CN113750910A - 一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，包括底框，所述底框靠近中间位置的顶部两侧均焊接有L型支架，且L型支架的一侧焊接有两个安装架，安装架的一侧通过螺栓连接有反应桶，反应桶的底部设置有加热机构，所述反应桶的顶部焊接有进出管，且进出管的顶部插接有密封盖，密封盖的顶部通过螺栓连接有电机，电机的输出轴焊接有转轴。本发明在scCO2体系下，用安全无毒的C02作碳源，金属钠作为还原剂，在440℃和80MPa的超临界条件下，经过12小时的还原反应后，将CO2还原成了无色透明碱基金属碳，增大金属钠的活动性能，使得金属钠充分并快速的与CO2接触，提高还原反应的速度。

Description

一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置
技术领域
本发明涉及超临界流体反应***技术领域，尤其涉及一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置。
背景技术
任何物质随着温度和压力的变化，都会相应的呈现出固态、液态、气态三种相态。三态之间相互转化的温度和压力称为三相点，除三相点外，分子量不太大的稳定物质还存在一个临界点，临界点由临界温度、临界压力和临界密度构成，当把处于气液平衡的物质升温升压时，热膨胀引起液体密度减少，压力升高使气液两相的界面消失，成为均相体系，这一点成为临界点。高于临界温度和临界压力以上的流体是超临界流体。超临界流体处于气液不分的状态，既不是液体也不是气体。超临界流体黏度低、密度大，有良好的流动、传质、传热和溶解性能，广泛用于节能、天然产物萃取、聚合反应、超微粉和纤维的生产等领域。
二氧化碳化学还原的方式有很多，但都存在一些不足之处。例如，光催化还原CO2的转化率非常低，同时还受诸多反应因素的影响，对机理的认识也仅仅达到了“自由基机理”的共识。但是，通过超临界流体反应***（scCO2）合成碳基材料可以弥补以上的不足之处，即在scCO2合成了碳基材料，利用安全无毒的C02作碳源，金属钠作为还原剂，在一定的超临界条件下，经过长时间的化学反应。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，包括底框，所述底框靠近中间位置的顶部两侧均焊接有L型支架，且L型支架的一侧焊接有两个安装架，安装架的一侧通过螺栓连接有反应桶，反应桶的底部设置有加热机构，所述反应桶的顶部焊接有进出管，且进出管的顶部插接有密封盖，密封盖的顶部通过螺栓连接有电机，电机的输出轴焊接有转轴，转轴的外壁焊接有轴承座，轴承座的外壁焊接有等距离分布的连接杆，连接杆的底部通过螺栓连接有置物钵，所述底框的内壁一侧焊接有第一支撑板，且第一支撑板的顶部一侧开有第一通孔，第一通孔的内壁通过螺栓连接有增压泵，增压泵的顶部通过螺栓连接有插接在反应桶内的增压管，所述底框的内壁另一侧焊接有第二支撑板，且第二支撑板的顶部通过螺栓连接有储气罐，储气罐的一端通过法兰连接有插接在反应桶内的进气管。
优选地，所述反应桶靠近底部的内壁两侧均焊接有定位座，且定位座的顶部一侧开有定位孔，置物钵的底部两侧均焊接有插接在定位孔内的定位杆，转轴延伸入置物钵内的外壁焊接有等距离分布且呈弧形的搅动细杆，搅动细杆的底部均焊接有搅动球。
优选地，两个所述L型支架的顶部一侧通过螺栓连接有同一个T型板，且T型板的底部与电机的顶部之间通过螺栓连接，T型板的顶部焊接有把手。
优选地，所述反应桶的一侧顶部焊接有气压检测管，且气压检测管的一端通过螺栓连接有压力表，气压检测管、增压管和进气管上均通过螺栓连接有阀门。
优选地，所述加热机构包括通过螺栓连接在反应桶的底部的加热器，且加热器的顶部通过螺栓连接有插接在反应桶内的加热盘管。
优选地，所述第一支撑板的顶部另一侧开有第二通孔，且第二通孔的内壁焊接有保护圈，加热器***保护圈的内部。
优选地，所述底框靠近第一支撑板两侧的顶部均焊接有支脚，且支脚的顶部贴合在反应桶的底部两侧，底框的顶部一端焊接有推杆，底框的底部四角均通过螺栓连接有万向轮。
优选地，两个所述安装架的一侧通过螺栓连接有控制箱，且控制箱与电机、增压泵、压力表和加热器之间电性连接。
优选地，所述底框的底部内壁通过螺栓连接有包裹在加热盘管***的导热罩，且导热罩设置为球面结构。
本发明的有益效果为：
1.本发明中，将金属钠物料置于置物钵的内部，通过把手将置物钵延伸入反应桶的内部，使得T型板合在L型支架的顶部、密封盖合在进出管的内部、定位杆穿过定位孔的内部，此时整个反应桶处于密封状态，通过释放储气罐内的无毒CO2，使其通过进气管进入反应桶的内部，在scCO2体系下，用安全无毒的C02作碳源，金属钠作为还原剂，通过加热器和加热盘管将反应桶的内部加热至440℃和通过增压泵和增压管以及压力表将反应桶的内部增压到80MPa的超临界条件，经过12小时的还原反应后，将CO2还原成了无色透明碱基金属碳。
2.本发明中，在进行还原反应的过程中，可通过电机带动转轴进行转动，带动搅动细杆和搅动球在置物钵的内部进行搅动处理，利用搅动细杆和搅动球增大金属钠的活动性能，使得金属钠充分并快速的与CO2接触，提高还原反应的速度，提高合成碱基金属碳的效率。
3.本发明中，在通过加热器和加热盘管对反应桶的内部进行加热时，可通过导热罩对CO2与加热盘管进行隔绝处理，避免CO2直接与加热盘管接触时出现急剧膨胀的问题，防止反应桶内部的气压因二氧化碳的变化而出现不稳定的问题。
附图说明
图1为实施例1提出的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置的整体结构示意图；
图2为实施例1提出的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置的进气管和压力表结构示意图；
图3为实施例1提出的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置的反应桶剖视结构示意图；
图4为实施例1提出的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置的置物钵和搅动细杆结构示意图；
图5为实施例2提出的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置的导热罩结构示意图。
图中：1、底框；2、第一支撑板；3、保护圈；4、支脚；5、L型支架；6、第二支撑板；7、储气罐；8、控制箱；9、推杆；10、T型板；11、把手；12、电机；13、反应桶；14、增压泵；15、安装架；16、进气管；17、压力表；18、密封盖；19、进出管；20、转轴；21、置物钵；22、定位座；23、加热器；24、加热盘管；25、连接杆；26、搅动细杆；27、定位杆；28、导热罩。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
实施例1
参照图1-4，一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，包括底框1，底框1靠近中间位置的顶部两侧均焊接有L型支架5，且L型支架5的一侧焊接有两个安装架15，安装架15的一侧通过螺栓连接有反应桶13，反应桶13的底部设置有加热机构，反应桶13的顶部焊接有进出管19，且进出管19的顶部插接有密封盖18，密封盖18的顶部通过螺栓连接有电机12，电机12的输出轴焊接有转轴20，转轴20的外壁焊接有轴承座，轴承座的外壁焊接有等距离分布的连接杆25，连接杆25的底部通过螺栓连接有置物钵21，置物钵21设置为网式结构，置物钵21的内部置入适量的金属钠，底框1的内壁一侧焊接有第一支撑板2，且第一支撑板2的顶部一侧开有第一通孔，第一通孔的内壁通过螺栓连接有增压泵14，增压泵14的顶部通过螺栓连接有插接在反应桶13内的增压管，增压泵14的增压示数为80MPa，底框1的内壁另一侧焊接有第二支撑板6，且第二支撑板6的顶部通过螺栓连接有储气罐7，储气罐7的一端通过法兰连接有插接在反应桶13内的进气管16，储气罐7的内部充入C02，在scCO2体系下，用安全无毒的C02作碳源，金属钠作为还原剂，在440℃和80MPa的超临界条件下，经过12小时的还原反应后，将CO2还原成了无色透明碱基金属碳。
进一步的，反应桶13靠近底部的内壁两侧均焊接有定位座22，且定位座22的顶部一侧开有定位孔，置物钵21的底部两侧均焊接有插接在定位孔内的定位杆27，转轴20延伸入置物钵21内的外壁焊接有等距离分布且呈弧形的搅动细杆26，搅动细杆26的底部均焊接有搅动球，在进行还原反应的过程中，可通过电机12带动转轴20进行转动，带动搅动细杆26和搅动球在置物钵21的内部进行搅动处理，利用搅动细杆26和搅动球增大金属钠的活动性能，使得金属钠充分并快速的与CO2接触，提高还原反应的速度，提高合成碱基金属碳的效率。
进一步的，两个L型支架5的顶部一侧通过螺栓连接有同一个T型板10，且T型板10的底部与电机12的顶部之间通过螺栓连接，T型板10的顶部焊接有把手11。
进一步的，反应桶13的一侧顶部焊接有气压检测管，且气压检测管的一端通过螺栓连接有压力表17，气压检测管、增压管和进气管16上均通过螺栓连接有阀门。
进一步的，加热机构包括通过螺栓连接在反应桶13的底部的加热器23，且加热器23的顶部通过螺栓连接有插接在反应桶13内的加热盘管24，加热盘管24的加热温度为440摄氏度。
进一步的，第一支撑板2的顶部另一侧开有第二通孔，且第二通孔的内壁焊接有保护圈3，加热器23***保护圈3的内部。
进一步的，底框1靠近第一支撑板2两侧的顶部均焊接有支脚4，且支脚4的顶部贴合在反应桶13的底部两侧，底框1的顶部一端焊接有推杆9，底框1的底部四角均通过螺栓连接有万向轮。
进一步的，两个安装架15的一侧通过螺栓连接有控制箱8，且控制箱8与电机12、增压泵14、压力表17和加热器23之间电性连接。
工作原理：使用时，使用者将金属钠物料置于置物钵21的内部，通过把手11将置物钵21延伸入反应桶13的内部，使得T型板10合在L型支架5的顶部、密封盖18合在进出管19的内部、定位杆27穿过定位孔的内部，此时整个反应桶13处于密封状态，通过释放储气罐7内的无毒CO2，使其通过进气管16进入反应桶13的内部，在scCO2体系下，用安全无毒的C02作碳源，金属钠作为还原剂，通过加热器23和加热盘管24将反应桶13的内部加热至440℃和通过增压泵14和增压管以及压力表17将反应桶13的内部增压到80MPa的超临界条件，经过12小时的还原反应后，将CO2还原成了无色透明碱基金属碳，在进行还原反应的过程中，可通过电机12带动转轴20进行转动，带动搅动细杆26和搅动球在置物钵21的内部进行搅动处理，利用搅动细杆26和搅动球增大金属钠的活动性能，使得金属钠充分并快速的与CO2接触，提高还原反应的速度，提高合成碱基金属碳的效率。
实施例2
参照图5，一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，本实施例相较于实施例1，底框1的底部内壁通过螺栓连接有包裹在加热盘管24***的导热罩28，且导热罩28设置为球面结构。
工作原理：使用时，使用者在通过加热器23和加热盘管24对反应桶13的内部进行加热时，可通过导热罩28对CO2与加热盘管24进行隔绝处理，避免CO2直接与加热盘管24接触时出现急剧膨胀的问题，防止反应桶13内部的气压因二氧化碳的变化而出现不稳定的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，包括底框（1），其特征在于，所述底框（1）靠近中间位置的顶部两侧均焊接有L型支架（5），且L型支架（5）的一侧焊接有两个安装架（15），安装架（15）的一侧通过螺栓连接有反应桶（13），反应桶（13）的底部设置有加热机构，所述反应桶（13）的顶部焊接有进出管（19），且进出管（19）的顶部插接有密封盖（18），密封盖（18）的顶部通过螺栓连接有电机（12），电机（12）的输出轴焊接有转轴（20），转轴（20）的外壁焊接有轴承座，轴承座的外壁焊接有等距离分布的连接杆（25），连接杆（25）的底部通过螺栓连接有置物钵（21），所述底框（1）的内壁一侧焊接有第一支撑板（2），且第一支撑板（2）的顶部一侧开有第一通孔，第一通孔的内壁通过螺栓连接有增压泵（14），增压泵（14）的顶部通过螺栓连接有插接在反应桶（13）内的增压管，所述底框（1）的内壁另一侧焊接有第二支撑板（6），且第二支撑板（6）的顶部通过螺栓连接有储气罐（7），储气罐（7）的一端通过法兰连接有插接在反应桶（13）内的进气管（16）。
2.根据权利要求1所述的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，其特征在于，所述反应桶（13）靠近底部的内壁两侧均焊接有定位座（22），且定位座（22）的顶部一侧开有定位孔，置物钵（21）的底部两侧均焊接有插接在定位孔内的定位杆（27），转轴（20）延伸入置物钵（21）内的外壁焊接有等距离分布且呈弧形的搅动细杆（26），搅动细杆（26）的底部均焊接有搅动球。
3.根据权利要求2所述的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，其特征在于，两个所述L型支架（5）的顶部一侧通过螺栓连接有同一个T型板（10），且T型板（10）的底部与电机（12）的顶部之间通过螺栓连接，T型板（10）的顶部焊接有把手（11）。
4.根据权利要求3所述的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，其特征在于，所述反应桶（13）的一侧顶部焊接有气压检测管，且气压检测管的一端通过螺栓连接有压力表（17），气压检测管、增压管和进气管（16）上均通过螺栓连接有阀门。
5.根据权利要求4所述的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，其特征在于，所述加热机构包括通过螺栓连接在反应桶（13）的底部的加热器（23），且加热器（23）的顶部通过螺栓连接有插接在反应桶（13）内的加热盘管（24）。
6.根据权利要求5所述的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，其特征在于，所述第一支撑板（2）的顶部另一侧开有第二通孔，且第二通孔的内壁焊接有保护圈（3），加热器（23）***保护圈（3）的内部。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，其特征在于，所述底框（1）靠近第一支撑板（2）两侧的顶部均焊接有支脚（4），且支脚（4）的顶部贴合在反应桶（13）的底部两侧，底框（1）的顶部一端焊接有推杆（9），底框（1）的底部四角均通过螺栓连接有万向轮。
8.根据权利要求6所述的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，其特征在于，两个所述安装架（15）的一侧通过螺栓连接有控制箱（8），且控制箱（8）与电机（12）、增压泵（14）、压力表（17）和加热器（23）之间电性连接。
9.根据权利要求4所述的一种超临界流体反应***中碱基金属碳制备装置，其特征在于，所述底框（1）的底部内壁通过螺栓连接有包裹在加热盘管（24）***的导热罩（28），且导热罩（28）设置为球面结构。
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