CN104016412B - 一种六氟化钨冷冻捕集器及其使用方法 - Google Patents

一种六氟化钨冷冻捕集器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种六氟化钨冷冻捕集器及其使用方法，包括筒体、控温夹套、圆形隔板、中心冷液管、进气口、出气口、产品出口、中心管冷液进口、中心管冷液出口；进气口、出气口设于筒体顶部，分别位于两端，产品出口设在筒体底部，位于进气口下方；控温夹套在筒体外部，圆形隔板在筒体内部；中心冷液管穿越筒体和圆形隔板中心；所述圆形隔板分为中孔隔板和边孔隔板，依次交错穿列在中心冷液管上，第一片先穿入边孔隔板，第二片穿入中孔隔板，第三片穿入边孔隔板，依次类推；第一片圆形隔板距端头的距离大于第一片和第二片的间距，从进气口到出气口方向，圆形隔板间距依次递减，隔板与中心冷液管间紧密配合，圆形隔板靠近筒体底部有导流槽。

Description

一种六氟化钨冷冻捕集器及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种冷冻捕集器，具体涉及一种用于捕集六氟化钨气体的冷冻捕集器
背景技术
六氟化钨(WF6)气体通常是以氟气或三氟化氮作氟化剂，在高温条件下与钨粉反应制备。反应器采用固定床、流化床及立式氟化反应炉等形式。由于反应热的存在，生成的六氟化钨通常在500度以上，由反应器出口进入产品收集器。六氟化钨收集大多采用冷凝液化方式收集，不采用低温固化收集方式，其原因是冷冻固化收集容易造成捕集器堵塞。
由于六氟化钨的熔点2.3℃，沸点17.2℃，三相点2.0℃，其液相区间较窄(2.3～17.2℃)，因此欲保证较高的冷凝收集率，在换热推动力较小的情况下，需要很大的换热面积，导致设备造价昂贵，操作复杂。
冷凝液化方式收集六氟化钨，存在气液共存状态，导致部分未液化的六氟化钨气体随气流排出，难以达到较高的收集效率。
发明内容
本发明要解决第一个技术问题是提供一种六氟化钨冷冻捕集器，克服现有捕集器的缺陷，提高六氟化钨收集效率，避免捕集器堵塞，同时减少污染性气体六氟化钨的排放，降低环境污染。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种该冷冻捕集器的使用方法。
为解决本发明第一个技术问题，采用以下技术方案：一种六氟化钨冷冻捕集器，包括筒体、控温夹套、圆形隔板、中心冷液管、进气口、出气口、产品出口、中心管冷液进口、中心管冷液出口；进气口、出气口设于筒体顶部，分别位于两端，产品出口设在筒体底部，位于进气口下方；控温夹套在筒体外部，圆形隔板在筒体内部；中心冷液管穿越筒体和圆形隔板中心；所述圆形隔板分为中孔隔板和边孔隔板，依次交错穿列在中心冷液管上，第一片先穿入边孔隔板，第二片穿入中孔隔板，第三片穿入边孔隔板，依次类推；第一片圆形隔板距端头的距离大于第一片和第二片的间距，从进气口到出气口方向，圆形隔板间距依次递减，隔板与中心冷液管间紧密配合，圆形隔板靠近筒体底部有导流槽。
所述圆形隔板中心有孔，用于穿插中心冷液管，中心孔周围还有设计有孔，称为边孔，用于气体穿越，依据边孔距离中心孔的相对距离，圆形隔板分为中孔隔板和边孔隔板两种，边孔距离中心孔较近而距边缘较远者称为中孔隔板，如图2(a)所示，边孔边距离中心孔较远而距离边缘较近者称为边孔隔板，如图2(b)所示，圆形隔板底部开有导流槽，如图1所示的圆缺形沟槽，以便液体流出。每片圆形隔板上边孔个数不做特别限定。
为读取温度方便，前述的六氟化钨冷冻捕集器，可在筒体顶部靠近出气口一端分别设计温度表、压力显示表。
前述依次交错穿入若干两种形式的圆形隔板，隔板间距可均匀递减，也可不均匀递减。对隔板间距不做限定。举例说明筒体长度和隔板序数可以有以下关系但不限于此关系：
如以L表示筒体长度，单位毫米，n表示隔板序数，则第n片与第n+1片圆形隔板间距依次为kL-2n毫米，k为由设备尺寸系数，当筒体长度为1米时，k可取0.1，即第n片与第n+1片圆形隔板间距依次为100-2n毫米；当筒体长度为3米时，k可取0.05，即第n片与第n+1片圆形隔板间距依次为150-2n毫米；当筒体长度为10米时，k可取0.03，即第n片与第n+1片圆形隔板间距依次为300-2n毫米。
本发明的设备还可以采用以下技术措施进一步实现；为拆卸方便，所述筒体两端两端以带中心孔的法兰进行密封，中心冷液管两端设置外螺纹，穿入法兰中心孔，由紧固螺母压紧聚四氟乙烯垫片密封。
本发明六氟化钨冷冻捕集器的使用方法是：
将六氟化钨通过进气口通入六氟化钨冷冻捕集器，控温夹套及中心冷液管内走冷液，冷液温度控制在-15～-85℃；六氟化钨气体在依次通过边孔隔板、中孔隔板过程中冷冻固化；待捕集器捕集饱和，停止冷液的循环流动，使六氟化钨冷冻捕集器自然升温，当固体六氟化钨产品熔化为液态时，由产品出口将产品排出。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明设计的捕集器显著提高了六氟化钨冷冻捕集率，捕集收率可达98％以上，独特的隔板形式及合理的排列方式避免了捕集器堵塞；
(2)本发明设计的捕集器所有隔板对于筒体来说是内翅片、对于中心冷液管来说是外翅片，这样使得较小的设备拥有较大的换热面积，极大提高了换热效果；
(3)本发明设计的捕集器通过端头改进，解决了常规捕集器结构复杂，拆检困难等问题，该设备内部所有隔板均固定在中心冷液管之上，中心冷液管与筒体之间采用活套法兰连接，隔板连同中心冷液管可以整体抽出，便于设备拆检维修及安装。
附图说明
图1为本发明六氟化钨冷冻捕集器剖视图
图2(a)为本发明中孔隔板示意图
图2(b)为本发明边孔隔板示意图
图3为图1法兰紧固部位局部放大示意图
其中：1-控温夹套；2-筒体；3-圆形隔板；4-中心孔；5-聚四氟乙烯垫片；6-紧固螺母；7-进气口；8-出气口；9-中心管冷液进口；10-中心管冷液出口；11-产品出口；12-中心孔法兰；13-导流槽；14-边孔；15-中孔；16-中心冷液管；17-控温夹套冷液进口；18-控温夹套冷液出口。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示的一种六氟化钨冷冻捕集器，包括筒体2、控温夹套1、圆形隔板3、中心冷液管16、进气口7、出气口8、产品出口11、中心管冷液进口9、中心管冷液出口10；进气口7、出气口8设于筒体2顶部，分别位于两端；产品出口11设在筒体底部，位于进气口7正下方；控温夹套在筒体外部，圆形隔板在筒体内部，隔板外缘与筒体内壁紧密配合；中心冷液管穿过筒体和圆形隔板中心，中孔隔板和边孔隔板，依次交错穿列在中心冷液管上，第一片先穿入边孔隔板，第二片穿入中孔隔板，第三片穿入边孔隔板，依次类推，圆形隔板采用焊接方式固定在中心冷液管上；筒体长1米，中孔隔板与边孔隔板的边孔直径均为25毫米；中心冷液管16外径与隔板中心孔4直径相同，均为32毫米；中孔隔板与边孔隔板底部均有圆缺形导流槽，圆缺高度等于中心孔半径，即为16毫米；圆形隔板片数为38片，第一片距端头距离100毫米，从冷液出口10到出气口8方向，圆形隔板间距依次递减，相邻两隔板间距依次为98、96、94......28、26、24毫米。
中心冷液管16与中心孔法兰12连接处两端设有外螺纹(如图3所示)，螺纹处安装有聚四氟乙烯台阶垫5，采用紧固螺母6压紧密封。
六氟化钨冷冻捕集器操作过程是：
冷液由控温夹套冷液进口17及中心冷液管冷液进口9进入，由控温夹套冷液出口18及中心冷液管冷液出口10排出。筒内温度达到-10℃时，打开进气口7和出气口8，通入六氟化钨气体，六氟化钨气体在筒内冷冻固化，待捕集器捕集饱和后，关闭进气口7和出气口8，停止冷液的循环流动，设备自然升温，当筒内温度达到5℃以上时，产品通过导流槽13由产品出口11将液体产品排出。

Claims (10)

1.一种六氟化钨冷冻捕集器，包括筒体(2)、控温夹套(1)、圆形隔板(3)、中心冷液管(16)、进气口(7)、出气口(8)、产品出口(11)、中心管冷液进口(9)、中心管冷液出口(10)；进气口、出气口设于筒体顶部，分别位于两端，产品出口设在筒体底部，位于进气口下方；控温夹套在筒体外部，圆形隔板在筒体内部；中心冷液管穿越筒体和圆形隔板中心；所述圆形隔板分为中孔隔板和边孔隔板，依次交错穿列在中心冷液管上，第一片先穿入边孔隔板，第二片穿入中孔隔板，第三片穿入边孔隔板，依次类推；第一片圆形隔板距端头的距离大于第一片和第二片的间距，从进气口到出气口方向，圆形隔板间距依次递减，隔板与中心冷液管间紧密配合，圆形隔板靠近筒体底部有导流槽。
2.根据权利要求1所述的六氟化钨冷冻捕集器，其特征是在筒体顶部靠近出气口一端分别设计温度表和压力显示表。
3.根据权利要求1所述的六氟化钨冷冻捕集器，其特征是所述圆形隔板的间距为不均匀递减。
4.根据权利要求1所述的六氟化钨冷冻捕集器，其特征是所述圆形隔板的间距为均匀递减。
5.根据权利要求4所述的六氟化钨冷冻捕集器，其特征是当筒体长度为1米时，第n片与第n+1片圆形隔板间距依次为100-2n毫米。
6.根据权利要求4所述的六氟化钨冷冻捕集器，其特征是当筒体长度为3米时，第n片与第n+1片圆形隔板间距依次为150-2n毫米。
7.根据权利要求4所述的六氟化钨冷冻捕集器，其特征是当筒体长度为10米时，第n片与第n+1片圆形隔板间距依次为300-2n毫米。
8.根据权利要求1所述的六氟化钨冷冻捕集器，其特征是所述导流槽为圆缺形。
9.根据权利要求1-8之一所述的六氟化钨冷冻捕集器，其特征是所述筒体两端以带中心孔的法兰进行密封，中心冷液管两端设置外螺纹，穿入法兰中心孔，由紧固螺母压紧聚四氟乙烯垫片密封。
10.一种权利要求1～9之一所述的六氟化钨冷冻捕集器的使用方法，将六氟化钨通过进气口(7)通入六氟化钨冷冻捕集器，控温夹套(1)及中心冷液管(16)内走冷液，冷液温度控制在-15～-85℃；六氟化钨气体在依次通过边孔隔板、中孔隔板过程中冷冻固化；待捕集器捕集饱和，停止冷液的循环流动，使六氟化钨冷冻捕集器自然升温，当固体六氟化钨产品熔化为液态时，由产品出口(11)将产品排出。
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