一种气相白炭黑燃烧反应器的制作方法

[0001]
本实用新型涉及气相白炭黑生产设备技术领域，具体涉及一种气相白炭黑燃烧反应器。


背景技术：

[0002]
目前，气相白炭黑的生产工艺需要先通过混合器将空气、氢气和反应气(四氯化硅、三氯氢硅、甲基氯硅烷等)进行充分的混合后通入到反应器中进行点火燃烧，混合器只有混合气体的功能，反应器只有燃烧功能，其结构独立，设备体积较大，同时需要配备大量的配套管线进行物料的输送；且在现有技术中，混合器一般采用静态混合器，为保证混合均匀，其内部设置有大量的导流板，一方面气流的阻力大，影响气流的快速流动，降低生产效率，且混合效果较差。
[0003]
同时对于一些燃点交底的硅烷原料而言，其在混合期就会产生一些气相白炭黑附着于挡板上，长时间的使用后会堵塞混合器的内部通道，检修频率加大，且检修难度较高，极大的限制了气相白炭黑的生产原料来源。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术中存在的混合效果差，容易堵塞的缺陷，本实用新型公开了一种气相白炭黑燃烧反应器，本实用新型不但混合均匀度高，同时由于内部结构简单，在反应初期形成的气相白炭黑将失去附着物而不会发生堵塞，保证设备的连续、稳定工作。
[0005]
本实用新型通过以下技术方案实现上述目的：
[0006]
一种气相白炭黑燃烧反应器，包括依次相连的氢气喷嘴、反应气喷嘴和空气喷嘴；所述氢气喷嘴、反应气喷嘴和空气喷嘴上分别设置有氢气进口、反应气进口、空气进口和相应的出气口；所述氢气喷嘴与反应气喷嘴之间形成与氢气进口连通并环绕于反应气喷嘴外侧的第一环形流道，反应气喷嘴与空气喷嘴之间形成与反应气进口连通并环绕于空气喷嘴外侧的第二环形流道；且所述第一环形流道和第二环形流道出口端的宽度沿气流运动方向呈线性递减。
[0007]
优选的，氢气喷嘴、反应气喷嘴和空气喷嘴的出气口均为进口端大，出口端小的倒锥形，且所述氢气喷嘴的内锥夹角α为70-150
°
，反应气喷嘴内锥夹角β为35-100
°
，空气喷嘴内锥夹角γ为25-55
°
。
[0008]
优选的，所述氢气喷嘴的内锥夹角α为115
°
，反应气喷嘴内锥夹角β为 70
°
，空气喷嘴内锥夹角γ为35
°
。
[0009]
优选的，氢气喷嘴与反应气喷嘴之间的环形流道宽度为1-20mm，反应气喷嘴与空气喷嘴之间的环形流道宽度为2-20mm。
[0010]
优选的，氢气喷嘴与反应气喷嘴之间的环形流道宽度为8mm，反应气喷嘴与空气喷嘴之间的环形流道宽度为5mm。
[0011]
优选的，氢气喷嘴与反应气喷嘴之间通过连接法兰或连接螺纹相连，反应气喷嘴
和空气喷嘴之间通过连接法兰或连接螺纹相连。
[0012]
优选的，氢气喷嘴的出气口内还固定设置有导流锥，所述导流锥与出气口同轴。
[0013]
优选的，氢气喷嘴的出气口一体成型的连接有燃烧管，所述燃烧管的长径比为(2-20):1。
[0014]
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
[0015]
1、本实用新型包括依次相连的氢气喷嘴、反应气喷嘴和空气喷嘴，其分别设置有氢气进口、反应气进口、空气进口和相应的出气口；所述氢气喷嘴与反应气喷嘴之间形成供氢气流动的第一环形流道，反应气喷嘴和空气喷嘴之间形成供反应气运动的第二环形流道，且第一环形流道和第二环形流道出口端宽度沿气流方向逐渐缩小；本实用新型使用时各种气体加压后直接从相对应的进口接入，并从相应的出气口高速喷出，环形流道保证反应气将空气完全包裹，氢气将反应气和空气完全包裹，提高了气体之间的接触面积；同时由于第一环形流道和第二环形流道出口端的宽度沿气流方向逐渐缩小，由文氏效应可知，在各出口的两侧会形成较大的压差，并在负压区域形成无数旋涡，从而将相应的气体快速抽出，并对气体进行加压，而个气体的出口均位于同一区域，因此不同的原料气将在出口端发生激烈的碰撞混合，本实用新型通过问文丘里效应的合理运用保证不同气体混合的均匀度，提高混合质量；
[0016]
同时与现有技术相比，本实用新型内部没有设置复杂的挡板结构，不但内部结构得到了简化，设备的维护与检修更加方便；同时由于没有挡板结构，因此在使用一些燃点较低的硅烷作为原料进行生产时，硅烷因燃点过低而在原料气混合阶段就生成的部分气相白炭黑颗粒没有相应的附着结构，避免混合器发生堵塞，从而保证气流通道的顺畅，混合气能够快速喷出并形成反应火焰；提高了低燃点硅烷生产过程的稳定性和可靠性；且由于混合器不会发生堵塞，因此喷射出的混合器压力更高，保证反应火焰的稳定性。
[0017]
同时，由于氢气喷嘴、反应气喷嘴和空气喷嘴通过连接法兰或连接螺纹相连，因此其可以方便的进行拆解，维护及拆解极其方便，大大降低了设备维护检修的难度；
[0018]
本实用新型的混合气喷射出后可以直接点燃，与现有技术中反应器和混合器相互分离的结构相比，本实用新型将反应器和混合器合二为一，简化了反应设备。
[0019]
2、本实用新型的氢气喷嘴的内锥夹角α为70-150
°
，优选的为115
°
，反应气喷嘴内锥夹角β为35-100
°
，优选的为70
°
；空气喷嘴内锥夹角γ为 25-55
°
，优选的为35
°
；上述参数中氢气喷嘴内锥夹角大于反应气喷嘴的内锥夹角，反应气喷嘴的内锥夹角大于空气喷嘴的内锥夹角，从而保证两环形流道的出口端呈逐渐收缩的状态，其不但满足了文丘里效应对管道内径的要求，同时此种设计最大程度的简化了产品的结构，提高设备的可靠性和稳定性。
[0020]
3、本实用新型的氢气喷嘴与反应气喷嘴之间的环形流道宽度为1-20mm，优选为8mm，反应气喷嘴与空气喷嘴之间的环形流道宽度为2-20mm，优选为5mm，使反应用氢气始终处于过量的饱和状态，满足反应的需要，保证气相白炭黑的稳定生成。
[0021]
4、本实用新型的氢气喷嘴与反应气喷嘴之间通过连接法兰或连接螺纹相连，反应气喷嘴和空气喷嘴之间通过连接法兰或连接螺纹相连，各个部件之间为可拆卸的连接结构，方便在维修使将各个部件快速拆除，与传统的结构复杂的静态混合器相比，不但拆装更加方便，同时清洗更加干净、彻底。
[0022]
5、本实用新型在氢气喷嘴的出气口内还固定设置有导流锥，所述导流锥与出气口同轴，通过导流锥对混合气进行切割分流，进一步提高各个原料气混合的均匀度。
[0023]
6、本实用新型在氢气喷嘴的出气口一体成型的连接有燃烧管，燃烧管的长径比为(2-20):1，通过燃烧管将反应气直接点燃，同时通过导流锥的混乱气流在燃烧管内进行整流混合，避免用于燃烧的反应混合气中出现乱流，保证燃烧火焰的稳定性。
附图说明
[0024]
图1为本实用新型结构示意图；
[0025]
图2为本实用新型沿a-a线结构剖视图；
[0026]
图3为氢气喷嘴结构示意图；
[0027]
图4为反应气喷嘴结构示意图；
[0028]
图5为空气喷嘴结构示意图；
[0029]
附图标记：1、氢气喷嘴，2、反应气喷嘴，3、空气喷嘴，4、氢气进口，5、反应气进口，6、空气进口，7、出气口，8、第一环形流道，9、第二环形流道， 10、导流锥，11、燃烧管，12、连接支架,13、安装口。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施方式。
[0031]
实施方式1
[0032]
本实施方式作为本实用新型的基本实施方式，其公开了一种气相白炭黑燃烧反应器，其具体结构如图1所示，包括氢气喷嘴1、反应气喷嘴2和空气喷嘴 3，所述空气喷嘴3的上下两端同轴设置有空气进口6和出气口7，其出气口7 的通流面积沿气流运动方向线性递减，即其出气口7呈向空气喷嘴3内侧逐渐收缩的倒锥形，根据实际生产工况的需要，其内锥夹角γ为25
°-
55
°
，根据实际燃烧反映测试结果看，空气喷嘴的内锥角以35
°
为最佳；
[0033]
所述反应气喷嘴2的上下两端同轴设置有安装口13和出气口7，在其侧面设置有反应气进口5，其出气口7的通流面积沿气流运动方向线性递减，即其出气口7呈向反应气喷嘴内侧逐渐收缩的倒锥形，根据实际生产反应工况的需要，其内锥夹角β为35
°-
100
°
，根据实际燃烧反映测试结果看，反应气喷嘴3的内锥角以70
°
为最佳；
[0034]
氢气喷嘴1的上下两端同轴设置有安装口13和出气口7，在其侧面设置有氢气进口3，其出气口7的通流面积沿气流运动方向线性递减，即其出气口7呈向氢气喷嘴1内侧逐渐收缩的倒锥形，根据实际生产反应工况的需要，其内锥夹角α为70
°-
150
°
，根据实际燃烧反映测试结果看，氢气喷嘴1的内锥角以 115
°
为最佳；；
[0035]
同时，本实用新型装配时，空气喷嘴3插入到反应气喷嘴2的安装口13内，空气喷嘴3和反应气喷嘴2之间通过连接法兰或连接螺纹实现固定相连，同时也保证了两出气口处于同轴状态；安装完成后，空气喷嘴3上部支管段将完全遮挡反应气进口5，由于空气喷嘴3外径小于反应气喷嘴2内径，因此在空气喷嘴3和反应气喷嘴2之间将形成与反应气进口5连通的第二环形流道9，同时所述第二环形流道9将空气喷嘴3完全包裹，以保证反应气将空气完全包裹；同时由于反应气喷嘴2的内锥夹角大于空气喷嘴3的内锥夹角，因此在第二环形流
道9的出口端将形成一个宽度沿气流方向逐渐缩小的环形出气口，以保证在该部位产生稳定的文丘里效应；按照相同的方式将反应气喷嘴2插入到氢气喷嘴1内并将二者固定相连，由于氢气喷嘴1的内锥夹角大于反应气喷嘴2的内锥夹角，因此在反应气喷嘴2和氢气喷嘴1之间的第一环形流道8的出口端也将呈现沿气流方向逐渐缩小的环形出气口，保证在该处产生稳定的文丘里效应；
[0036]
根据实际工况情况，所述第一环形流道8的支管段宽度为1-20mm，第二环形流道9的支管段宽度为2-20mm，通过实际燃烧测试，第一环形流道8直管段的宽度为8mm，第二环形流道9则为5mm，此时文丘里效应最强，各气体的混合效果达到最佳。
[0037]
所述氢气喷嘴1的出气口内还设置有导流锥10，与氢气喷嘴1同轴设置，导流锥10与氢气喷嘴1内壁之间通过连接支架12实现固定相连；所述氢气喷嘴1出气口还一体成型的连接有燃烧管11，所述燃烧管11的长径比为(2-20):1，同时在燃烧管11的外表面还设置有连接法兰。
[0038]
本实用新型使用时，氢气、反应气和空气分别从相应的进口输入，空气将从相应的出气口喷出，而反应气和氢气则分别从第二环形流道和第一环形流道的出口端喷出，其中反应气将空气完全包裹，氢气则将反应气和空气完全包裹，由于出口通流面积逐渐缩小，因此在上述三处出口位置将会产生强烈的文丘里效应，并在负压区域形成无数旋涡，上述三种气体将会发生强烈的碰撞，从而在运动状态下降三种气体均匀混合，气体的混合质量得到提高；
[0039]
同时与现有技术中的静态混合器相比，本实用新型取消了结构复杂的挡板结构，不但内部结构得到了简化，设备的维护与检修更加方便；
[0040]
由于没有挡板结构，因此在使用一些燃点较低的硅烷作为原料进行生产时，硅烷因燃点低而在原料气混合阶段就生成的部分气相白炭黑颗粒没有相应的附着结构，避免混合器发生堵塞，从而保证气流通道的顺畅，混合气能够快速喷出并形成反应火焰，提高了低燃点硅烷生产过程的稳定性和可靠性，同时扩大了气相白炭黑的生产原料来源；且由于混合器不会发生堵塞，因此喷射出的混合器压力更高，反应火焰将更加笔直，保证反应火焰的稳定性。
[0041]
同时，由于氢气喷嘴、反应气喷嘴和空气喷嘴通过连接法兰或连接螺纹相连，因此其可以方便的进行拆解，维护及拆解极其方便，大大降低了设备维护检修的难度。

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