用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及納米材料技術領域，提供一種用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，包括具有反應室的流化床反應器本體以及設于反應室內的旋轉裝置，旋轉裝置包括沿反應室中心縱向設置的旋轉軸以及與旋轉軸連接且可在旋轉軸帶動下旋轉的旋轉體，反應室設有供氣體流入的流入口以及供氣體流出的流出口，旋轉軸與流入口連通，旋轉體與旋轉軸連通，且旋轉體上設有正對反應室的內壁且與旋轉軸連通供氣體流出的若干氣孔。本發明中，旋轉體在氣流的反沖作用力下被驅動旋轉，旋轉體在轉動時，旋轉體清潔粘附在反應室內壁上的催化劑和碳納米管，同時由氣孔噴出的氣體對反應室內壁進行沖洗，避免碳納米管在反應室內壁上局部堆積而造成流化床內有效體積的減少。
【專利說明】
用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器
技術領域
[0001 ]本發明涉及納米材料技術領域，更具體地說，是涉及一種用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器。
【背景技術】
[0002]碳納米管作為一種新興的具有優異性能的一維納米材料被廣泛應用于二次鋰離子電池導電介質、復合材料、場發射、儲能材料等各個方面。流化床反應器被用在碳納米管的大規模生產中，其優異的傳熱、傳質過程使催化劑與原料氣體充分接觸、反應能獲得了性能優異的碳納米管。
[0003]由于碳納米管是具有中空結構的一維納米材料，且具有體積密度小、比表面積大、長徑比高等特點，碳納米管很容易相互纏繞形成團聚體。在使用流化床反應器生產碳納米管的過程中催化劑易粘附反應器的內壁上，隨著碳納米管的生長，團聚的碳納米管在內壁上逐漸積累形成堆積體，并且在放料時不能隨氣流一起被帶出。隨著連續生產批次的增多，反應器內壁上團聚的碳納米管越積越厚，占用了流化床反應器的一部分體積，嚴重影響反應器內傳熱、傳質過程的進行，從而降低了流化床反應器的效率，不能實現真正意義上的連續化生產。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，旨在解決現有技術中在碳納米管生產中流化床反應器內壁易堆積碳納米管，而影響反應器內傳熱、傳質的問題。
[0005]為解決上述技術問題，本發明的技術方案是:提供一種用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，包括具有反應室的流化床反應器本體，還包括設于所述反應室內的旋轉裝置，所述旋轉裝置包括沿所述反應室中心縱向設置的旋轉軸以及與所述旋轉軸連接且可在所述旋轉軸帶動下旋轉的旋轉體，所述反應室設有供氣體流入的流入口以及供氣體流出的流出口，所述旋轉軸與所述流入口連通，所述旋轉體與所述旋轉軸連通，且所述旋轉體上設有正對所述反應室的內壁且與所述旋轉軸連通供氣體流出的若干氣孔。
[0006]可選地，所述旋轉體包括若干旋轉桿、上連接桿組件及下連接桿組件，若干所述旋轉桿縱向設置，若干所述旋轉桿均勻排列，若干所述旋轉桿的上端頭之間的連線以及下端頭之間的連線均呈圓形，所述上連接桿組件水平設置，且將若干所述旋轉桿的上端頭連接為一體，所述下連接桿組件水平設置，且將若干所述旋轉桿的下端頭連接為一體，若干氣孔沿各所述旋轉桿長度方向均勻設置，所述上連接桿組件與所述下連接桿組件中至少一與所述旋轉軸及若干所述旋轉桿連通。
[0007]可選地，所述上連接桿組件包括若干呈直桿狀的上連接桿，若干所述上連接桿交叉設置，若干所述上連接桿的交點位于若干所述旋轉桿上端頭圓形連線的中心，每根上連接桿的兩端分別連接相對設置的兩旋轉桿的上端頭;所述下連接桿組件若干呈直桿狀的下連接桿，若干所述下連接桿交叉設置，若干所述下連接桿的交點位于若干所述旋轉桿下端頭圓形連線的中心，每根下連接桿的兩端分別連接相對設置的兩旋轉桿的下端頭，所述旋轉軸固定連接于所述兩交點處。
[0008]可選地，所述上連接桿組件包括一呈圓形的第一上連接桿以及若干呈直桿狀的第二上連接桿，若干所述旋轉桿的上端頭與所述第一上連接桿固定連接，若干所述第二上連接桿交叉設置于所述第一上連接桿內部，且若干所述第二上連接桿的交點位于所述第一上連接桿的中心;所述下連接桿組件包括一呈圓形的第一下連接桿以及若干呈直桿狀的第二下連接桿，若干所述旋轉桿的下端頭與所述第一下連接桿固定連接，若干所述第二下連接桿交叉設置于所述第一下連接桿內部，且若干所述第二下連接桿的交點位于所述第一下連接桿的中心，所述旋轉軸固定連接于所述兩交點處。
[0009]可選地，所述旋轉軸包括同軸設置的上旋轉部與下旋轉部，所述上旋轉部與所述下旋轉部分別連接于兩所述交點處。
[0010]可選地，所述下旋轉部伸出所述流入口與外部氣供裝置連通。
[0011 ]可選地，所述旋轉桿呈直桿狀;或者，所述旋轉桿呈彎曲狀。
[0012]可選地，所述旋轉桿與所述反應室的內壁貼靠。
[0013]可選地，相對設置的兩所述旋轉桿上的所述氣孔交錯設置。
[0014]可選地，所述氣孔截面呈圓形、矩形、三角形或橢圓形。
[0015]本發明中，通過流入口向旋轉軸充入一定流速的惰性氣體，惰性氣體經旋轉軸進入旋轉體，并由若干氣孔中流出，旋轉體在氣流的反沖作用力下被驅動旋轉，通過控制氣流的大小可控制旋轉體的轉速，旋轉體在轉動時，旋轉體清潔粘附在反應室內壁上的催化劑和碳納米管，同時由氣孔噴出的氣體對反應室內壁進行沖洗，避免碳納米管在反應室內壁上局部堆積而造成流化床內有效體積的減少，進而使團聚的碳納米管始終呈現良好的流化狀態。而且，旋轉裝置無需任何外源動力，不消耗額外的能源，易于操作，提高了流化床設備使用效率，便于大規模、連續化生產高質量碳納米管。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明實施例一提供的用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器的縱向剖視圖；
[0017]圖2是圖1中A-A剖視圖；
[0018]圖3是本發明實施例一中旋轉裝置的結構示意圖；
[0019]圖4是本發明實施例一中相對設置的兩旋轉桿上的氣孔分布示意圖；
[0020]圖5是本發明實施例一中相對設置的兩旋轉桿上的另一氣孔分布示意圖；
[0021 ]圖6是本發明實施例二中旋轉裝置的結構示意圖；
[0022]100-反應器本體；110-反應室；120-流入口；
[0023]130-流出口；200-旋轉裝置；210-旋轉軸；
[0024]211-上旋轉部；212-下旋轉部；220-旋轉體；
[0025]221-氣孔；222-旋轉桿；223-上連接桿組件；
[0026]2231-第一上連接桿； 2232-第二上連接桿；224-下連接相組件；
[0027]2241-第一下連接桿； 2242-第二下連接桿；225-上連接桿；
[0028]226-下連接桿。
【具體實施方式】
[0029]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0030]需要說明的是，當元件被稱為“固定于”或“設置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者可能同時存在居中元件。當一個元件被稱為“連接于”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。
[0031]還需要說明的是，本實施例中的左、右、上、下等方位用語，僅是互為相對概念或是以產品的正常使用狀態為參考的，而不應該認為是具有限制性的。
[0032]實施例一
[0033]參照圖1、圖2，本發明實施例一提供的用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，包括具有反應室100的流化床反應器本體100，還包括設于反應室100內的旋轉裝置200。旋轉裝置200包括沿反應室100中心縱向設置的旋轉軸210以及與旋轉軸210連接且可在旋轉軸210帶動下旋轉的旋轉體220。反應室100的底部設有供氣體流入的流入口 120，反應室100的頂部設有供氣體流出的流出口 130。旋轉軸210與流入口 120連通，旋轉體220與旋轉軸210連通，且旋轉體220上設有正對反應室100的內壁且與旋轉軸210連通供氣體流出的若干氣孔 221。
[0034]本發明實施例中，通過流入口120向旋轉軸210充入一定流速的惰性氣體，惰性氣體經旋轉軸210進入旋轉體220，并由若干氣孔221中流出，旋轉體220在氣流的反沖作用力下被驅動旋轉，通過控制氣流的大小可控制旋轉體220的轉速，旋轉體220在轉動時，旋轉體220清潔粘附在反應室100內壁上的催化劑和碳納米管，同時由氣孔221噴出的氣體對反應室100內壁進行沖洗，避免碳納米管在反應室110內壁上局部堆積而造成流化床內有效體積的減少，進而使團聚的碳納米管始終呈現良好的流化狀態。而且，旋轉裝置200無需任何外源動力，不消耗額外的能源，易于操作，提高了流化床設備使用效率，便于大規模、連續化生產高質量碳納米管。
[0035]參照圖3，旋轉體220包括若干旋轉桿222、上連接桿組件223及下連接桿組件224。本實施例中，旋轉桿222為四根，均呈直桿狀，四根旋轉桿222均縱向設置，且均勻排列，四根旋轉桿222兩兩相對設置，四根旋轉桿222的上端頭之間的連線以及下端頭之間的連接均呈圓形。每根旋轉桿222上均設有若干上述的氣孔221，且每根旋轉桿222上的氣孔221是沿旋轉桿222的長度均勻分布。
[0036]而上連接桿組件223包括兩根上連接桿225，兩根上連接桿225也呈直桿狀。兩根上連接桿225水平交叉設置，兩根上連接桿225的交點位于四根旋轉桿222上端頭圓形連線的中心，每根上連接桿225的兩端分別連接相對設置的兩旋轉桿222的上端頭，由于兩根上連接桿225于交叉處連接于一體，這樣，兩根上連接桿225即將四根旋轉桿222的上端頭連接為一體。同樣的，下連接桿組件224包括兩根下連接桿226，兩根下連接桿226也呈直桿狀。兩根下連接桿226水平交叉設置，兩根下連接桿226的交點位于四根旋轉桿222下端頭圓形連接的中心，每根下連接桿226的兩端分別連接相對設置的兩旋轉桿222的下端頭，這樣，兩根下連接桿226即將四根旋轉桿222的下端頭連接為一體。
[0037]本實施例中，旋轉軸210包括同軸設置的上旋轉部211與下旋轉部212，上旋轉部211與下旋轉部212分別連接于兩上連接桿225的交點處及兩根下連接桿226的交點處。當然，旋轉軸210也可以為一整體軸，貫穿于旋轉體220內。
[0038]本實施例中，下旋轉部212也為中空管，下旋轉部212伸出流入口120與外部氣供裝置連通。下連接桿組件224中的兩下連接桿226均為中空管，兩下連接桿226均與下旋轉部212及四根旋轉桿222連通。這樣，惰性氣體由下旋轉部212進入兩下連接桿226內，并通過兩下連接桿226進入四根旋轉桿222內由氣孔221流出，并最終通過反應室100的流出口 130流出。這樣，不需要上連接桿組件223提供通道，上連接桿組件223的兩上連接桿225即可采用實體管。當然，當氣流的流入口 120設置于反應室100的頂部時，也可以將上連接桿組件223設置為空心管，而將下連接桿組件224設置為實體管。
[0039]需要說明的是，上連接桿組件223中的上連接桿225數量、下連接桿組件224中的下連接桿226數量以及旋轉桿222的數量也可以為其他數量。
[0040]由圖1可以看出，四根旋轉桿222均與反應室100的內壁貼靠。這樣，在旋轉時，由旋轉桿222上流出氣體能有效地移除粘附在反應室100內壁上的催化劑和碳納米管。
[0041]由圖3可以看出，本實施例中，氣孔221為非貫通孔，其開口朝向反應室100內壁，相對設置的兩旋轉桿222的氣孔221開口朝向相反，這樣，保證由氣孔221流出的氣體能直接對準反應室100內壁進行沖洗，沖洗效率更高。
[0042]圖4，為本發明實施例一中相對設置的兩旋轉桿222上的氣孔221分布示意圖。由圖中可以看出，相對設置的兩旋轉桿222上的氣孔221交錯設置。且每個氣孔221截面呈圓形。這樣，對于相對設置的兩旋轉桿222而言，交錯的氣孔221在豎直方向上保持連續，即在豎直方向上不存在間隔，因而不會存在氣體沖刷的死角，最大程度清潔反應器內壁。而且，在旋轉桿222轉動過程中，由氣孔221流出的反沖氣體沿反應器內壁切線方向流動，不影響豎直方向流化床的流化反應。
[0043]需要說明的是，氣孔221也可以采用其他形狀，如圖5所示中的橢圓形。或者，也可以為矩形，三角形等等。
[0044]實施例二
[0045]參照圖6，本發明實施例二提供的用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，其與實施例一的不同之處在于，旋轉體220結構不同。本實施例中，旋轉體220中的旋轉桿222呈彎曲狀。這種曲線設計在旋轉體220同等高度下，增加了單位長度上的氣孔221的數量，由氣孔221流出的氣體分布更加均勻，利用氣體沖刷效率更高。
[0046]另外，上連接桿組件223的結構與下連接桿組件224的結構也不同于實施例一。本實施例中，上連接桿組件223包括一呈圓形的第一上連接桿2231以及兩呈直桿狀的第二上連接桿2232，四根旋轉桿222的上端頭與第一上連接桿2231固定連接，兩第二上連接桿2232交叉設置于第一上連接桿2231內部，且兩第二上連接桿2232的交點位于第一上連接桿2231的中心；同樣的，下連接桿組件224包括一呈圓形的第一下連接桿2241以及兩呈直桿狀的第二下連接桿2242，四根旋轉桿222的下端頭與第一下連接桿2241固定連接，兩第二下連接桿2242交叉設置于第一下連接桿2241內部，且兩第二下連接桿2242的交點位于第一下連接桿2241的中心。而旋轉軸210結構與實施例一中旋轉軸210結構相同，上旋轉部211與下旋轉部212分別連接于兩交點處。
[0047]本實施例中，增加圓形的第一上連接桿2231及圓形的第二上連接桿2232，使旋轉體220的結構更穩固，而實施例一中省略呈圓形的第一上連接桿2231及呈圓形的第二上連接桿2232，也在一定程度上減輕了旋轉體220的重量，便于其更好地旋轉。在實際應用中，可以根據要求，增加或省略圓形的第一上連接桿2231及圓形的第二上連接桿2232。
[0048]綜上，本發明中具有上述結構碳納米管生產的自清潔流化床反應器，具有以下有益效果:
[0049]—、于反應室100內增加旋轉體220，利用旋轉體220在反應室100內的轉動清除粘附在反應室100內壁上的催化劑和團聚碳納米管，使流化體積、流化狀態始終處于穩定狀態，增加生產的穩定性和設備使用效率；
[0050]二、旋轉體220采用惰性氣體反沖的原理，無需使用任何額外的能源就能實現旋轉體220的連續轉動，經濟又高效；
[0051 ]三、旋轉體220中氣孔221沿旋轉桿222均勻分布，使反沖氣體分布更加均勻，自清潔效率更高；
[0052]四、旋轉體220中相對設置的兩旋轉桿222上的氣孔221交錯分布，使得氣孔221整體上在豎直方向上不存在間隔，避免出現氣體沖刷的死角，最大程度清潔反應器內壁；
[0053]五、旋轉體220在旋轉過程中，反沖氣體沿著反應室100內壁切線方向流動，不影響豎直方向流化床的流化行為。
[0054]以上僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，包括具有反應室的流化床反應器本體，其特征在于:還包括設于所述反應室內的旋轉裝置，所述旋轉裝置包括沿所述反應室中心縱向設置的旋轉軸以及與所述旋轉軸連接且可在所述旋轉軸帶動下旋轉的旋轉體，所述反應室設有供氣體流入的流入口以及供氣體流出的流出口，所述旋轉軸與所述流入口連通，所述旋轉體與所述旋轉軸連通，且所述旋轉體上設有正對所述反應室的內壁且與所述旋轉軸連通供氣體流出的若干氣孔。2.如權利要求1所述的用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，其特征在于:所述旋轉體包括若干旋轉桿、上連接桿組件及下連接桿組件，若干所述旋轉桿縱向設置，若干所述旋轉桿均勻排列，若干所述旋轉桿的上端頭之間的連線以及下端頭之間的連線均呈圓形，所述上連接桿組件水平設置，且將若干所述旋轉桿的上端頭連接為一體，所述下連接桿組件水平設置，且將若干所述旋轉桿的下端頭連接為一體，若干氣孔沿各所述旋轉桿長度方向均勻設置，所述上連接桿組件與所述下連接桿組件中至少一與所述旋轉軸及若干所述旋轉桿連通。3.如權利要求2所述的用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，其特征在于:所述上連接桿組件包括若干呈直桿狀的上連接桿，若干所述上連接桿交叉設置，若干所述上連接桿的交點位于若干所述旋轉桿上端頭圓形連線的中心，每根上連接桿的兩端分別連接相對設置的兩旋轉桿的上端頭;所述下連接桿組件若干呈直桿狀的下連接桿，若干所述下連接桿交叉設置，若干所述下連接桿的交點位于若干所述旋轉桿下端頭圓形連線的中心，每根下連接桿的兩端分別連接相對設置的兩旋轉桿的下端頭，所述旋轉軸固定連接于所述兩交點處。4.如權利要求2所述的用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，其特征在于:所述上連接桿組件包括一呈圓形的第一上連接桿以及若干呈直桿狀的第二上連接桿，若干所述旋轉桿的上端頭與所述第一上連接桿固定連接，若干所述第二上連接桿交叉設置于所述第一上連接桿內部，且若干所述第二上連接桿的交點位于所述第一上連接桿的中心;所述下連接桿組件包括一呈圓形的第一下連接桿以及若干呈直桿狀的第二下連接桿，若干所述旋轉桿的下端頭與所述第一下連接桿固定連接，若干所述第二下連接桿交叉設置于所述第一下連接桿內部，且若干所述第二下連接桿的交點位于所述第一下連接桿的中心，所述旋轉軸固定連接于所述兩交點處。5.如權利要求3或4所述的用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，其特征在于:所述旋轉軸包括同軸設置的上旋轉部與下旋轉部，所述上旋轉部與所述下旋轉部分別連接于兩所述交點處。6.如權利要求5所述的用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，其特征在于:所述下旋轉部伸出所述流入口與外部氣供裝置連通。7.如權利要求2或3或4所述的用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，其特征在于:所述旋轉桿呈直桿狀;或者，所述旋轉桿呈彎曲狀。8.如權利要求2或3或4所述的用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，其特征在于:所述旋轉桿與所述反應室的內壁貼靠。9.如權利要求2或3或4所述的用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，其特征在于:相對設置的兩所述旋轉桿上的所述氣孔交錯設置。10.如權利要求2或3或4所述的用于碳納米管生產的自清潔流化床反應器，其特征在于:所述氣孔截面呈圓形、矩形、三角形或橢圓形。
【文檔編號】C01B31/02GK105854740SQ201610378632
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】陳杰
【申請人】深圳市三順中科新材料有限公司