CN113943015B - 一种氯化法钛白的制备方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氯化法钛白的制备方法及设备，该设备包括：燃烧室、四氯化钛进料环、氧化反应器、冷却导管；其中，在氧化反应器和/或冷却导管上添加至少一个声源；该方法包括：高温氧气由燃烧室进入氧化反应器；四氯化钛蒸汽由四氯化钛进料环进入氧化反应器；氧气和四氯化钛蒸汽在氧化反应器的反应区反应，生成TiO2粉末；TiO2粉末在氧化反应器的反应区和冷却导管中通过碰撞、团并形成多个均匀的第一粒子。本发明通过在氧化反应器和/或冷却导管上添加至少一个声源，多个大小差异的粒子在声源的声场作用下发生位移，促进多个大小差异的粒子的团并和长大，得到多个均匀的粒子，从而提升粒子的平均直径的同时，优化粉体的粒度分布。
Description
技术领域
本发明涉及氯化法钛白粒度制备技术领域，特别涉及一种氯化法钛白的制备方法及设备。
背景技术
不同粒度的氯化钛白对光学性能具有较大的影响。例如，粒度为220-240nm的氯化钛白在水性、油性体系中具有优异的遮盖力和消色力。粒度为180nm-200nm的氯化钛白在塑料、树脂体系中具有更好的白色颜料性质。在氯化钛白生产过程中，氯化钛白的初品粒度决定了氯化钛白的成品粒度，故控制初品粒度是提高产品质量，提升市场竞争力的关键。由此可见，如何提升氯化钛白粒度、优化粒度分布成为亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有的技术问题，本发明提出了一种利用声场提升氯化钛白粒度、优化粒度分布的氯化钛白粒度的制备方法及设备。
本发明通过以下技术方案实现：
根据本发明的一方面，提供一种氯化法钛白的制备设备，该设备可以包括：燃烧室、四氯化钛进料环、氧化反应器、冷却导管。燃烧室、氯化钛进料环、氧化反应器和冷却导管依次连接。其中，在氧化反应器和/或冷却导管上添加至少一个声源在氧化反应器和/或冷却导管上添加至少一个声源。
根据本发明的一个实施例，至少一个声源包括：气动喇叭、声电换能器、磁致伸缩式喇叭、电动式喇叭、电磁式喇叭中的至少一个。
根据本发明的一个实施例，声源的频率为12Hz-30000Hz。
根据本发明的一个实施例，声源的声场强度为100dD-180dD。
根据本发明的一个实施例，声源的声场配置在氧化反应器的混合区所在端侧的0.05m-50m的范围内。
根据本发明的一个实施例，声源的声场作用于四氯化钛气相氧化后的产物。
根据本发明的一个实施例，四氯化钛气相氧化后的产物包括Cl2、TiO2、O2、N2。
根据本发明的另一方面，提供一种氯化法钛白的制备方法，氯化法钛白的制备设备包括：燃烧室、四氯化钛进料环、氧化反应器、冷却导管；燃烧室、氯化钛进料环、氧化反应器和述冷却导管依次连接。其中，在氧化反应器和/或冷却导管上添加至少一个声源；该方法包括：高温氧气由燃烧室进入氧化反应器；四氯化钛蒸汽由四氯化钛进料环进入氧化反应器；氧气和四氯化钛蒸汽在氧化反应器的反应区反应，生成TiO2粉末；TiO2粉末在氧化反应器的反应区和冷却导管中通过碰撞、团并形成多个均匀的第一粒子。
根据本发明的一个实施例，TiO2粉末在氧化反应器的反应区和冷却导管中通过碰撞、团并形成多个均匀的第一粒子，包括：TiO2粉末在氧化反应器的反应区和冷却导管中通过碰撞、团并形成多个大小差异的第二粒子；多个大小差异的第二粒子在声源的声场作用下发生位移，促进多个大小差异的第二粒子的团并和长大，得到多个均匀的第一粒子。
根据本发明的一个实施例，在四氯化钛蒸汽由四氯化钛进料环进入氧化反应器之前，还包括：四氯化钛通过预热器预热到气相；氧气和四氯化钛蒸汽在氧化反应器的反应区反应，生成TiO2粉末，包括：氧气和四氯化钛蒸汽在大于600℃的条件下反应，得到温度大于1200℃的反应产物，反应产物包括Cl2、TiO2、O2、N2。
由于采用以上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明实施例，通过在氧化反应器和/或冷却导管上添加至少一个声源，粒径小的粒子在声场作用下由于质量小，在气体的压缩力的作用下发生的位移大，而粒径大的粒子在声场作用下发生的位移小，由于大小粒子的位移差距，当这种差距超过粒子间的距离时，大小粒子便发生碰撞。当发生碰撞的粒子在高温下发生团并时，增加了粒子的平均粒径，减小促进了小粒子和大粒子的合并，在一定程度上使得粒子分布更加集中，从而提升粒子的平均直径的同时，优化粉体的粒度分布。
附图说明
图1示出了依据本发明的氯化法钛白的制备设备的结构示意图；
图2示出了依据本发明的氯化法钛白的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了便于理解本发明，在介绍本发明之前对背景知识进行简单介绍：
在四氯化钛氧化生产氯化钛白的过程中，得到的氯化钛白粒子在氧化反应器及冷却导管中通过团并、碰撞、烧结的形式进行长大。粒子之间的碰撞是发生团并的前提。在高温条件下提升粒子的碰撞次数是促进粒子团并，增加氯化钛白粒子粒径的有效手段。通常情况下，粒子之间碰撞的驱动力除粒子的布朗运动外，还有由温度场的不均匀引起的热泳产生的粒子碰撞、气体在管道轴向高速运动造成的湍流耗散引起的粒子碰撞。
本发明提供一种氯化法钛白的制备设备。如图1所示，依据本发明的氯化法钛白的制备设备可以包括：燃烧室1、四氯化钛进料环2、氧化反应器3、冷却导管8。燃烧室1、氯化钛进料环2、氧化反应器3和冷却导管8依次连接。其中，在氧化反应器3和/或冷却导管8上添加至少一个声源。其中，至少一个声源包括：气动喇叭、声电换能器、磁致伸缩式喇叭、电动式喇叭、电磁式喇叭中的至少一个。
示例性的，如图1所示，在氧化反应器3的混合区所在端侧上设置声源4、声源5、声源10和声源12。其中，声源4和声源12轴向对称，声源5和声源10轴向对称。在冷却导管8上设置声源6和声源9，声源6和声源9错位设置。
需要补充的是，图1中所示的7为冷却水，用于冷却冷却导管8。
在一种具体可实现方式中，声源的频率可以为12Hz-30000Hz。
在一种具体可实现方式中，声源的声场强度可以为100dD-180dD。
在一种具体可实现方式中，声源的声场配置在氧化反应器的混合区所在端侧的0.05m-50m的范围内。
在一种具体可实现方式中，声源的声场作用于四氯化钛气相氧化后的产物，该四氯化钛气相氧化后的产物可以包括Cl2、TiO2、O2、N2。
在实际应用中，高温氧气由燃烧室1进入氧化反应器3，四氯化钛蒸汽由四氯化钛进料环2进入氧化反应器3。氧气与四氯化钛蒸汽两者在氧化反应器反应区11反应，生成TiO2粉末。由于不定量的声源4、声源5、声源6、声源9、声源10、声源12以对称或者无规则的形式安装在氧化反应器反应区11和冷却导管8上。则，TiO2粉末在反应区11和冷却导管8中通过碰撞、团并成颗粒较大的粒子。而大小不同的粒子在特定声场作用下，发生的位移由于质量和体积的差异而存在差距进一步的促进粒子间的碰撞。粒径小的粒子在声场作用下由于质量小，在气体的压缩力的作用下发生的位移大，而粒径大的粒子在声场作用下发生的位移小。由于大小粒子的位移差距，当这种差距超过粒子间的距离时，大小粒子便发生碰撞。当发生碰撞的粒子在高温下发生团并，增加了粒子的平均粒径，减小促进了小粒子和大粒子的合并，在一定程度上使得粒子分布更加集中。当在氧化炉尾或者粒子可以长大的高温区施加一个高能声场，将促进小粒子和大粒子的碰撞，从而提升粒子的平均直径的同时，优化粉体的粒度分布。
本发明提供一种氯化法钛白的制备方法。如图2所示，依据本发明的氯化法钛白的制备方法应用于氯化法钛白的制备设备，该设备可以包括：燃烧室、氧化反应器、四氯化钛进料环、氧化反应器、冷却导管。燃烧室、氯化钛进料环、氧化反应器和冷却导管依次连接。其中，在氧化反应器和/或冷却导管上添加至少一个声源。该方法可以包括：
S101、高温氧气由燃烧室进入氧化反应器。
S102、四氯化钛蒸汽由四氯化钛进料环进入氧化反应器。
在S102之前，还可以包括：四氯化钛通过预热器预热到气相。
S103、氧气和四氯化钛蒸汽在氧化反应器的反应区反应，生成TiO2粉末。
本步骤具体可以为：氧气和四氯化钛蒸汽在大于600℃的条件下反应，得到温度大于1200℃的反应产物，反应产物可以包括Cl2、TiO2、O2、N2。
S104、TiO2粉末在氧化反应器的反应区和冷却导管中通过碰撞、团并形成多个均匀的第一粒子。
本步骤具体可以为：TiO2粉末在氧化反应器的反应区和冷却导管中通过碰撞、团并形成多个大小差异的第二粒子。多个大小差异的第二粒子在声源的声场作用下发生位移，促进多个大小差异的第二粒子的团并和长大，得到多个均匀的第一粒子。
本发明实施例，通过在氧化反应器和/或冷却导管上添加至少一个声源，粒径小的粒子在声场作用下由于质量小，在气体的压缩力的作用下发生的位移大，而粒径大的粒子在声场作用下发生的位移小，由于大小粒子的位移差距，当这种差距超过粒子间的距离时，大小粒子便发生碰撞。当发生碰撞的粒子在高温下发生团并时，增加了粒子的平均粒径，减小促进了小粒子和大粒子的合并，在一定程度上使得粒子分布更加集中，从而提升粒子的平均直径的同时，优化粉体的粒度分布。
以上实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种氯化法钛白的制备设备，其特征在于，包括：燃烧室、四氯化钛进料环、氧化反应器和冷却导管，所述燃烧室、所述氯化钛进料环、所述氧化反应器和所述冷却导管依次连接，其中，在氧化反应器的反应区以对称或者无规则的形式安装多个声源，或者在氧化反应器的反应区和冷却导管以对称或者无规则的形式安装多个声源；所述至少一个声源包括：气动喇叭、声电换能器、磁致伸缩式喇叭、电动式喇叭、电磁式喇叭中的至少一个；所述声源的声场强度为100dD-180dD。
2.根据权利要求1所述的氯化法钛白的制备设备，其特征在于，所述声源的频率为12Hz-30000Hz。
3.根据权利要求1所述的氯化法钛白的制备设备，所述声源的声场配置在所述氧化反应器的混合区所在端侧的0.05m-50m的范围内。
4.根据权利要求3所述的氯化法钛白的制备设备，其特征在于，所述声源的声场作用于四氯化钛气相氧化后的产物。
5.根据权利要求4所述的氯化法钛白的制备设备，其特征在于，所述四氯化钛气相氧化后的产物包括Cl2、TiO2、O2、N2。
6.一种利用如权利要求1-5中任一项所述的氯化法钛白的制备设备进行氯化法钛白制备的方法，其特征在于，氯化法钛白的制备设备包括：燃烧室、四氯化钛进料环、氧化反应器、冷却导管；所述燃烧室、所述氯化钛进料环、所述氧化反应器和所述冷却导管依次连接；其中，在氧化反应器的反应区以对称或者无规则的形式安装多个声源，或者在所述氧化反应器和所述冷却导管以对称或者无规则的形式安装多个声源，不定量的声源以对称或者无规则的形式安装在氧化反应器反应区和冷却导管上；所述方法包括：
高温氧气由所述燃烧室进入所述氧化反应器；
四氯化钛蒸汽由所述四氯化钛进料环进入所述氧化反应器；
所述氧气和所述四氯化钛蒸汽在所述氧化反应器的反应区反应，生成TiO2粉末；
所述TiO2粉末在所述氧化反应器的反应区和所述冷却导管中通过碰撞、团并形成多个均匀的第一粒子。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述TiO2粉末在所述氧化反应器的反应区和所述冷却导管中通过碰撞、团并形成多个均匀的第一粒子，包括：
所述TiO2粉末在所述氧化反应器的反应区和所述冷却导管中通过碰撞、团并形成多个大小差异的第二粒子；
所述多个大小差异的第二粒子在所述声源的声场作用下发生位移，促进所述多个大小差异的第二粒子的团并和长大，得到所述多个均匀的第一粒子。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在四氯化钛蒸汽由所述四氯化钛进料环进入所述氧化反应器之前，还包括所述四氯化钛通过预热器预热到气相；
所述氧气和所述四氯化钛蒸汽在所述氧化反应器的反应区反应，生成TiO2粉末，包括：
所述氧气和所述四氯化钛蒸汽在大于600℃的条件下反应，得到温度大于1200℃的反应产物，所述反应产物包括Cl2、所述TiO2、O2、N2。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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