一种处理化学气相沉积炉尾气的装置的制作方法

本发明涉及化学气相沉积炉，具体是一种处理化学气相沉积炉尾气的装置。

背景技术：

碳基复合材料是一种具有特殊性能的复合材料，其主要制备方法是化学气相沉积工艺，该工艺是将碳纤维预制体放在化学气相沉积炉的工作区内，加热到900-1100℃，通入碳烃化合物如甲烷、丙烯等，碳烃化合物在高温下发生一系列裂解和聚合反应，形成一系列分子量大小不等，分子量分布范围很大的烃类产物体系等，这些产物中分子量大的部分附着在碳纤维预制体上，经脱氢反应后转变为沉积碳；其余部分则以气态的形式从化学气相沉积炉的工作区中排出，成为尾气进入排气系统。

化学气相沉积炉排气系统一般由排气管道、焦油罐、伺服阀、截止阀、真空泵等组成。最初始的排气系统带有循环冷却水，所以尾气经过排气系统时温度会逐渐降低；随着尾气温度快速降低，除过尾气中难以液化分子量很小的部分烃类以气体形式排出外，其余分子量较大的烃类尾气部分液化成粘度很大的焦油，甚至是固体焦油颗粒，附着在排气系统的管道、阀门和真空泵等器件内壁上，经过上百小时的积累，很容易导致尾气管道堵塞，阀门卡滞，以及真空泵抽气效率下降，导致正常生产被迫中止，此时需要停炉拆卸管道，使用电吹风或者加热棒来加热使焦油融化自然流出，必要时还需要使用有机溶剂来清洗焦油。后期经过改进关掉排气系统的循环冷却水后，以上情况并没有明显缓解。

为了消除尾气中焦油等污染物对化学气相沉积炉沉积炉的不利影响，北京百慕航材高科技股份有限公司在专利号为201120435175.7的实用新型专利中公开了《一种化学气相沉积炉尾气处理装置》，该装置利用两级冷却和三级过滤的方式来实现对化学气相沉积炉中副产物的处理，起到了一定的净化处理效果，但由于该装置中有丝网过滤罐和活性炭过滤罐，装置在运行一段时间后，丝网过滤罐和活性炭过滤罐十分容易堵塞，导致炉内气体无法顺利抽出，连续运行效果不够理想。

西安电炉研究所有限公司在申请号为201110356140.9的发明创造中公开了《一种气相cvi炉用三级过滤系统》，该装置采用冷凝板冷凝吸附加过滤袋、活性炭两级过滤的方式实现净化效果，由于装置中冷凝板冷凝吸附杂质后快速污染，冷凝效率急速下降，且冷凝袋、活性炭过滤装置也容易堵塞，影响该过滤装置连续运行。

北京百慕航材高科技股份有限公司在申请号为cn201120435175.7的发明创造中公开了《化学气相沉积炉用尾气处理装置》，该装置是设计一个该装置采用多级冷凝罐和活性炭过滤罐组成的，由于冷凝袋、活性炭过滤装置容易堵塞，影响该过滤装置连续运行。

西安航空制动科技有限公司在申请号为cn201210078238.7的发明创造中公开了《化学气相沉积炉用尾气处理装置》，该装置是设计一个由网状结构的焦油过滤器和波纹管组成的过滤装置，该装置不能完全过滤尾气中的焦油，长时间工作后焦油会污染真空泵影响抽气效率。

西安航空制动科技有限公司在申请号为cn201410211473.6的发明创造中公开了《一种cvi炉尾气处理装置》，该装置是设计一个由抽气管导流罩、导流扇和分离锥组成的一个离心分离系统，利用涡旋运动的离心筛分作用来分离出尾气中的大分子杂质，达到净化尾气的目标，由于化学气相沉积炉的尾气中含有一系列分子量大小不等，分子量分布范围很大的烃类产物，该分离装置结构复杂，内部棱角结构较多，在大分子烃类物质粘连在各部件上影响分离效果。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的结构复杂、影响大分子烃类物质分离效果的不足，本发明提出了一种处理化学气相沉积炉尾气的装置。

本发明包括尾气管道、焦油收集罐、挡板和洗气罐。其中：

所述尾气管道的上端与所述化学气相沉积炉炉体的上部的孔口连通；该尾气管道的下端与所述焦油收集罐的入口连通。该焦油收集罐的出口与洗气罐的入口之间通过循环管道连通。所述洗气罐的出口与真空泵连通。所述的尾气管道的壳体为夹层结构。在该夹层的下端开有循环加热油进口，在该夹层的上端开有循环加热油出口。所述尾气管道壳体夹层两个内表面之间的间距为10～20mm。在该尾气管道内圆周表面分布有多个螺旋排布的挡板。

所述多个挡板均为平板，该挡板的一端为固支端，另一端为悬臂端。所述固支端端面为圆弧状，该圆弧的半径与所述尾气管道的内半径相同，将该挡板的固支端焊接固定在尾气管道内圆周表面，并使该挡板的悬臂端与所述固支端之间有45°的夹角α，使该挡板的表面为45°的斜面；所述斜面的倾斜方向为尾气管道内的下端。

各所述挡板的长度为所述尾气管道内径的五分之三，宽度为该尾气管道内表面周长的四分之一。所述周向相邻的两个挡板相邻的侧表面之间的间距为零，使所述轴向相邻的挡板之间的垂直距离与该挡板的长度相同。

所述尾气管道夹层内循环通入60～80℃的机油。

所述洗气罐内部装有真空泵油。所述焦油收集罐与所述洗气罐连接的循环管道出口位于该真空泵油的油液面以下。

所述焦油收集罐和所述洗气罐均为密封罐。

本发明为避免因焦油冷凝堵塞管道而导致生产被迫中止，同时未冷凝在管道上的焦油、粉尘等杂质容易进入化学气相沉积炉的抽真空泵系统，对其造成污染或堵塞管道，致使真空泵的抽气效率下降，化学气相沉积炉炉内压力不能得到有效地保证，沉积效率下降并影响产品质量的问题，因此需要对化学气相沉积炉原有尾气过滤装置进行改进，延长化学气相沉积炉的连续工作时间。

本发明中，由化学气相沉积炉出来的高温反应尾气会被挡板层层拦截阻挡，动能迅速下降，大部分尾气中的焦油、粉尘和碳黑等会由气态变为固态凝结在挡板或尾气管道壁上，防止大量焦油等副产物被快速吸入真空系统中，污染真空泵影响抽气效率；然后所述带夹层尾气管道的夹层中通入热工业用油，如机油，由于所述带夹层尾气管道由金属材料制成，传热效果良好，可通过外部加热系统将工业用油加热至60～80℃将焦油熔化，同时利用外部动力系统使工业用油循环流动可以持续加热，此时凝结在所述带夹层尾气管道及所述挡板上的焦油等副产物受热达到熔点后会顺着带夹层尾气管道内的挡板流到下面的所述焦油收集罐内，以上所述的尾气管道类似于化学实验中常用的冷凝管，作用原理相同，相当于都是先将要收集的物质加热到气体状态，然后通过“冷凝管”夹层的“低温液体”将收集物质温度降至其熔点以下，凝固点以上，从而达到收集的目的，本发明的所述尾气管道起到的是“冷凝管”的作用，循环加热油起到的是“低温液体”的作用，要收集的物质就是尾气中的焦油等副产物。此外，所述焦油收集罐顶部另外开口所述洗气罐连接，所述洗气罐用来拦截最后的碳黑及未冷凝下来的剩余焦油，所述洗气罐为密封装置，内部装有真空泵油。根据“相似相容”原理，真空泵油和尾气中的烃类物质同属有机物，所以真空泵油可以有效吸收化学气相沉积炉尾气中的烃类物质，当把含有焦油的尾气通过真空泵的抽力通入所述洗气箱的真空泵油里后，尾气中的大分子烃类物质如焦油、碳黑等会被真空泵油完全吸收拦截，剩余小分子烃类物质常温状态下呈气体状态来不及吸收会被真空泵抽走，但是并不会污染真空系统，从而达到净化尾气的目的。

本发明尾气管道壁有自动加热功能可以防止焦油凝结而堵塞。

本发明尾气管道内壁焊接有呈螺旋分布的多个挡板，可以拦截大量的尾气杂质而且不会出现普通过滤器容易发生堵塞的问题。

本发明能够拦截尾气所有固体粉尘杂质以及多余的焦油物质，保证化学气相沉积炉的抽真空系统不被污染，能够长时间连续运行。

现有技术中，化学气相沉积炉运行约150小时就要因为尾气管道堵塞等原因停炉拆卸管道进行清理，十分不便，而且频繁停炉会严重影响产品质量、延误产品生产周期，本装置正常使用情况下可使化学气相沉积炉连续使用时间达到1000小时以上，而不会发生尾气管道堵塞、阀门卡滞等问题，并且真空泵抽气效率下降基本控制在10％以内，解决了原化学气相沉积工艺中副产物焦油堵塞尾气管道以及污染真空泵导致抽气效率下降，降低生产效率的问题，实现了自动化清理的目标，更加简洁、高效、环保、安全。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明带夹层尾气管道的剖面示意图

图3为本发明带夹层尾气管道的俯视图

1.化学气相沉积炉炉体、2.尾气管道、3.焦油收集罐、4.挡板、5.洗气罐，6.循环加热油进口、7.循环加热油出口

具体实施方式

本实施例是针对现有化学气相沉积工艺在生产过程中清理焦油方法存在的不足，连续运行时间短的问题，提出了一种处理化学气相沉积炉尾气的系统装置。

本实施例包括化学气相沉积炉炉体1、尾气管道2、焦油收集罐3、挡板4、洗气罐5，循环加热油进口6和循环加热油出口7。其中：

如图1所示，所述尾气管道2的上端与所述化学气相沉积炉炉体1的上部的孔口连通；该尾气管道2的下端与所述焦油收集罐3的入口连通。该焦油收集罐3的出口与洗气罐5的入口之间通过循环管道连通。所述洗气罐的出口与真空泵连通。

所述的尾气管道2的壳体为夹层结构。在该夹层的下端开有循环加热油进口6，在该夹层的上端开有循环加热油出口7。所述尾气管道壳体夹层两个内表面之间的间距为10～20mm。

在该尾气管道内圆周表面分布有多个采用不锈钢制成的挡板4。所述多个挡板均为平板，该平板的一端为固支端，另一端为悬臂端。所述固支端端面为圆弧状，该圆弧的半径与所述尾气管道的内半径相同，将该挡板的固支端焊接固定在尾气管道内圆周表面，并使该挡板的悬臂端与所述固支端之间有45°的夹角α，使该挡板的表面为45°的斜面。所述斜面的倾斜方向为尾气管道内的下端。所述各挡板的长度为所述尾气管道2内径的五分之三，宽度为尾气管道2内表面周长的四分之一。所述多个挡板在尾气管道内圆周表面的排布方式为螺旋状，使所述周向相邻的两个挡板相邻的侧表面之间的间距为零，使所述轴向相邻的挡板之间的垂直距离与该挡板的长度相同。

所述尾气管道2的循环加热油进口6与外接的循环油箱的出口连通，并通过油泵加压循环，所述尾气管道的循环加热油出口7与所述循环油箱的进口连通。向该尾气管道夹层内循环通入60～80℃的机油，以对附着在该尾气管道内表面的焦油副产物进行加热，使该焦油副产物融化并具有良好的流动性，沿管道进入所述焦油收集罐3内。

所述洗气罐5内部装有真空泵油。所述焦油收集罐3与所述洗气罐5连接的循环管道出口位于该真空泵油的油液面以下。所述洗气罐5顶部有通过管道与真空泵连接，在真空泵的作用下，使从化学气相沉积炉炉体1尾部流出的尾气经过尾气管道2进入所述焦油收集罐3内，进而进入所述洗气罐内。

所述焦油收集罐3和所述洗气罐5均为密封罐。

由所述化学气相沉积炉1尾部流出的反应尾气会被所述挡板4层层拦截阻挡，该反应尾气的动能迅速下降，温度会迅速降至室温，大部分尾气中的大分子烃类物质，如焦油和碳黑，由气态变为固态凝结在所述挡板4或所述尾气管道2的管壁上，防止大量焦油等副产物被快速吸入真空系统中，污染真空泵影响抽气效率。所述尾气管道2的夹层中循环通入加热后的机油，并使该机油通过外部加热系统持续加热；所述机油由该循环加热油出口7排出。由于所述带夹层尾气管道2由金属材料制成，传热效果良好，依据焦油熔点能够通过外部加热系统将机油加热至60～80℃，通过循环且持续加热的机油后，能够将凝结在所述尾气管道2内表面及所述挡板4上的焦油副产物受热达到熔点后会流入所述焦油收集罐3内。所述焦油收集罐3与所述洗气罐5连接，该洗气罐内装有真空泵油，未被尾气管道2拦截的剩余尾气在真空泵抽力的作用下会流入到所述洗气罐5装内的真空泵油里，使该剩余尾气中的碳黑及未冷凝下来的剩余焦油大分子烃类物质被真空泵油完全吸收，剩余尾气中呈气体状的小分子烃类物质被真空泵从所述洗气罐5顶部出口抽走。