一种蒸气冷凝设备及方法技术

本发明专利技术涉及金属材料制备及二次资源回收领域，特别涉及一种蒸气冷凝设备，用于对金属、半金属和非金属材料的制备、提纯或回收，包括反应箱、第一管式反应器、支架、真空系统和控制系统，第一管式反应器至少部分设置于反应箱内，用于容纳待加热材料，真空系统与第一管式反应器连通；设备还包括加热装置，用于对第一管式反应器进行加热，控制系统与真空系统和加热装置信号连接；第一管式反应器包括加热区与保温冷凝区，加热区与保温冷凝区的温度分别由加热装置单独调节，反应箱与支架铰接，且反应箱绕支架转动时，可调整第一管式反应器与地面的夹角。本发明专利技术还提供一种蒸气冷凝方法，将卧式炉和立式炉功能集成到一台设备上，适用于多种性质金属、半金属和非金属的处理，提高了设备的实用性。备的实用性。备的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种蒸气冷凝设备及方法


[0001]本专利技术涉及金属材料制备及二次资源回收
，特别涉及一种蒸气冷凝设备及方法。

技术介绍

[0002]金属材料在人类发展及科技进步中扮演着重要角色，小到日常用品，大到国防科技，金属材料都发挥着重要作用。在工业生产及实验研究过程中，金属材料制备和二次资源回收往往需要在高温环境下进行，这些过程中往往伴随着物质的蒸发和冷凝，部分金属因为生产工艺和自身性质等原因，会遇到金属蒸气安全收集及高效冷凝的问题。
[0003]以镁为例，金属镁生产以皮江法为主，在体系压力1
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13P a，温度1200℃条件下，通过硅铁还原煅白生成镁蒸气，镁蒸气在还原罐冷端冷凝成粗镁，镁蒸气的安全收集和高效冷凝是粗镁生产过程中的重要步骤和关键指标。专利202110981694.1公布了高温连续化提取皮江法炼镁工艺中结晶镁的方法及装置，使用难熔金属或陶瓷球体在系统内循环形成动态滤网收集镁蒸气，使镁蒸气可以直接冷凝并流入精炼炉，通过对镁蒸气冷凝过程的有效控制，使得皮江法炼镁连续化成为可能。真空蒸馏法是当前高纯镁制备的主要方法之一，专利201910023210.5提出了一种制备高纯镁的装置及方法，该方法专门设置了镁蒸气收集装置，通过冷却水和直接倾倒液氮的方法使冷却盖板降温并收集高纯镁，但难以实现冷凝过程的精确控制和镁蒸气的高效收集，且该技术需要使用不锈钢坩埚、纯钛坩埚、冷却盖板、纯铜板、纯钛基板、氩气、冷却水装置、液氮等，在操作过程中需要多次抽气、充气操作，设备较复杂，操作难度较大，生产成本高。在真空蒸馏法回收镁及镁合金废料过程中，也涉及金属镁的挥发及镁蒸气的冷凝。专利201010505799.1公开了一种镁合金的真空蒸馏方法，通过真空蒸馏、滤网过滤及蒸气收集，得到了以镁和锌为主要成分的回收物，但无法收集到可直接使用的金属产品。综上，在金属镁生产、提纯及废料回收过程中，镁的挥发和冷凝过程难以避免，如果无法控制挥发冷凝过程，不仅会使生产流程变长、能耗升高、设备复杂化，甚至难以制备目标产品，还有可能导致镁蒸气或镁粉爆炸发生危险。此外，文献查阅及资料搜集结果表明，锂、钠、钾、锌、钙、锶、铅等诸多金属，以及砷、硒等半金属以及非金属，在产品制备、二次资源回收过程中也存在蒸气挥发冷凝过程，但当前对于不同物料的处理所采用的设备和方法都不尽相同，存在技术复杂，设备多样，成本较高等问题，且往往难以实现蒸气的安全收集和高效冷凝，鲜有通过一套设备处理多种原料的通用技术，不仅给冶炼及材料制备过程带来了困难，也导致了有限资源的浪费。

技术实现思路

[0004]为解决现有设备难以完成多种性质材料的蒸发冷凝的技术问题，本专利技术提供了一种蒸气冷凝设备及方法。
[0005]本专利技术解决技术问题的方案是提供一种蒸气冷凝设备，包括反应箱、第一管式反应器、支架、真空系统和控制系统，所述第一管式反应器至少部分设置于所述反应箱内，用
于容纳待加热材料，所述真空系统与所述第一管式反应器连通；所述设备还包括加热装置，用于对所述第一管式反应器进行加热，所述控制系统与真空系统和加热装置信号连接；所述第一管式反应器包括加热区与保温冷凝区，所述加热区与所述保温冷凝区的温度分别由所述加热装置单独调节，所述反应箱与所述支架铰接，且所述反应箱绕所述支架转动时，可调整所述第一管式反应器与地面的夹角。
[0006]优选地，所述第一管式反应器内还设置有第二管式反应器和第三管式反应器，分别对应所述加热区与所述保温冷凝区，所述第二管式反应器的直径小于所述第三管式反应器的直径，且所述第二管式反应器与所述第三管式反应器相互连通。
[0007]优选地，所述第二管式反应器与所述第三管式反应器的形状为圆柱状，且所述第二管式反应器与所述第三管式反应器的轴线相互平行或重合。
[0008]优选地，还包括充气系统，所述真空系统和所述充气系统通过法兰盘分别与所述第一管式反应器和所述第二管式反应器连通。
[0009]优选地，所述第二管式反应器内设置有第一推杆，用于将待加热材料推至加热位置，和/或所述第三管式反应器内设置有第二推杆，优选地，所述第二推杆上设置有冷凝介质或冷凝盘。
[0010]优选地，还包括旋转机构，所述反应箱与所述支架通过旋转机构进行铰接，所述控制系统与所述旋转机构信号连接，以控制所述反应箱相对于所述支架的转动与静止。
[0011]优选地，所述反应箱上设置有螺纹孔，用于在所述反应箱处于水平状态或垂直状态时，与所述支架螺纹连接固定。
[0012]优选地，所述反应箱内还设置有与所述控制系统信号连接的传感器组件，所述传感器组件用于监测所述第一管式反应器内的温度、真空度以及气氛条件。
[0013]本专利技术解决技术问题的又一方案是提供一种蒸气冷凝方法，通过上述蒸气冷凝设备实现，包括以下步骤：调节第一管式反应器的旋转角度；通过控制系统控制充气系统和真空系统来调节第一管式反应器内的真空度和气氛条件；通过控制系统控制加热装置对第一管式反应器的加热区加热至第一预设温度，对保温冷凝区加热至第二预设温度；将待加热材料与冷凝介质或冷凝盘放入第一管式反应器内；保温至预设时间后停止加热，等待设备冷却至室温后，取出冷凝物。
[0014]优选地，将待加热材料与冷凝介质或冷凝盘放入第一管式反应器内还包括以下步骤：待所述第一管式反应器内温度场稳定后，使用推杆将冷凝介质或冷凝盘推至预设的保温冷凝区，将待加热材料推至预设的加热区。
[0015]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下优点：
[0016]1、传统用于金属蒸发冷凝的装置主要分为立式和卧式两种，分别用于对不同性质的金属进行蒸发和冷凝操作，但是传统的立式或者卧式冷凝装置结构复杂，一套设备往往只能用于处理一种物料，操作步骤繁琐且操作难度大，导致生产成本也较高。而本专利技术提供蒸气冷凝设备通过反应箱与支架进行铰接，使得反应箱可在水平和垂直两种工况下进行工作，集立式装置和卧式装置的功能为一体，克服了传统设备功能单一，使用场景有限的问题。
[0017]2、设置第二管式反应器和第三管式反应器可将待加热材料与第一管式反应器通过第二管式反应器隔开，可在真空系统抽气时，防止真空系统将挥发的金属蒸气或其他材
料蒸气吸走。而第二管式反应器和第三管式反应器的连接处则给了真空系统调节真空度的通道，使其能够更加方便地调节加热区和保温冷凝区的真空度。
[0018]3、本专利技术提供的设备中，在第二管式反应器外侧法兰上设置气体入口，在不同使用环境下，既能使充入的惰性气体精确调控第二管式反应器内压强，也可使充入的反应性气体与管内蒸气充分反应。而将抽真空接口设置在第三管式反应器与第一管式反应器之间的法兰上，有效避免了真空泵抽力及充入气体流动对金属蒸气冷凝产生影响，实现了炉内气氛、系统压强、挥发冷凝过程的有效可控。
[0019]4、本专利技术提供的蒸气冷凝方法基于对不同金属、半金属和非金属材料挥发冷凝特性的研究，结合各元素在挥发冷凝过程中相变规律，以及真空场、重力场对元素分离的影响，参考本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蒸气冷凝设备，包括反应箱、第一管式反应器、支架、真空系统和控制系统，所述第一管式反应器至少部分设置于所述反应箱内，用于容纳待加热材料，所述真空系统与所述第一管式反应器连通；所述设备还包括加热装置，用于对所述第一管式反应器进行加热，所述控制系统与真空系统和加热装置信号连接；所述第一管式反应器包括加热区与保温冷凝区，所述加热区与所述保温冷凝区的温度分别由所述加热装置单独调节，其特征在于：所述反应箱与所述支架铰接，且所述反应箱绕所述支架转动时，可调整所述第一管式反应器与地面的夹角。2.如权利要求1所述的蒸气冷凝设备，其特征在于：所述第一管式反应器内还设置有第二管式反应器和第三管式反应器，分别对应所述加热区与所述保温冷凝区，所述第二管式反应器的直径小于所述第三管式反应器的直径，且所述第二管式反应器与所述第三管式反应器相互连通。3.如权利要求2所述的蒸气冷凝设备，其特征在于：所述第二管式反应器与所述第三管式反应器的形状为圆柱状，且所述第二管式反应器与所述第三管式反应器的轴线相互平行或重合。4.如权利要求3所述的蒸气冷凝设备，其特征在于：还包括充气系统，所述真空系统和所述充气系统通过法兰盘分别与所述第一管式反应器和所述第二管式反应器连通。5.如权利要求3所述的蒸气冷凝设备，其特征在于：所述第二管式反应器内设置有第一推杆，用于将待加热材料推至加热位置，和/或所述第三管式反应器内设置有第二推杆，优选地，所述第二推杆上设置有冷凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：田阳，梁栋，赵薇，杨斌，徐宝强，刘大春，蒋文龙，李一夫，王飞，吴鉴，孔令鑫，王立鹏，余镕，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：