一种具有空心搅拌轴的碳纳米管卧式反应器的制作方法

1.本实用新型属于碳纳米管生产设备技术领域，具体涉及一种具有空心搅拌轴的碳纳米管卧式反应器。


背景技术：

2.随着纳米材料技术的快速发展，纳米材料具有良好性能，被逐渐应用在电子、通讯、电力、化工、能源、医疗等众多领域。其中，碳纳米管是一种一维纳米材料，其径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。碳纳米管的重量轻，其六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，应用前景十分广阔。
3.碳纳米管的市场需求量越来越大，正在逐渐走向工业化大批量生产。目前广泛使用立式反应器生产碳纳米管，但收受到反应条件的限制，反应器体积一直局限在较小尺寸范围内，直接导致碳纳米管的产量较小。目前，本领域开始尝试使用卧式反应器，以扩大碳纳米管的产量。
4.然而，配合卧式反应器使用的卧式搅拌器不同于常规的垂直式搅拌器，为了配合卧式反应器产量较大的特点，卧式搅拌器的搅拌能力需要同步提高，传统的具有较大搅拌能力的搅拌器均具有重量较大的搅拌轴，使得搅拌轴两端的密封承受的重量也很大，导致两端的轴封承受重量较大，极易损坏。另外，轴封的加工精度和同心度要求极高，搅拌轴的轻微震动或跳动，将造成轴封的损坏，导致卧式反应器漏气，甚至有爆炸的危险。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种具有空心搅拌轴的碳纳米管卧式反应器，解决的技术问题是卧式搅拌器的搅拌轴自重较大，其轻微震动将导致搅拌轴两端的轴封密封性不好。
6.所述具有空心搅拌轴的碳纳米管卧式反应器，包括卧式反应器、卧式搅拌器、加热器、催化剂管、尾气管、进气管和出料管，所述卧式搅拌器的搅拌轴包括空心搅拌轴和实心搅拌轴两部分，实心搅拌轴的一端连接卧式反应器外部的驱动电机，实心搅拌轴的另一端伸入卧式反应器并可拆卸连接空心搅拌轴的一端，空心搅拌轴的两端均封闭；
7.空心搅拌轴置于卧式反应器内部时，与卧式反应器的中心轴线重合；
8.空心搅拌轴上设有至少一个通气口，空心搅拌轴置于卧式反应器外部时，通气口可拆卸连接抽气泵或充气泵，用于将空心搅拌轴内的空气抽走或者用惰性气体置换空心搅拌轴内的空气；
9.所述加热器设在卧式反应器的外侧，用于加热卧式反应器；所述催化剂管和进气管连接卧式反应器的前端，尾气管和出料管连接卧式反应器的后端。
10.任选的，所述空心搅拌轴上设有一个通气口，通气口可拆卸连接抽气泵，用于将空心搅拌轴内的空气抽走。
11.任选的，所述空心搅拌轴上设有两个通气口，一个通气口可拆卸连接充气泵，用于向空心搅拌轴内充入惰性气体，另一个通气口用于充入惰性气体时打开控制阀门释放空气。
12.可选的，所述空心搅拌轴的外径大于80mm，内径不小于50mm，长度为3-20m，卧式反应器的内径大于500mm。
13.可选的，所述卧式反应器由前至后依次包括第一低温区、高温反应区和第二低温区，所述第一低温区与高温反应区之间设有第一挡板，第二低温区与高温反应区之间设有第二挡板，第一挡板和第二挡板分别用于阻隔高温反应区的热量向第一低温区和第二低温区扩散。
14.可选的，所述卧式反应器的两端均设有可拆卸的端盖，端盖与卧式反应器的连接处设有若干个密封圈，卧式反应器两端的端盖上分别设有轴封，便于空心搅拌轴穿过端盖并转动。
15.可选的，所述第一挡板的上部、中心、下部分别设有一个通孔，分别用于催化剂管、空心搅拌轴和进气管贯穿第一挡板，所述催化剂管、空心搅拌轴和进气管由卧式反应器的前端穿入，并依次贯穿第一低温区和第一挡板上的通孔，再伸入高温反应区，催化剂管和进气管分别为高温反应区提供催化剂和碳源原料气体，在高温反应区的高温中反应生成碳纳米管。
16.可选的，所述第二挡板的上部、中心、下部分别设有一个通孔，分别用于尾气管、空心搅拌轴和出料管贯穿第二挡板，所述尾气管和出料管由卧式反应器的后端穿入，并依次贯穿第二低温区和第二挡板上的通孔，再伸入高温反应区，尾气管和出料管分别用于输出高温反应区反应后的尾气和生成的碳纳米管。
17.可选的，所述第一挡板和第二挡板中心处的通孔位置相互对应，且均对应卧式反应器两端的端盖上的轴封，使得平直的空心搅拌轴能够穿过卧式反应器的端盖、第一挡板和第二挡板；
18.第一挡板和第二挡板中心处的通孔均设有副轴封，使得空心搅拌轴穿过第一挡板和第二挡板时也能自由转动。
19.可选的，所述第一低温区和第二低温区分别设有排气管，用于两个低温区内的气体在高温反应区加热时，排出膨胀的空气，保障卧式反应器的安全。
20.本实用新型所述的具有空心搅拌轴的碳纳米管卧式反应器，具有以下有益效果：
21.(1)所述空心搅拌轴在保持搅拌能力的基础上，有效降低了搅拌轴的自重，降低了卧式反应器两端的轴封的承载压力；
22.(2)对于本实用新型的大型卧式反应器和大型卧式搅拌器，卧式反应器的两端、第一挡板和第二挡板中心处的通孔为空心搅拌轴提供了四个支撑点，并均设置了轴封，能够增加空心搅拌轴的稳固性，减少空心搅拌轴的震动；
23.(3)两个挡板处的副轴封作为第一道密封屏障，防止高温反应区内的气体进入两个低温区，两个端盖处的轴封作为第二道密封屏障，防止两个低温区的少量气体外泄到外界；
24.(4)所述第一挡板和第二挡板能够避免催化剂落入前后两个低温区，保证催化剂利用效率，同时避免高温反应区的高温气体进入两个低温区，减少热量扩散；两个低温区能
够降低端盖处的温度，改善了端盖处的密封环境，延长了端盖的使用时间。
附图说明
25.图1为具有空心搅拌轴的碳纳米管卧式反应器的结构示意图；
26.图2为一种形式的空心搅拌轴的结构示意图；
27.图3为另一种形式的空心搅拌轴的结构示意图。
28.附图中，1-卧式反应器，2-空心搅拌轴，3-加热器，4-催化剂管，5-尾气管，6-进气管，7-出料管，8-排气管，9-第一低温区，10-高温反应区，11-第二低温区，12-第一挡板，13-第二挡板，14-实心搅拌轴，15-通气口。
具体实施方式
29.本实施例提供的一种具有空心搅拌轴的碳纳米管卧式反应器，如图1所示，包括卧式反应器1、卧式搅拌器、加热器3、催化剂管4、尾气管5、进气管6和出料管7，所述卧式搅拌器的搅拌轴包括空心搅拌轴2和实心搅拌轴14两部分，实心搅拌轴14的一端连接卧式反应器1外部的驱动电机，实心搅拌轴的另一端连接空心搅拌轴2的一端，空心搅拌轴2的两端均封闭；
30.空心搅拌轴2置于卧式反应器1内部时，与卧式反应器1的中心轴线重合；
31.空心搅拌轴2上设有至少一个通气口15，通气口15设有控制阀门，或者通气口15不使用时，封堵通气口15即可；空心搅拌轴2置于卧式反应器1外部时，通气口15可拆卸连接抽气泵或充气泵，用于将空心搅拌轴2内的空气抽走或者用惰性气体置换空心搅拌轴2内的空气；
32.所述加热器3设在卧式反应器1的外侧，用于加热卧式反应器1；所述催化剂管4和进气管6连接卧式反应器的前端，尾气管5和出料管7连接卧式反应器的后端。
33.所述实心搅拌轴的另一端可以伸入卧式反应器1并可拆卸连接空心搅拌轴2的一端；也可以与空心搅拌轴2焊接，拆装空心搅拌轴2时，将搅拌轴整体抽出操作即可。
34.空心搅拌轴2安装进卧式反应器1之前，需要去除内部的空气，保证其在高温反应的环境中安全，本实用新型提供了两种形式，第一，如图2所示，所述空心搅拌轴2上设有一个通气口15，通气口可拆卸连接抽气泵，用于将空心搅拌轴内的空气抽走。
35.第二，如图3所示，所述空心搅拌轴2上设有两个通气口15，一个通气口可拆卸连接充气泵，用于向空心搅拌轴内充入惰性气体，另一个通气口用于充入惰性气体时打开控制阀门释放空气，停留通气时，两个通气口的控制阀门均关闭。
36.可选的，所述卧式搅拌器的驱动电机设在卧式反应器1的前端或后端的外部，驱动电机连接实心搅拌轴14的一端，驱动实心搅拌轴14转动；实心搅拌轴14可以通过销钉连接空心搅拌轴2
37.可选的，所述空心搅拌轴2的外径大于80mm，内径不小于50mm，长度为3-20m，卧式反应器1的内径大于500mm，卧式反应器的内径不大于5m，否则卧式反应器1内部的温度均匀性不好控制。
38.可选的，所述卧式反应器1由前至后依次包括第一低温区9、高温反应区10和第二低温区11，所述第一低温区9与高温反应区10之间设有第一挡板12，第二低温区11与高温反
应区10之间设有第二挡板13，第一挡板12和第二挡板13分别用于阻隔高温反应区10的热量向第一低温区9和第二低温区11扩散。
39.可选的，所述卧式反应器1的两端均设有可拆卸的端盖，方便检修维护，端盖与卧式反应器1的连接处设有若干个密封圈，实现高效密封，防止卧式反应器1内部温度降低；卧式反应器1两端的端盖上分别设有轴封，便于实心搅拌轴14和空心搅拌轴2穿过端盖并转动。
40.可选的，所述加热器3包围在卧式反应器1的外部，加热器3的长度大于高温反应区10的长度，使得加热器3充分加热高温反应区10。加热器3可以采用多种市场上常见的形式，例如加热板、加热套、加热丝。
41.可选的，所述第一挡板12和第二挡板13的外侧边缘与卧式反应器1的内壁焊接固定，保证高温反应区10的密封性和两个挡板的稳固性；所述第一低温区9和第二低温区11的内部均空置。
42.可选的，所述第一挡板12的上部、中心、下部分别设有一个通孔，分别用于催化剂管4、空心搅拌轴2和进气管6贯穿第一挡板12，所述催化剂管4、空心搅拌轴2和进气管6由卧式反应器1的前端穿入，并依次贯穿第一低温区9和第一挡板12上的通孔，再伸入高温反应区10，催化剂管4和进气管6分别为高温反应区10提供催化剂和碳源原料气体，在高温反应区10的高温中反应生成碳纳米管。
43.可选的，所述第二挡板13的上部、中心、下部分别设有一个通孔，分别用于尾气管5、空心搅拌轴2和出料管7贯穿第二挡板13，所述尾气管5和出料管7由卧式反应器1的后端穿入，并依次贯穿第二低温区11和第二挡板13上的通孔，再伸入高温反应区10，尾气管5和出料管7分别用于输出高温反应区10反应后的尾气和生成的碳纳米管。
44.可选的，所述第一挡板12和第二挡板13中心处的通孔位置相互对应，且均对应卧式反应器1两端的端盖上的轴封，使得平直的空心搅拌轴2能够穿过卧式反应器1的端盖、第一挡板12和第二挡板13；
45.搅拌叶片均匀分布在处于高温反应区10的搅拌轴上，用于搅拌高温反应区10的物料；
46.第一挡板12和第二挡板13中心处的通孔均设有副轴封，使得空心搅拌轴2穿过第一挡板12和第二挡板13时也能自由转动。
47.可选的，所述第一低温区9和第二低温区11分别设有排气管8，用于两个低温区内的气体在高温反应区10加热时，排出膨胀的空气，保障卧式反应器1的安全。