一种水热法快速制备超高强度α半水石膏的反应釜的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种水热法快速制备超高强度α半水石膏的反应釜。该反应釜主要包括反应釜主体、加热装置、搅拌装置和监测控制装置。反应釜主体包括釜体，釜体顶部有料浆进口，釜体底部有卸料口；加热装置包括多组均匀排布在釜体内壁的加热排管、加热介质入口和加热介质出口，加热排管是截面呈长方形的扁管，扁管长边垂直于釜壁；搅拌装置由电机、搅拌轴以及搅拌桨组成，搅拌桨为锚型与螺旋桨型组合的搅拌桨；监测控制装置包括测温管和取料口。本实用新型通过结构改进，能够降低α半水石膏生产周期和生产能耗，简化生产工艺，并且能够大幅度提升α半水石膏的二次成核速率，降低α半水石膏细度，使得其强度远大于现有反应釜制备的半水石膏。
【专利说明】一种水热法快速制备超高强度α半水石膏的反应釜
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及制备α半水石膏的反应釜，特别涉及一种水热法快速制备超高强度α半水石膏的反应釜。
【背景技术】
[0002]水热法是制备超高强α半水石膏的最适宜的工艺方法，它可以有效调控α半水石膏晶体的形貌以及粒度大小、粒度分布等颗粒特性，降低α半水石膏使用过程中的标准稠度需水量，优化α半水石膏水化速率和石膏硬化浆体的微观结构，使得石膏材料具有极高的力学强度。反应釜是水热法制备α半水石膏的主体和关键设备，它的特性对于α半水石膏的性能以及成本等具有决定性影响。目前，水热法制备α半水石膏工艺主要着眼于石膏形貌的改变和调控，从工艺和设备等对于石膏粒度控制的考虑较少。这就使得制备的α半水石膏颗粒粗大，其制备的石膏材料力学强度虽然有大幅度提升，但是很难达到超高强石膏的要求，并且粗大的颗粒制备的石膏材料在细节表现方面较差，很难符合模具、模型的制备要求。因此，现有工艺为了降低制备的α半水石膏的粒度，又引入了粉磨工序。但是，这又会导致部分规则的半水石膏晶体由于粉磨变为不规则的颗粒。虽然降低了半水石膏颗粒细度，优化了粒度级配但是与水热法工艺制备规则形貌α半水石膏颗粒的优势相t匕，对于α半水石膏性能的提升幅度不大。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种水热法快速制备超高强度α半水石膏的反应釜，该反应釜既能调控α半水石膏颗粒形貌又可以有效优化其颗粒特性，在简化整体工艺的同时提升α半水石膏的性能。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]一种水热法快速制备超高强度α半水石膏的反应釜，主要包括反应釜主体、加热装置、搅拌装置和监测控制装置。反应釜主体包括釜体，釜体顶部有料浆进口，釜体底部有卸料口 ；加热装置包括多组加热排管、加热介质入口和加热介质出口，加热排管均匀排布在釜体内壁，加热介质由入口进入通过多个加热排管最后由出口流出；搅拌装置由电机、搅拌轴以及搅拌桨组成；监测控制装置包括测温管和取料口。
[0006]所述的加热排管是截面呈长方形的扁管，扁管长边(即扁管面积较大的面)垂直于釜壁。
[0007]所述的加热排管优选为四组，且四组加热排管两两对称。
[0008]所述的搅拌桨优选为锚型与螺旋桨型组合的搅拌桨。
[0009]所述的测温管和取料口优选均从釜体顶端伸入到釜体内部。
[0010]本实用新型采用内加热方式，加热排管位于反应釜内部，加热介质为导热油或蒸汽，这较外加热方式传热速率和效率大幅度提升。对于水热法制备α半水石膏，其反应温度一般高达140°C以上，浆体升温时间在整个生产周期中占很大比例，甚至要长于实际反应时间。升温速率的提高可以很大程度上降低产品整个生产周期，另外也降低了反应过程能量的损失，降低生产成本。另外，加热管内置也比夹套式加热方式更加易于维护。内置加热排管采用的是截面呈长方形的扁管而不是传统的圆形管，扁管长边垂直于釜壁并且四组排管两两对称。α半水石膏的制备过程就是α半水石膏晶体的结晶过程，成核速率高低决定了 α半水石膏的细度及粒度级配。对于晶体结晶，成核速率取决于二次成核，其大小决定于晶体-晶体、晶体-搅拌桨、晶体-器壁之间的碰撞机率和能量。传统反应釜，反应浆体浓度有一最大值，其一定的情况下，由于晶体之间、晶体与器壁之间碰撞产生的二次晶核基本不变；搅拌速率对于二次成核影响较大，但是其最大转速有极限，转速一定的情况下，晶体与搅拌桨之间碰撞产生的二次晶核基本也变化不大；因此，传统反应釜对于提升晶体成核速率，降低α半水石膏细度能力有限。本实用新型在反应釜内部引入了扁形加热排管，在传导热量的同时，其面与浆体转动方向垂直，晶体可以直接与其碰撞，增加了二次成核的来源。同时，晶体与其碰撞后速率将为零，碰撞能量也远非前述三种方式(晶体-晶体、晶体-搅拌桨、晶体-器壁之间的碰撞)能够相比，产生的二次晶核就很多。本实用新型同时采用了锚型与螺旋桨型组合的搅拌桨，也就是平桨与斜桨的组合。平桨能够产生很大的径向流，增大晶体与器壁和加热排管之间的碰撞；螺旋桨型等斜桨能够产生上下的轴向流，将粗大易沉降的大晶体以及由于和加热排管碰撞而下沉的晶体卷起重新加入径向流，并且，在轴向流和径向流的相互交汇的过程中，晶体之间的碰撞频率也会增加。
[0011]本实用新型可以利用天然石膏以及脱硫石膏、磷石膏等工业副产石膏制备高强的α半水石膏，所制备的α半水石膏可以作为石膏模型、模具以及石膏建材生产等领域的高性能的原料。
[0012]综上所述，本实用新型通过结构改进，能够降低α半水石膏生产周期和生产能耗，简化生产工艺，并且能够大幅度提升α半水石膏的二次成核速率，降低α半水石膏细度，使得其强度远大于现有反应釜制备的半水石膏。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是水热法快速制备超高强度α半水石膏的反应釜的结构示意图；
[0014]图2是图1中AA线剖面图；
[0015]图3是图1中虚线框所示加热排管局部放大图；
[0016]附图中的标记为:1_料浆进口，2-釜体，3-电机，4-搅拌轴，5-搅拌桨，6-加热介质入口，7-加热介质出口，8-加热排管，9-测温管，10-取料口，11-卸料口。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例和附图对本实用新型做进一步详细的描述。应理解，下面的实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。
[0018]实施例1
[0019]一种水热法快速制备超高强度α半水石膏的反应釜，主要包括反应釜主体、加热装置、搅拌装置和监测控制装置，其结构示意图如图1、2和3所示。反应釜主体包括釜体2，釜体2顶部有料浆进口 1，釜体2底部有卸料口 11 ;加热装置包括四组加热排管8、加热介质入口 6和加热介质出口 7，加热排管8均匀排布在釜体2内壁，加热介质由入口 6进入通过4个加热排管8最后由出口 7流出；搅拌装置由电机3、搅拌轴4以及搅拌桨5组成；监测控制装置包括测温管9和取料口 10。
[0020]所述的加热排管8是截面呈长方形的扁管，扁管长边(即扁管面积较大的面)垂直于釜壁并且四组加热排管两两对称。
[0021]所述的搅拌桨5为锚型与螺旋桨型组合的搅拌桨。
[0022]所述的测温管9和取料口 10均从釜体2顶端伸入到釜体2内部。
[0023]实施上述反应釜制备α半水石膏的过程如下:
[0024]粉状天然石膏或工业副产石膏、外加剂、水等按照一定比例调成固含量30?70%的料浆，料浆通过进料口 I进入釜体2内，料浆在釜体内的填充度为40?90 %。浆体通过由搅拌电机3、搅拌轴4和搅拌桨5组成的搅拌装置按照100?500转/分钟的速率进行搅拌。导热油或热蒸汽等由加热介质入口 6进入，出口 7流出，通过加热排管8来快速使得料浆升温到110?150°C。温度由测温管9测得并反馈给控制系统并通过控制加热介质的温度和流速等使得釜体2内温度达到预定值。不定时通过取料口 10从反应釜内部获取料浆并进行快速分析来了解石膏的反应进程。石膏完成生成α半水石膏后即由卸料口 11排出进行脱水、干燥，获得成品。
【权利要求】
1.一种水热法快速制备超高强度α半水石膏的反应釜，其特征在于:主要包括反应釜主体、加热装置、搅拌装置和监测控制装置；反应釜主体包括釜体，釜体顶部有料浆进口，釜体底部有卸料口 ；加热装置包括多组加热排管、加热介质入口和加热介质出口，加热排管均匀排布在釜体内壁；搅拌装置由电机、搅拌轴以及搅拌桨组成；监测控制装置包括测温管和取料口。
2.根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于:所述的加热排管是截面呈长方形的扁管，扁管长边垂直于爸壁。
3.根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于:所述的加热排管为四组，且四组加热排管两两对称。
4.根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于:所述的搅拌桨为锚型与螺旋桨型组合的搅拌桨。
5.根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于:所述的测温管和取料口均从釜体顶端伸入到釜体内部。
【文档编号】B01J19/18GK204122112SQ201420420697
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】唐明亮, 沈晓冬, 胡增涵, 郑海, 刘宝, 杨学根 申请人:南京工业大学, 南京工业大学东海先进硅基材料研究院