[发明专利]超重力流态化气相沉积反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种化工技术领域的装置，尤其涉及的是一种超重力流态化气相沉积反 应装置。

背景技术

化学气相沉积CVD(Chemical Vapor Deposition)利用气体或蒸汽态的物质在气相或气 固界面上反应生成固态沉积物，是一种重要的颗粒材料的生产制备或表面处理技术。CVD过 程的效率与气固两相传递过程关系密切，因此颗粒流态化的CVD反应装置受到广泛关注。

经对现有技术的文献检索发现，中国文献：流态化手册，北京：化工出版社，2008年， 771页，郭慕孙，李洪钟主编，该技术公开了一种搅拌流化床，搅拌流化床能够有效抑制床 层中的气泡相及沟流，对于细粉、易粘结团聚性颗粒的流化质量改善效果显著，并能够处理 较宽粒度分布的物料，同时搅拌桨叶与颗粒的碰击易使得颗粒粉碎。但搅拌桨叶形式与转速 的选择上，改善流化质量与控制颗粒破碎难以两全兼顾。

中国专利申请号：200580048357.6，该技术公开了一种旋转式流化床装置和使用该装置 的方法，该技术包括围绕在圆柱形室的固定圆形壁的喷嘴沿壁成连续层状喷射一个或多个流 体，该流体携带固体微粒穿过这个室，快速旋转运动，其离心力沿该壁聚集所述微粒，由此 形成绕一个或多个中心导管旋转的流化床，通过该导管流体被去除。但这里仅以气体的入口 动能实现离心流态化，必然要求较高的气体流量，同时气流须集中从若干个切向孔道进入， 不能实现反应气体与流化气体的快速充分混合以控制沉积组分的过饱和度，因而也不能用于 CVD过程。

又如文献号：Chem.Eng.&Process.(化学工程和过程)48：178 186，2009，H Nakamura等人公开了一种离心流态化装置，离心流态化可使得气固均匀接触，并减少出口的 颗粒夹带。通常的离心流态化装置采用圆筒形的旋转外壳，存在着过程放大方面的困难，同 时在径向上离心加速度变化导致流化状态不均匀，难以消除流化床层的气泡相。

采用转子填料的超重力装置用于气液两相传质相关的过程，如吸收、液体脱气以及气液 反应制备纳米材料，迄今不曾用于气固两相传质的CVD过程。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超重力流态化气相沉积反应装置，能 够消除流化床层中的气泡相，同时确保反应气体与流化气体的快速充分混合，用于CVD过程 制备固体颗粒或粉末产品。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明包括：外壳、流化室、旋转轴、搅拌叶、出 气口和出料收集口，其中：流化室、旋转轴和搅拌叶分别设置于外壳的内部，旋转轴和搅拌 叶相连，外壳和出料收集口相连，出气口设置于外壳上。

所述的外壳包括：中心壳体和流化壳体，其中：中心壳体是圆柱体，流化壳体是锥形、 卵形或圆形的密封环体，流化壳体设置于中心壳体的圆周面外侧且包覆在流化室的外部，旋 转轴位于中心壳体的中心轴线上。

所述的搅拌叶上固定设有气体出口导管。

所述的搅拌叶是若干个钢丝编制，钢丝直径是：0.2mm~6mm，钢丝的间隔大小是： 3mm~150mm。

所述的搅拌叶沿径向分布，搅拌叶通过轴向钢丝与斜拉钢丝相互固定连接。

所述的流化室包括：流化气入口、反应气喷嘴、多孔分布板和流化气通道，其中：流化 气入口和流化气通道的顶端相连，反应气喷嘴的设置于多孔分布板的顶端，流化气通道设置 于多孔分布板上。

所述的反应气喷嘴的数量是2~10个。

所述的多孔分布板是微孔烧结金属板或错叠式多孔板，多孔分布板上设有若干通孔。

所述的旋转轴和中心壳体之间采用迷宫密封进行密封连接。

所述的旋转轴的转速是：50rpm~5000rpm。

本发明可以避免因反应装置旋转造成的放大问题，也可以调节气体的径向流速，使径向 不同位置上的气体流速与离心加速度匹配，从而获得均匀的流态化状态。旋转轴提供离心流 态化的主要旋转动能，同时用钢丝搅拌叶消除床层的气泡相并防止颗粒的黏结凝聚，调节钢 丝粗细、间隔和数量以控制与颗粒的碰击频率，从而提供CVD过程所需要的合适的非均相成 核能力。将反应气体与流化气体从不同的通道引入流化室，流化气体经过通过流化室的流化 气通道，然后从多孔分布板进入，反应气体则从反应气喷嘴进入并与流化室内高速旋转的流 化气体及固体颗粒呈碰撞流状态而快速混合。