[發明專利]一種用于超臨界水熱合成系統的快速急冷降壓裝置

有效

• 申請號: 202010445462.X
• 申請日: 2020-05-24
• 公開（公告）號: CN111609735B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 王樹眾;張熠姝;王棟;劉璐;張寶權;孫盼盼
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F28D7/02
• 分類號: F28D7/02;F28F13/12;F28F27/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種用于超臨界水熱合成系統的快速急冷降壓裝置，包括：頂蓋，其上設置有減壓閥接口、反應出水入口和反應出水出口；密封罐體，其內置外螺旋盤管和內螺旋盤管，外螺旋盤管位于內螺旋盤管的外圍，入口與反應出水入口連接，出口與內螺旋盤管的入口連接，內螺旋盤管的出口與反應出水出口連接，外螺旋盤管的管內徑大于或等于內螺旋盤管的管內徑，密封罐體的罐體側面設置有冷卻水入口和冷卻水出口，罐底設置有帶排污閥的清洗排污口。優選地，本發明還可包括框式攪拌器，本發明將多功能集合于一體，簡化連續式超臨界水熱合成的系統，提高系統的熱經濟性和穩定性，有效解決SCHS技術的防止團聚的問題，為大規模批量生產納米材料提供了一定條件。

技術領域

本發明涉及一種在能源、化工、合成材料等技術領域使用，可快速降溫降壓并提高效率的裝置，特別涉及一種用于超臨界水熱合成系統的快速急冷降壓裝置。

背景技術

超臨界水(Supercritical Water，簡稱SCW)是一種高于臨界狀態(T＝374.15℃，P＝22.12MPa)下特殊存在形式的水。在這種形式下，水的密度變小，粘度降低，擴散率變大，離子積增加幾個數量級，氫鍵數量大量增加，成為良好的反應媒介。

超臨界水熱合成(SCHS)是指在超臨界水環境下金屬鹽及其氧化物的溶解度極低，可瞬間達到飽和并析出金屬及金屬氧化物。在該過程中發生的化學反應包括水解反應、脫水反應、還原反應等可實現晶粒快速成核和生長。這種方法的成核率極高，反應速率極快，產物純度高且成本低。最重要的是，該方法反應介質為水，來源廣泛，反應過程中不會引入其它污染物，十分綠色環保，廣受能源和環保行業的青睞。

連續式超臨界水熱合成的工藝流程主要由加料/預熱系統、混合/反應系統及冷卻/物料回收系統3個部分構成。在加料/預熱系統中，含水物料被加溫加壓至水的臨界點以上后進入混合/反應系統，物料進行充分反應，在冷卻/物料回收系統中，完成反應的出口產物必須降溫降壓才可排出系統，這就涉及到物料的降溫降壓的問題。良好的急冷降壓裝置會影響超臨界系統的可靠性，對合成納米顆粒的品質至關重要。

目前連續式超臨界水熱合成所采用的冷卻器多為水冷卻器，也叫管殼式換熱器或列管式換熱器，而降壓多采用壓力調節閥控制，這些急冷降壓裝置存在一定技術問題包括：(1)換熱面積小，降溫效率有限，熱流體冷卻時間長，出口產物的溫度不能快速下降，容易發生團聚，造成冷卻器管內堵塞、淤積等問題；(2)系統壓降通過一個點來實現，導致過高物料流速，容易引發閥門故障以及閥內元件的嚴重磨損和腐蝕；(3)降溫和降壓通過兩種元件進行，系統較復雜，且降溫降壓速度不可精確控制。尤其是對于大規模批量連續生產納米顆粒時，上述問題就更加突出。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于超臨界水熱合成系統的快速急冷降壓裝置，基于逆流換熱和毛細管降壓方法和技術，設計了集合急冷降壓兩種功能毛細管裝置。一方面，在急冷降壓罐體內設有緊密分布的小直徑螺旋盤管，增加了流體與壁面的接觸，擴展了換熱面積，保證流體以高流速流動，縮短換熱時間；其次，添加了框式攪拌器，實現對罐內冷流體的周向剪切，從而強化換熱，還可通過攪拌器的電機變頻來實現精確控制急冷速度；另一方面，流體流經毛細管產生沿程阻力實現壓降，而且可以通過控制毛細管的長度來實時控制降壓效果。整個裝置具有顯著優勢，將多功能集合于一體，簡化連續式超臨界水熱合成的系統，提高系統的熱經濟性和穩定性，有效解決SCHS技術的防止團聚的問題，為大規模批量生產納米材料提供了一定條件。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種用于超臨界水熱合成系統的快速急冷降壓裝置，包括：

頂蓋3，其上設置有減壓閥接口12、反應出水入口13和反應出水出口2；