罐包括罐體、罐蓋、閥桿、閥塊、密封部件和與主反應(yīng)釜連接部件，通過罐蓋上的錐體部分與主反應(yīng)釜釜蓋緊密接觸或者在罐蓋與主反應(yīng)釜蓋之間加上墊片密封連接。位于主反應(yīng)釜外面的閥桿采用一組密封或多組復(fù)合密封，通過壓緊螺母向內(nèi)擠壓填料使其變形而實(shí)現(xiàn)密封。填料的組成方式采用多級(jí)復(fù)合密封，這種方法同樣可以用于大幅度改善通常的針閥和球閥的密封。
上述內(nèi)置式反應(yīng)罐又可以分為針閥式和球閥式兩種，結(jié)構(gòu)圖分別見圖3和圖7。
上述針閥式內(nèi)置式反應(yīng)罐上下通道的開閉是通過轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿來提起和壓下閥塊實(shí)現(xiàn)的，在這個(gè)過程中，閥桿和閥塊整體做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；罐體內(nèi)有兩個(gè)密封閥塊與閥桿連為一體，分別用于密封罐體上的上下兩個(gè)通道，閥桿與閥塊之間有墊片，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，凹形鋼環(huán)為閥桿上的螺紋預(yù)留出上下移動(dòng)的空間，閥塊位置由卡子或軸用卡箍固定，閥塊上還有調(diào)節(jié)閥塊壓力的彈簧。結(jié)構(gòu)見圖3，圖4，圖5，圖6。
各主要部件的功能如下(1)罐體301主要用于盛裝固體或者液體反應(yīng)原料，底部的中轉(zhuǎn)螺絲310是在向罐體內(nèi)裝入反應(yīng)原料時(shí)(此時(shí)須將閥桿和閥塊取出或者上下通道同時(shí)打開)臨時(shí)密封用的，罐體組裝完畢并同時(shí)關(guān)閉上下兩個(gè)通道后，該螺絲需要取下。
(2)閥桿302通過轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿302可以同時(shí)提升或者向下壓兩個(gè)閥塊303和304，以便實(shí)現(xiàn)內(nèi)置式反應(yīng)罐的開啟和關(guān)閉。
(3)閥塊303和304圖3中閥塊303和304分別用于密封罐體上的上下通道，它們通過閥桿3連為一體，通過同時(shí)移動(dòng)來開啟和關(guān)閉內(nèi)置式反應(yīng)罐。閥塊304豎直側(cè)面417上開槽，以便在向上提升閥塊時(shí)液體或者固體原料能夠流出反應(yīng)罐。
(4)密封部件308該部件暴露于主反應(yīng)釜外，需要承受高溫高壓工作條件。它是通過壓緊螺母309把填料壓緊實(shí)現(xiàn)密封(填料結(jié)構(gòu)見圖6，它是圖5中圓圈中部分的放大圖)。其中，601和604是平板填料墊片，它們的作用是在壓緊螺絲309的壓力下產(chǎn)生變形，封住閥桿與填料片之間的空隙，形成輔助密封作用；602和603是錐形填料墊片，它們?cè)趬壕o螺絲309和不銹鋼墊圈503的共同擠壓下產(chǎn)生變形，向閥桿處變形擠壓，從而起到主要的密封作用；不銹鋼墊圈504的作用主要是引導(dǎo)墊圈602和603在受壓后向中心(閥桿)擠壓；凹形不銹鋼圈503的作用是與壓緊螺母309產(chǎn)生對(duì)頂壓力，同時(shí)為閥桿上的螺紋留出足夠的上下移動(dòng)空間。
所述球閥式內(nèi)置式反應(yīng)罐的開閉是通過閥桿和閥塊同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變閥塊中開孔的相對(duì)取向?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)罐的開閉。在這個(gè)過程中，只有閥桿和閥塊同時(shí)繞閥桿軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，沒有上下的運(yùn)動(dòng)。罐體內(nèi)有兩個(gè)密封閥塊與閥桿固定連接，分別用于密封罐體上的上下兩個(gè)通道，閥塊位置由卡子或軸用卡箍固定，閥塊上還有調(diào)節(jié)閥塊壓力的彈簧，兩個(gè)閥塊上各有一個(gè)或多個(gè)連通孔，用于打開或關(guān)閉內(nèi)置反應(yīng)罐。見圖7，圖8，圖9，圖10。
球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐各主要部件的功能(1)罐體701與針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐一樣，它主要用于盛裝固體或者液體反應(yīng)原料，底部的中轉(zhuǎn)螺絲706用于臨時(shí)密封，罐體組裝完畢并同時(shí)關(guān)閉上下兩個(gè)通道后，該螺絲需要取下。
(2)罐蓋707它的主要作用是輔助密封，并且通過它把罐體701固定在主反應(yīng)釜的釜蓋上。罐蓋上的連接部分穿過主反應(yīng)釜釜蓋后，用墊片107和緊固螺母106與主反應(yīng)釜相連接。
(3)閥桿702通過轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿702可以同時(shí)改變上下兩個(gè)閥塊703和704的相對(duì)取向，使閥塊上的開孔804和806對(duì)準(zhǔn)或者偏離罐體上的上下通道710和705，以便實(shí)現(xiàn)內(nèi)置式反應(yīng)罐的開啟和關(guān)閉。球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐與針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐的區(qū)別在于，在罐的打開或者關(guān)閉過程中，閥桿702沒有上下運(yùn)動(dòng)，便于密封部件更好地密封。
(4)閥塊703和704它們通過閥桿702連為一體，通過同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)來開啟和關(guān)閉內(nèi)置式反應(yīng)罐。閥桿上的彈簧803和808用于確保上下閥塊703和704同時(shí)壓緊，以免因釜內(nèi)泄露而使反應(yīng)過程難于控制。閥塊703和704上需要打出一個(gè)或者多個(gè)連通的孔道，當(dāng)閥塊上的孔道與罐體上的通道處于正對(duì)位置時(shí)，反應(yīng)罐處于打開狀態(tài)，反應(yīng)原料能夠通過這些孔道流出反應(yīng)罐。
(5)密封部件708通過壓緊螺母709把填料708壓緊實(shí)現(xiàn)密封(結(jié)構(gòu)見圖9和10)。在圖10中，1001和1004是平板填料墊片，它們的作用是在壓緊螺絲709的壓力下產(chǎn)生變形，封住閥桿702與填料片之間的空隙，具有輔助密封作用；1002和1003是錐形填料墊片，它們?cè)趬壕o螺絲709的擠壓下產(chǎn)生變形，向閥桿702處膨脹，起主要的密封作用；不銹鋼墊圈903的作用主要是引導(dǎo)墊圈1002和1003在受壓后向中心(閥桿)擠壓。
本實(shí)用新型的外置式反應(yīng)罐密封錘位于罐體內(nèi)的臺(tái)階上，密封圈套在密封錘上并向下壓緊，壓緊環(huán)套在密封錘上，通過密封錘、密封圈和壓緊環(huán)實(shí)現(xiàn)密封的，閥門通過螺桿與管路連接。外置式反應(yīng)罐通過密封錘、密封圈和壓緊環(huán)實(shí)現(xiàn)密封，這比通常的鋼對(duì)鋼硬接觸密封和墊片式密封使用更方便，密封效果更好。
外置式反應(yīng)罐部件中，密封錘1105的作用是支撐密封圈1107并且在密封圈受壓變形時(shí)，引導(dǎo)密封圈1107向四周擠壓，封住密封錘1105與罐體1101之間的縫隙。密封圈1107由變形性較好的填料制作，它在密封錘1105和壓緊環(huán)1106的共同擠壓下產(chǎn)生變形，起主要的密封作用。
外置式反應(yīng)罐與主反應(yīng)釜之間用耐高壓的管道連接。由于整個(gè)外置式反應(yīng)罐及其連接系統(tǒng)在主反應(yīng)釜之外，外置式反應(yīng)罐以及連接管路、接口和閥門要求能夠在1-1500大氣壓和室溫到250℃的工作溫度使用，以便確保操作安全。
外置式反應(yīng)罐105與主反應(yīng)釜101之間的連接方式可以如圖1所示，把外置式反應(yīng)罐105放置于主反應(yīng)釜101的側(cè)面，通過主反應(yīng)釜釜蓋上的開孔和側(cè)壁上的開孔，用螺絲或者通過閥門與主反應(yīng)釜連接。也可以按圖2所示的方式，把外置式反應(yīng)罐105放置于主反應(yīng)釜101的上方，兩個(gè)連接口都設(shè)置在主反應(yīng)釜的釜蓋上，通過螺絲或者通過閥門與主反應(yīng)釜連接起來。
本實(shí)用新型的高壓反應(yīng)釜可以有效地控制反應(yīng)過程和結(jié)晶過程，制備的樣品結(jié)晶質(zhì)量比現(xiàn)有技術(shù)大幅度改善。此外，通過控制反應(yīng)過程進(jìn)行的速度，還可以很方便地控制所制備材料的粒度及其分布，并能夠控制多相共存的材料中各個(gè)物相的相對(duì)含量。利用本實(shí)用新型改進(jìn)的反應(yīng)釜，可以有效地提高材料的產(chǎn)率，大幅度降低制備成本。


圖1是本實(shí)用新型的改進(jìn)的高壓反應(yīng)釜的組裝示意圖。圖2是本實(shí)用新型的改進(jìn)的高壓反應(yīng)釜的另一種組裝示意圖。其中，101為主反應(yīng)釜，103是加熱電爐絲，102是攪拌器，104是內(nèi)置式反應(yīng)罐，105是外置式反應(yīng)罐，107是墊片，106是壓緊螺母，108是閥門。
圖3是針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐的組裝示意圖。其中301是罐體，307是罐蓋，302是閥桿，用于提起或者壓下兩個(gè)閥塊303和304。標(biāo)有312的部分要求內(nèi)壁表面加工出一個(gè)小的錐度以改善密封效果。311是銑出的缺口，在擰緊反應(yīng)罐時(shí)夾持用。
圖4是針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐的組件結(jié)構(gòu)圖。403，409，410和416為卡子，用于固定閥塊和彈簧的位置，404，408，411和415為彈簧，分別用于壓緊閥塊303和304。406和413為填料，當(dāng)向下壓緊閥塊時(shí)，墊片405和412分別將兩個(gè)填料壓緊，防止泄露。圖中標(biāo)有417的側(cè)面需要開槽，以便在打開反應(yīng)罐時(shí)反應(yīng)原料能夠流出去。
圖5是針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐的密封部件圖。309是壓緊螺母，用于壓緊填料308以實(shí)現(xiàn)密封。
圖6是圖5中圓圈內(nèi)的部分放大圖。其中503是凹形鋼環(huán)，主要作用是當(dāng)閥桿上下移動(dòng)時(shí)，為帶有螺紋的部分留出一個(gè)空間，另外，它還與壓緊螺母309一起對(duì)填料片308進(jìn)行擠壓。601和604是平板填料片，它們?cè)趬毫ψ饔孟伦冃尾a(chǎn)生輔助密封作用。602和603是錐形填料片，在壓力作用下它們或向中心擠壓，起到主要的密封作用。504則是鋼環(huán)，它的截面可以是三角形的，也可以是梯形的，主要作用是當(dāng)錐型填料片602和603受壓變形時(shí)，引導(dǎo)它們向中心擠壓，以改善密封效果。
圖7是球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐的組裝示意圖。其中701是罐體，707是罐蓋，702是閥桿，用于提起或者壓下兩個(gè)閥塊703和704。710和705是反應(yīng)罐罐體上打出的通道孔。711是銑出的缺口，在擰緊反應(yīng)罐時(shí)夾持用。708是反應(yīng)罐的密封部件，用于把反應(yīng)體系與外界隔離開。706是中轉(zhuǎn)螺桿，用于向反應(yīng)罐內(nèi)裝料時(shí)臨時(shí)密封，待反應(yīng)罐完全組裝好后，需要將它們?nèi)∠隆?br> 圖8是球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐的組件結(jié)構(gòu)圖。其中，804和806分別是在閥塊703和704上打出的孔道，它們的作用是用于打開反應(yīng)罐的上下通道710和705。802，805，807和809為卡子，用于固定閥塊和彈簧的位置。803和808為兩個(gè)彈簧，分別用于壓緊閥塊703和704。
圖9是球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐的密封部件圖。708是填料，709是壓緊螺母，用于壓緊填料以實(shí)現(xiàn)密封。901是螺紋，用于閥桿702的定位，902則是球面密封部分，用于反應(yīng)罐的輔助密封。
圖10是圖9中圓圈內(nèi)的部分放大圖。其中1001和1004是平板填料片，它們?cè)趬毫ψ饔孟伦冃尾a(chǎn)生輔助密封作用。1002和1003是錐形填料片，在壓力作用下它們向中心擠壓，起到主要的密封作用。903則是鋼環(huán)，它的截面可以是三角形的，也可以是梯形的，主要作用是當(dāng)錐型填料片1002和1003受壓變形時(shí)，引導(dǎo)它們向中心擠壓變形，以改善密封效果。
圖11是外置式反應(yīng)罐的結(jié)構(gòu)圖。其中1101是罐體，1104是罐蓋，1105是密封錘。1108是銑出的缺口，供擰緊反應(yīng)罐時(shí)夾持用。1107是密封圈，1106是壓緊環(huán)。在壓緊環(huán)1106和密封錘1105的共同擠壓下，密封圈向四周膨脹，堵住密封錘1105和罐體1101之間的縫隙實(shí)現(xiàn)密封。
圖12是磷化鎵納米材料的X-射線衍射圖，(a)是用通常的攪拌式反應(yīng)釜制備的樣品，樣品(b)是用本實(shí)用新型改進(jìn)的反應(yīng)釜制備的磷化鎵納米材料。在仔細(xì)控制反應(yīng)原料混合速度的情況下，磷化鎵納米晶的結(jié)晶完整性得到了很大改善。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1結(jié)構(gòu)如圖1、圖3～5、圖11所示，在主反應(yīng)釜內(nèi)安裝兩個(gè)針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐104沿直線排列，它們的罐蓋部分穿過主反應(yīng)釜101的釜蓋后，用墊片107以及緊固螺母106與主反應(yīng)釜連接，在主反應(yīng)釜外面兩側(cè)裝有兩個(gè)外置式反應(yīng)罐105，它們的兩端各連接一個(gè)閥門108后，再用鋼管與主反應(yīng)釜釜蓋和釜側(cè)壁上的開孔相連接。通過調(diào)整不同的反應(yīng)罐的開閉次序來控制反應(yīng)過程的次序、速度以及開始和終止。圖3中，內(nèi)置式反應(yīng)罐301通過螺紋與罐蓋307連接，罐體301內(nèi)部安裝兩個(gè)密封閥塊303和304，分別用于密封罐體上的上下兩個(gè)通道306和305。兩個(gè)密封閥塊303和304用閥桿302連為一體以便同時(shí)動(dòng)作。閥桿302與閥塊303和304之間可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖4中，凹形鋼環(huán)402的作用是為閥桿302上的螺紋預(yù)留出上下移動(dòng)的空間。錐面部分401的作用是當(dāng)內(nèi)置式反應(yīng)罐與主反應(yīng)釜釜蓋固定好后，錐面與主反應(yīng)釜釜蓋緊密接觸以實(shí)現(xiàn)密封。另外，在圖4中，403，409，410，416是卡子或軸用卡箍，用于固定閥塊303和304的位置。405，407，412和414則是墊片，用于確保閥桿302與閥塊303，304之間的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。彈簧404，408，411和415用于調(diào)節(jié)閥塊303和304上的壓力，并實(shí)現(xiàn)兩閥塊位置的微調(diào)。填料406和413是在閥塊向下壓緊時(shí)，實(shí)現(xiàn)閥桿和閥塊之間的密封用的。內(nèi)置式反應(yīng)罐中位于主反應(yīng)釜外面的閥桿密封是通過圖5中的壓緊螺母309向內(nèi)擠壓填料308使其變形而實(shí)現(xiàn)的。填料的組成方式采用多級(jí)復(fù)合密封，見圖6。密封部件中601，602，504，603，604相互組合為一組，可以使用一組，也可以使用多組。這種方法可以大幅度改善通常的針閥和球閥的密封。外置式反應(yīng)罐結(jié)構(gòu)如圖11所示，使用時(shí)，首先把密封錘1105安裝進(jìn)罐體內(nèi)的臺(tái)階上，接著再把密封圈1107套在密封錘1105上并向下壓緊。然后，把壓緊環(huán)1106再套在密封錘1105上，最后擰緊罐蓋1104。由于密封圈1107在罐蓋的擠壓下變形，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外置式反應(yīng)罐的密封。圖11中，1103和1109是用于連接閥門和管路的螺桿，1108則是銑出的缺口，在擰緊反應(yīng)罐時(shí)夾持用。
實(shí)施例2結(jié)構(gòu)如圖2、圖7～10、圖11所示，在主反應(yīng)釜內(nèi)安裝一個(gè)球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐，球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐104的罐蓋部分穿過主反應(yīng)釜101的釜蓋后，用墊片107以及緊固螺母106與主反應(yīng)釜連接。在主反應(yīng)釜外面裝3個(gè)外置式反應(yīng)罐，它們?cè)谥鞣磻?yīng)釜的上方均勻排開，兩端各連接一個(gè)閥門108后，再用鋼管與主反應(yīng)釜釜蓋上的兩個(gè)開孔相連接。
圖7中，球閥式內(nèi)置式反應(yīng)罐701通過螺紋與罐蓋707連接，罐體701內(nèi)部安裝兩個(gè)密封閥塊703和704，分別用于密封罐體上的上下兩個(gè)通道710和705。兩個(gè)密封閥塊703和704用閥桿702連為一體以便同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。閥桿702與閥塊703和704之間不能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖8中，錐面部分801的作用是當(dāng)內(nèi)置式反應(yīng)罐與主反應(yīng)釜釜蓋固定好后，錐面與主反應(yīng)釜釜蓋緊密接觸以實(shí)現(xiàn)密封。另外，在圖8中，802，805，807，809是卡子或軸用卡箍，用于固定閥塊703和704的位置。彈簧803，808用于調(diào)節(jié)閥塊703和704上的壓力，并實(shí)現(xiàn)兩閥塊位置的微調(diào)。804和806是閥塊703和704上的連通孔，用于打開或關(guān)閉內(nèi)置反應(yīng)罐。
球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐中位于主反應(yīng)釜外面的閥桿密封是通過圖9中的壓緊螺母709向內(nèi)擠壓填料708使其變形而實(shí)現(xiàn)的。填料的組成方式采用多級(jí)復(fù)合密封，見圖10。密封部件中1001，1002，903，1003，1004相互組合為一組，可以單獨(dú)使用，也可以多組組合使用。
實(shí)施例3如實(shí)施例1，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)安裝1個(gè)針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐和1個(gè)球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面加裝1個(gè)外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例4如實(shí)施例2，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)安裝2個(gè)球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐和2個(gè)針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面加裝六個(gè)外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例5如實(shí)施例2，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)安裝8個(gè)針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面加裝10個(gè)外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例6如實(shí)施例1，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)安裝1個(gè)球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐和1個(gè)針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面加裝20個(gè)外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例7如實(shí)施例1，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)安裝4個(gè)球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐和2個(gè)針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面不加裝外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例8如實(shí)施例2，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)安裝3個(gè)針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面不加裝外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例9如實(shí)施例2，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)安裝12個(gè)針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐和18個(gè)球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面不加裝外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例10如實(shí)施例1，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)不加裝內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面加裝4個(gè)外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例11如實(shí)施例1，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)不加裝內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面加裝16個(gè)外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例12如實(shí)施例1，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)不加裝內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面加裝30個(gè)外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例13如實(shí)施例2，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)安裝30個(gè)針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面不加裝外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例14如實(shí)施例2，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)安裝30個(gè)球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面不加裝外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例15如實(shí)施例1，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)加裝1個(gè)針閥式內(nèi)置反應(yīng)罐和3個(gè)球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面加裝3個(gè)外置式反應(yīng)罐。
實(shí)施例16如實(shí)施例1，所不同的是在主反應(yīng)釜內(nèi)裝1個(gè)球閥式內(nèi)置反應(yīng)罐，在主反應(yīng)釜外面裝1個(gè)外置式反應(yīng)罐。
為了進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的改進(jìn)的高壓反應(yīng)釜的效果，分別用現(xiàn)有的普通攪拌式高壓反應(yīng)釜和本實(shí)用新型改進(jìn)的高壓反應(yīng)釜合成了磷化鎵納米材料，反應(yīng)原料是三氯化鎵和磷化鈉，溶劑為經(jīng)過蒸餾和除水除氧的苯。
在普通攪拌式高壓反應(yīng)釜內(nèi)，首先加入苯，再向其中加入0.5摩爾的三氯化鎵。稍加攪拌使三氯化鎵溶解后，再加入0.6摩爾的磷化鈉，最后再加入一定量的苯使填充率為80％。用高純氮?dú)馀懦磻?yīng)釜內(nèi)的空氣后，封釜。把反應(yīng)釜的溫度提高到120℃恒溫5小時(shí)，同時(shí)以350-400轉(zhuǎn)/分鐘的速度持續(xù)攪拌，直到反應(yīng)完成。把產(chǎn)物分別用苯和去離子水抽濾3-5次后，所得粉末真空干燥即得磷化鎵納米材料。它的X-射線衍射圖見圖12(a)。
作為對(duì)比，我們利用本實(shí)用新型的改進(jìn)的高壓反應(yīng)釜制備了磷化鎵納米材料。首先向主反應(yīng)釜內(nèi)加入苯，再向其中加入0.6摩爾的磷化鈉。稍加攪拌后，加入一定量的苯使填充率達(dá)到80％；把0.5摩爾的三氯化鎵溶解到50毫升苯中，再把三氯化鎵的苯溶液加入到內(nèi)置式反應(yīng)罐(也可以用外置式反應(yīng)罐)中，把內(nèi)置式反應(yīng)罐封好后安裝到主反應(yīng)釜內(nèi)。用高純氮?dú)馀懦磻?yīng)釜內(nèi)的空氣后，封釜。把反應(yīng)釜的溫度提高到120℃后，稍稍打開反應(yīng)罐的上下通道，使三氯化鎵的苯溶液緩慢地與磷化鈉混合反應(yīng)。在120℃恒溫5小時(shí)，同時(shí)以350-400轉(zhuǎn)/分鐘的速度持續(xù)攪拌，直到反應(yīng)完成。把產(chǎn)物分別用苯和去離子水抽濾3-5次后，所得粉末真空干燥即得磷化鎵納米材料。它的X-射線衍射圖見圖12(b)。
很明顯，圖12(b)中樣品的X-射線衍射峰銳而且強(qiáng)，圖12(a)中樣品的X-射線衍射峰則寬而弱。這說明，利用本實(shí)用新型的改進(jìn)的高壓反應(yīng)釜可以有效地控制反應(yīng)過程和結(jié)晶過程，制備的樣品結(jié)晶質(zhì)量要比普通方法好得多。
權(quán)利要求1.用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜，包括高壓反應(yīng)釜的釜體、釜蓋和緊固件，加熱爐及溫度控制器，磁力驅(qū)動(dòng)攪拌器和轉(zhuǎn)速控制器，壓力測(cè)量裝置，安全防爆裝置，用于取樣和通氣的閥門、管道，其特征在于，在反應(yīng)釜內(nèi)、外加裝了一套或者多套內(nèi)置式反應(yīng)罐和/或外置式反應(yīng)罐。
2.如權(quán)利要求1所述的用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜，其特征在于，所述內(nèi)置式反應(yīng)罐和/或外置式反應(yīng)罐的數(shù)量分別為1～30個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜，其特征在于，所述內(nèi)置式反應(yīng)罐分為針閥式和球閥式兩種，包括罐體、罐蓋、閥桿、閥塊、密封部件和與主反應(yīng)釜連接部件，通過罐蓋上的錐體部分與主反應(yīng)釜釜蓋緊密接觸或者在罐蓋與主反應(yīng)釜蓋之間加上墊片密封連接。
4.如權(quán)利要求1或3所述的用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜，其特征在于，所述內(nèi)置式反應(yīng)罐位于主反應(yīng)釜外面的閥桿密封方式采用一組密封或多組密封復(fù)合密封，通過壓緊螺母向內(nèi)擠壓填料使其變形而實(shí)現(xiàn)的。
5.如權(quán)利要求1或3所述的用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜，其特征在于，所述針閥式內(nèi)置式反應(yīng)罐上下通道的開閉是通過轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿來提起和壓下閥塊實(shí)現(xiàn)的，在這個(gè)過程中，閥桿和閥塊整體做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；罐體內(nèi)有兩個(gè)密封閥塊與閥桿連為一體，兩個(gè)密封閥塊分別用于密封罐體上的上下兩個(gè)通道，閥桿與閥塊之間有墊片，密封閥塊與閥桿可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，凹形鋼環(huán)為閥桿上的螺紋預(yù)留出上下移動(dòng)的空間，閥塊位置由卡子或軸用卡箍固定，閥塊上還有調(diào)節(jié)閥塊壓力的彈簧。
6.如權(quán)利要求1或3所述的用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜，其特征在于，所述球閥式內(nèi)置式反應(yīng)罐的開閉是通過閥桿和閥塊同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變閥塊中開孔的相對(duì)取向?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)罐的開閉。在這個(gè)過程中，只有閥桿和閥塊同時(shí)繞閥桿軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，沒有上下的運(yùn)動(dòng)。罐體內(nèi)有兩個(gè)密封閥塊與閥桿固定連接，分別用于密封罐體上的上下兩個(gè)通道，閥塊位置由卡子或軸用卡箍固定，閥塊上還有調(diào)節(jié)閥塊壓力的彈簧，兩個(gè)閥塊上各有一連通孔，用于打開或關(guān)閉內(nèi)置反應(yīng)罐。
7.如權(quán)利要求1所述的用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜，其特征在于，所述外置式反應(yīng)罐與主反應(yīng)釜之間的連接有側(cè)接和上接兩種側(cè)接式是外置式反應(yīng)罐兩端各連接一個(gè)閥門后，再通過鋼管與主反應(yīng)釜釜蓋和釜側(cè)壁上的開孔相連接。上接式外置式反應(yīng)罐通過釜蓋上的開孔連接于主反應(yīng)釜上方。
8.如權(quán)利要求1或7所述的用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜，其特征在于，所述外置式反應(yīng)罐由罐體、罐蓋、密封錘、密封圈、壓緊環(huán)和上下兩個(gè)閥門組成，密封錘位于罐體內(nèi)的臺(tái)階上，密封圈套在密封錘上并向下壓緊，壓緊環(huán)套在密封錘上，通過密封錘、密封圈和壓緊環(huán)實(shí)現(xiàn)密封的，閥門通過螺桿與管路連接。
9.如權(quán)利要求1或7所述的用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜，其特征在于，所述的外置式反應(yīng)罐與主反應(yīng)釜之間用耐高壓的管道連通。
專利摘要用于控制水熱和溶劑熱反應(yīng)過程的高壓反應(yīng)釜，屬于化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。包括高壓反應(yīng)釜的釜體、釜蓋和緊固件，加熱爐及溫度控制器，磁力驅(qū)動(dòng)攪拌器和轉(zhuǎn)速控制器，壓力測(cè)量裝置，安全防爆裝置，用于取樣和通氣的閥門、管道，在反應(yīng)釜內(nèi)、外加裝了一套或者多套內(nèi)置式反應(yīng)罐和/或外置式反應(yīng)罐。本實(shí)用新型的高壓反應(yīng)釜可以有效地控制反應(yīng)過程和結(jié)晶過程，制備的樣品結(jié)晶質(zhì)量比現(xiàn)有技術(shù)大幅度改善。此外，通過控制反應(yīng)過程進(jìn)行的速度，還可以很方便地控制所制備材料的粒度及其分布，并能夠控制多相共存的材料中各個(gè)物相的相對(duì)含量。
文檔編號(hào)B01J19/18GK2623327SQ0321837
公開日2004年7月7日 申請(qǐng)日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者崔得良, 蔣民華, 郝霄鵬, 于美燕 申請(qǐng)人:山東大學(xué)