专利名称：一种优化的硅化镁反应装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及硅化镁生产设备，主要涉及一种优化的硅化镁反应装置。
背景技术：
硅化镁是一种重要的工业原料，广泛应用于制备硅烷气体、多晶硅、非晶硅薄膜、 陶瓷材料及含硅纳米粉末等。对半导体微电子制造业、太阳能电池制造业、材料镀层加工业和先进陶瓷有着越来越重要的作用。开发大规模、高效、高质量和低能耗的工业合成技术是硅化镁工艺的发展方向。目前，硅化镁的生产方法主要有两种，分别为间隙式生产方法和连续合成方法。 其中，间隙式生产方法主要利用固定床间歇反应器，将硅粉和镁粉按一定的比例混合，在真空下加热，使硅镁发生反应生成硅化镁粉末，由于硅镁反应是强放热反应，其反应式为 2Mg+Si — Mg2Si+77. 4KJ/mol,反应在500 550°C大量发生，反应放出大量的热使物料剧烈升温，将使物料达到 650 800°C，甚至更高，导致Mg3Si2和Mg4Si3等副产物大量增加，从而降低硅化镁收率和质量，如果不及时移出反应热，同时将导致生成的硅化镁熔融结块，将给后续处理和应用带来极大的困难；此外，由于固定床间歇反应器的局限性，即它需要装料、加热、保温、冷却和取料等工序，使得其生产效率低下、能耗较大。德国专利1143190曾提出了一种连续合成硅化镁的方法，共有两个方案，其中一个是利用螺旋推进器推动反应器内混合物料向前输送，搅拌和加热同时进行；另一个是延转管式，反应器稍微倾斜，物料靠反应器转动和物料自身重力向前移动，加热和搅拌同时进行。但无论是间隙式生产方法中使用的固定床间歇反应器还是连续合成方法中使用的反应器，均未解决硅镁反应的移热问题，极大地限制了硅化镁的大规模合成。
发明内容为解决上述存在的技术问题，本实用新型的目的是提出一种优化的硅化镁反应装置，使其可有效控制反应温度，以提高硅镁转化率和硅化镁收率，且适应大规模高效连续合成硅化镁的需要。本实用新型实现发明目的所采用的技术方案为—种优化的硅化镁反应装置，所述的硅化镁反应装置主体为回转窑构成的反应器，并具有加热机构和喷淋冷却机构；设置有硅镁混料器1、待反应物储料槽，所述待反应物储料槽为并联设置的三个Oa、2b、2c)；所述并联设置的三个待反应物储料槽(h、2b、 2c)分别与硅镁混料器1连通，并与进料仓3连通；在回转窑的进料口设置有螺旋进料器 4，所述的螺旋进料器4与进料仓3连通并通过回转接头5与回转窑连通；所述的回转窑具有进料预热段、反应段、补温反应段和出料段，并对应回转窑的进料预热段、反应段、补温反应段分别设置有加热机构，所述的加热机构为外置夹套式结构，即具有进料预热段加热夹套6，反应段加热夹套7，补温反应段加热夹套8 ；对应回转窑的出料段设置有喷淋冷却机构，所述的喷淋冷却机构为喷淋冷却装置10，设置在回转窑的出料段；回转窑的温度监控采用高精度遥感式温度变送器，并分别对应回转窑的进料预热段、反应段、补温反应段、出料段设置；与回转窑的出料口通过回转接头12连通有螺旋出料器13 ；螺旋出料器13出口与出料仓14连通，所述的出料仓14与并联的三个目标产物出料仓(15a、15b、15c)连通；回转窑式的反应器的回转窑内壁设置有螺旋翅片17，所述的螺旋翅片17固定连接在回转窑筒体16的内壁上。本实用新型硅化镁反应装置的工作过程1)对除了混料器1以外的整个装置系统进行气体置换洗涤净化，利用真空系统和保护气系统可实现多次真空和充压的循环洗涤，从而使系统达到净化要求，净化合格后保持微正压状态，并将系统中的阀门保持在关闭状态，洗涤气可采用氩气或氢气。2)将硅粉与镁粉按照质量比3 5 7投入混料器，投料完毕后，对盛有物料的混料器进行空气净化洗涤化处理，合格后保持微正压开启搅拌器进行混料，混料完毕后，再次对混料器及其物料进行最后一次洗涤净化处理并保持微正压。3)开启混料器第一物料控制阀si和待反应物储料槽2a的第二物料控制阀s2，将混合均勻的物料转移至待反应物储料槽2a，转移完毕后关闭第一物料控制阀si和第二物料控制阀s2。混料器继续执行2)步骤的操作，其处理好的混合物料可循环存储在2a、2b、 2c内，以此实现混料器的不间断操作，保证反应物料的连续供应。4)开启储料槽2a的第五物料控制阀s5和进料仓3的第八物料控制阀s8，将待反应物料转移至进料仓3内，转移完毕后，关闭第五物料控制阀s5和第八物料控制阀s8。5)开启回转窑16外部的加热夹套6、7、8的加热系统，对回转窑16进行预热，并开启回转窑的转动控制系统，使回转窑筒体转动。6)当预热的三个区间温度达到目标温度后，开启第九物料控制阀s9和启动螺旋进料器4，开始向回转窑16进料，同时开启喷淋冷却装置10和螺旋出料器13以及第十物料控制阀s 10。7)根据个区间的温度监控情况调整进料速度和加热强度，严格控制反应的条件。8)在反应进行的同时，混料器1可以将其混合好的物料移至储料槽2b和2c内备用，当储料槽2a中的物料转移完后，可切换到另一个储料槽补料。这样可以实现进料仓永远有连续的物料补给。9)当出料仓14的物料达到一定量时，开启出料仓14的第i^一物料控制阀sll和目标产物储料槽15a的第十二物料控制阀sl2，将产物转移至15a中，当产物储料槽15a的物料达到目标量时，关闭目标产物储料槽15a的第十二物料控制阀sl2，开启目标产物储料槽15b的第十三物料控制阀sl3，使产物收集在15b中，而此时也可以开启储料槽15a的第十五物料控制阀sl5，将反应产物取出。10)在放料取出最终反应物的同时，储料槽15a会被外界空气污染，所以在放料完毕后可通过真空阀v6和保护气阀g6对15a进行置换洗涤，重新净化15a，使其处于合格的待用状态待用。如此循环处理15a、15b、15c，可以实现物料的连续输出，保持反应的连续进行。与背景技术相比，本实用新型的有益效果是1.能安全稳定有效的控制反应的进行。[0021]2.可实现大规模M小时不间断生产，可提高产能和目标产物产率。3.有效的实现反应余热的转移，优化目标产物形状。4.减少能耗和成本，提高效益。
图1为本实用新型硅化镁反应装置构成的示意图。图2为回转窑筒体截面示意图。图中1.硅镁混料器，2a、2b、2c、待反应物储料槽，3.进料仓，4.螺旋进料器，5.回转接头，6.进料预热段加热夹套，7.反应段加热夹套，8.补温反应段加热夹套，9.隔水挡 U, 10.喷淋冷却装置，11.隔水挡板，12.回转接头，13.螺旋出料器，14.出料仓，lfe、15b、 15c、目标产物出料仓，16.回转窑筒体，17.螺旋翅片，18.压力平衡管，si.第一物料控制阀，s2.第二物料控制阀，s3.第三物料控制阀，s4.第四物料控制阀，s5.第五物料控制阀， s6.第六物料控制阀，s7.第七物料控制阀，s8.第八物料控制阀，s9.第九物料控制阀，slO. 第十物料控制阀，sll.第十一物料控制阀，sl2.第十二物料控制阀，sl3.第十三物料控制阀，sl4.第十四物料控制阀，sl5.第十五物料控制阀，sl6.第十六物料控制阀，sl7.第十七物料控制阀，Pl p3.压力计，psl ps2.压力变送器，Tl T4.遥感式温度变送器，vl v8.真空控制阀，gl g8.置换气和保护气控制阀，fl f8.空气过滤器。
具体实施方式
结合附图给出的实施例，对本实用新型加以说明，但不构成对本实用新型的任何限制。如图1、图2所示，一种优化的硅化镁反应装置，所述的硅化镁反应装置主体为回转窑构成的反应器，并具有加热机构和冷却机构；设置有硅镁混料器1、待反应物储料槽， 所述待反应物储料槽为并联设置的三个Oa、2b、2c ；所述并联设置的三个待反应物储料槽 (2a.2b.2c)分别通过第二物料控制阀s2、第三物料控制阀s3、第四物料控制阀s4与硅镁混料器1连通，并通过第五物料控制阀s5、第六物料控制阀s6、第七物料控制阀s7与进料仓3连通；设置有控制硅镁混料器1出料的第一物料控制阀sl，设置有控制进料仓3出料的第九物料控制阀s9 ；在回转窑的进料口设置有螺旋进料器4，所述的螺旋进料器4通过回转接头5与回转窑连通；螺旋进料器4的出口连接旋转接头5，螺旋进料器4的入口连接进料仓3 ；所述的回转窑具有进料预热段、反应段、补温反应段和出料段，并对应回转窑的进料预热段、反应段、补温反应段分别设置有加热机构，所述的加热机构为外置夹套式结构，即具有进料预热段加热夹套6，反应段加热夹套7，补温反应段加热夹套8，可对各个区段的工作温度进行加热功率调节，满足回转窑进料预热段、反应段、补温反应段各自的工作温度要求；所述加热机构的加热部件均主要由电阻丝和设置于所述的电阻丝外的绝缘层组成，所述的电阻丝缠绕固定在夹套的内壁上，所述的加热夹套都设有隔热填充物和外壳，从而减少热量流失和提高安全。对应回转窑的出料段设置有喷淋冷却机构，所述的喷淋冷却机构为喷淋冷却装置10，设置在回转窑的出料段，回转窑的温度监控采用遥感式温度变送器，四个遥感式温度变送器Tl T4分别对应回转窑的进料预热段、反应段、补温反应段、 出料段设置，分别测量回转窑进料预热段，反应段、补温反应段以及出料段的实时温度，将数值反映给加热机构和喷淋冷却机构，通过加热机构的控制和调整来准确的控制反应的条件，通过喷淋冷却机构的调节来控制出口物料的温度，从而提高目标产物的收率和改善目标产物的形状。冷却介质采用循环利用，在喷淋区两端设有隔水挡板9、11，防止介质扩散， 有利于介质的回收和循环。与回转窑的出料口通过回转接头12连通有螺旋出料器13;螺旋出料器13出口通过第十物料控制阀SlO与出料仓14连通，所述的出料仓14具有第十一物料控制阀sll，并分别通过第十二物料控制阀sl2、第十三物料控制阀sl3、第十四物料控制阀sl4与并联的三个目标产物出料仓(15a、15b、15c)连通，对应三个并联的目标产物出料仓(15a、15b、15c)分别具有第十五物料控制阀sl5、第十六物料控制阀sl6、第十七物料控制阀sl7 ；回转窑式的反应器的回转窑内壁设置有螺旋翅片17，所述的螺旋翅片17在随回转窑转动的过程中充分的搅拌混合反应物和控制反应物产生纵向位移，另外，所述的螺旋翅片还可以将反应段余热分别弓I导至进料预热段和补温反应段，既可以起到预热新进反应物和给补温反应区加温的作用，又可以防止反应区过热状态的产生，从而获得节能，高效， 高质的生产过程；所述的螺旋翅片17固定连接在回转窑筒体16的内壁上，回转窑的转动通过变频电机齿轮传动，可灵活调整整个回转窑的转速。所述的螺旋进料器4、螺旋出料器13 均采用变频螺旋输送机。
权利要求1.一种优化的硅化镁反应装置，其特征在于所述的硅化镁反应装置主体为回转窑构成的反应器，并具有加热机构和喷淋冷却机构；设置有硅镁混料器(1)、待反应物储料槽， 所述待反应物储料槽为并联设置的三个(2a、2b、2c)所述并联设置的三个待反应物储料槽 (2a.2b.2c)分别与硅镁混料器(1)连通，并与进料仓(3)连通；在回转窑的进料口设置有螺旋进料器(4)，所述的螺旋进料器(4)与进料仓(3)连通并通过回转接头(5)与回转窑连通；所述的回转窑具有进料预热段、反应段、补温反应段和出料段，并对应回转窑的进料预热段、反应段、补温反应段分别设置有加热机构，所述的加热机构为外置夹套式结构，即具有进料预热段加热夹套(6)，反应段加热夹套(7)，补温反应段加热夹套(8)；对应回转窑的出料段设置有喷淋冷却机构，所述的喷淋冷却机构为喷淋冷却装置(10)，设置在回转窑的出料段；回转窑的温度监控采用高精度遥感式温度变送器，并分别对应回转窑的进料预热段、反应段、补温反应段、出料段设置；与回转窑的出料口通过回转接头(12)连通有螺旋出料器(13)；螺旋出料器(13)出口与出料仓(14)连通，所述的出料仓(14)与并联的三个目标产物出料仓(15a、15b、15c)连通；回转窑式的反应器的回转窑内壁设置有螺旋翅片 (17)，所述的螺旋翅片(17)固定连接在回转窑筒体(16)的内壁上。
2.根据权利要求1所述的一种优化的硅化镁反应装置，其特征在于所述并联设置的三个待反应物储料槽(2a、2b、2c)分别通过第二物料控制阀(s2)、第三物料控制阀(s3)、第四物料控制阀(s4)与硅镁混料器(1)连通，并通过第五物料控制阀(s5)、第六物料控制阀 (s6)、第七物料控制阀(s7)与进料仓(3)连通。
3.根据权利要求1所述的一种优化的硅化镁反应装置，其特征在于所述螺旋进料器 (4)的出口连接旋转接头(5)，螺旋进料器(4)的入口连接进料仓(3)。
4.根据权利要求1所述的一种优化的硅化镁反应装置，其特征在于所述螺旋出料器(13)出口通过第十物料控制阀(SlO)与出料仓(14)连通，所述的出料仓(14)具有第十一物料控制阀(sll)，并分别通过第十二物料控制阀(sl2)、第十三物料控制阀(sl3)、第十四物料控制阀(sl4)与并联的三个目标产物出料仓(15a、15b、15c)连通，对应三个并联的目标产物出料仓(15a、15b、15c)分别具有第十五物料控制阀(sl5)、第十六物料控制阀 (sl6)、第十七物料控制阀(sl7)。
专利摘要本实用新型涉及硅化镁生产设备，主要涉及一种优化的硅化镁反应装置，设置有硅镁混料器(1)，设置的待反应物储料槽与硅镁混料器(1)、进料仓(3)连通；设置的螺旋进料器(4)与进料仓(3)连通并通过回转接头(5)与回转窑连通；对应回转窑的进料预热段、反应段、补温反应段分别设置有加热机构；对应回转窑的出料段设置有喷淋冷却机构；螺旋出料器(13)分别与回转窑的出料口和出料仓(14)连通，回转窑内壁设置有螺旋翅片(17)。本实用新型的有益效果是能安全稳定有效的控制反应的进行，实现大规模24小时不间断生产，可提高产能和目标产物产率；实现反应余热的转移，优化目标产物形状；减少能耗和成本，提高效益。
文档编号C01B33/06GK202116325SQ201120160059
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者曹晓斌 申请人:黄石市神州科技有限公司