四氯化钛制备海绵钛时提高反应速度及降低能耗的方法

摘要

本发明是四氯化钛制备海绵钛时提高反应速度及降低能耗的方法，该方法先对反应器和还原蒸馏炉的结构进行了相应改进使其成为改进反应器和改进还原蒸馏炉，改进还原蒸馏炉分为上加热区和下加热区，在石棉绳(8)充填圆凹槽与支撑钢箍(7)的空隙处形成封闭加热区，这样就使得上加热区和封闭加热区不产生对流现象，导致上加热区从进风管(5)输送过来的冷空气进入不到封闭加热区内，而封闭加热区内产生的热量也不会被出风管(6)所吸走，从而减少了封闭加热区内的热量损失，不但加快了改进反应器内四氯化钛的还原反应速度，而且降低了下加热区内数组电阻丝(4)的电能消耗，同时也有利于改进反应器内下部的氯化镁始终处于液态并能顺利被排出。

说明书

技术领域

本发明属于海绵钛制备技术领域，尤其是一种四氯化钛制备海绵钛时提高反应速度及降低能耗的方法。

背景技术

多数四氯化钛制备海绵钛均采用克劳尔法，其生产过程是将四氯化钛加入反应器内并与加入的金属镁产生还原反应制备出海绵钛，在上述制备过程中需要定期排出液态的氯化镁，而后经过真空蒸馏提纯出海绵钛。克劳尔法是一种强烈的放热反应过程，为了加快四氯化钛的还原反应速度，需要通过还原蒸馏炉对反应器进行加热并保持其上部通风散热，同时还需要定期排出反应器的底部所存在的液态氯化镁。为了防止氯化镁产生凝固现象，需要对反应器的下部进行加热以保证反应器底部的氯化镁处于液态。

由于反应器与还原蒸馏炉之间的间隙是竖直无障碍的，反应器底部的热气流在间隙内由下而上存在着温度梯度且向上上升，再通过还原蒸馏炉上部的出风口将热量散发出去，而还原蒸馏炉上部的进风口输进来的冷空气也会向下与下部的热气流换热，这样就形成了反应器与还原蒸馏炉间隙间的对流换热，从而增加还原蒸馏炉下部电阻丝加热的电能消耗，还原反应速度较长。

发明内容

为解决上述问题，本发明时间了一种四氯化钛制备海绵钛时提高反应速度及降低能耗的方法，该方法先对反应器和还原蒸馏炉的结构进行了相应改进，改进后的反应器和还原蒸馏炉可以提高还原反应速度并降低了还原蒸馏炉的电能消耗。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种四氯化钛制备海绵钛时提高反应速度及降低能耗的方法，该方法涉及到反应器和还原蒸馏炉，反应器上端敞开而其下端呈U型封闭，设定反应器的总高为H，设定反应器的外径为D，还原蒸馏炉包含U型炉壳、耐火砖、电阻丝、进风管以及出风管，U型炉壳的上端自上而下分别配置有出风管、进风管，U型炉壳内砌筑有耐火砖，耐火砖自上而下等间距配置有数组电阻丝，反应器放进还原蒸馏炉内与筒状耐火砖左右两侧的间隙均为_△d；该方法先对反应器和还原蒸馏炉的结构进行了相应改进，在四氯化钛制备海绵钛工艺条件不变的情况下通过改进的反应器和还原蒸馏炉能够提高其还原反应速度并降低了还原蒸馏炉的电能消耗；本发明的特征如下：

在反应器的外壁H/2处补焊整圈具有Γ型直角状的支撑钢箍，支撑钢箍沿反应器总高方向的高度为ｈ，支撑钢箍的外径D_１＞D+2_△d，将补焊支撑钢箍的反应器称其为改进反应器；

将U型炉壳内砌筑的筒状耐火砖从近中部分为上加热区和下加热区，所述上加热区和所述下加热区形成倒凸圆筒状，所述上加热区的筒状耐火砖内径＞所述下加热区的筒状耐火砖内径，在所述上加热区的筒状耐火砖内壁上和所述下加热区内的筒状耐火砖内壁上分别自上而下等间距配置有数组电阻丝，其中所述下加热区内的筒状耐火砖内壁与所述改进反应器左右两侧的间隙均保持为_△d；

在所述上加热区的U型炉壳上端自上而下分别配置有出风管、进风管，耐火砖围裹出风管和进风管，出风管和进风管伸进所述上加热区内；

所述下加热区的上端水平面具有凸圆台，在所述凸圆台上配置有圆凹槽，所述圆凹槽的内径与所述D_１匹配，所述圆凹槽的深度＝ｈ/3～ｈ/4；

将增加所述上加热区、所述下加热区以及配置所述圆凹槽的还原蒸馏炉称其为改进还原蒸馏炉；

将所述改进反应器通过支撑钢箍放进所述改进还原蒸馏炉的所述圆凹槽内并使改进还原蒸馏炉的上端面与所述改进还原蒸馏炉的上端面相互平齐，将石棉绳充填在所述圆凹槽与支撑钢箍的空隙处能使所述下加热区形成封闭加热区，按四氯化钛制备海绵钛的工艺条件对数组电阻丝进行加热，所述上加热区产生的热量通过进风管或是出风管来分别通风或是散热，由于所述圆凹槽、支撑钢箍以及石棉绳充填的共同作用使所述封闭加热区内的热量很少被扩散，这样就使得所述上加热区和所述封闭加热区不产生对流现象，导致所述上加热区从进风管输送过来的冷空气进入不到所述封闭加热区内，而所述封闭加热区内产生的热量也不会被出风管所吸走，从而减少了所述封闭加热区内的热量损失，热量损失的减少不但加快了所述改进反应器内四氯化钛的还原反应速度，而且降低了所述下加热区内数组电阻丝的电能消耗，同时也有利于所述改进反应器内下部的氯化镁始终处于液态并能顺利被排出所述改进反应器外。

支撑钢箍由耐热钢板制作而成。

所述圆凹槽与支撑钢箍的空隙处所充填的石棉绳厚度能够自由调节。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下有益效果：

1、本发明先对反应器和还原蒸馏炉的结构进行了相应改进，改进后的反应器和还原蒸馏炉不但加快了四氯化钛的还原反应速度，而且降低了电阻丝的电能消耗，同时也有利于氯化镁始终处于液态并能顺利被排出，提高了改进后的反应器和还原蒸馏炉的热量综合利用率。

、改进还原蒸馏炉提高了改进反应器在上加热区的散热能力，同时加快了四氯化钛在改进反应器内的还原反应速度，而且解决了改进还原蒸馏炉在封闭加热区内浪费电能的问题，经测算改进还原蒸馏炉的电能消耗至少可以降低7%，以生产一吨海绵钛需要7000度电为基值，年产1万吨海绵钛的企业将节电10000×7000×7%=490万度，经济效益非常可观。

3、本发明的改进还原蒸馏炉和改进反应器具有结构简单、节能之特点，配合使用可以除具有上述效果之外，最重要是降低了海绵钛的生产成本。

附图说明

图1是改进反应器与改进还原蒸馏炉的装配示意简图。

图1中，1－U型炉壳；2－反应器；3－耐火砖；4－电阻丝；5－进风管；6－出风管；7－支撑钢箍；8－石棉绳。

具体实施方式

本发明是一种四氯化钛制备海绵钛时提高反应速度及降低能耗的方法，该方法先对反应器和还原蒸馏炉的结构进行了相应改进，改进后的反应器和还原蒸馏炉不但加快了四氯化钛的还原反应速度，而且降低了电阻丝的电能消耗，同时也有利于氯化镁始终处于液态并能顺利被排出，提高了改进后的反应器和还原蒸馏炉的热量综合利用率。

本发明的方法涉及到反应器和还原蒸馏炉，反应器上端敞开而其下端呈U型封闭，设定反应器的总高为H，设定反应器的外径为D，还原蒸馏炉包含U型炉壳、耐火砖、电阻丝、进风管以及出风管，U型炉壳的上端自上而下分别配置有出风管、进风管，U型炉壳内砌筑有耐火砖，耐火砖自上而下等间距配置有数组电阻丝，反应器放进还原蒸馏炉内与筒状耐火砖左右两侧的间隙均为_△d。

本发明的方法先对反应器和还原蒸馏炉的结构进行了相应改进，在四氯化钛制备海绵钛工艺条件不变的情况下通过改进的反应器和还原蒸馏炉能够提高其还原反应速度并降低了还原蒸馏炉的电能消耗。

结合图1来陈述本发明的特征如下：

在反应器2的外壁H/2处补焊整圈具有Γ型直角状的支撑钢箍7，支撑钢箍7沿反应器总高方向的高度为ｈ，支撑钢箍7的外径D_１＞D+2_△d，将补焊支撑钢箍7的反应器2称其为改进反应器，支撑钢箍7由耐热钢板制作而成。

将U型炉壳1内砌筑的筒状耐火砖3从近中部分为上加热区和下加热区，所述上加热区和所述下加热区形成倒凸圆筒状，所述上加热区的筒状耐火砖内径＞所述下加热区的筒状耐火砖内径，在所述上加热区的筒状耐火砖内壁上和所述下加热区内的筒状耐火砖内壁上分别自上而下等间距配置有数组电阻丝4，其中所述下加热区内的筒状耐火砖内壁与所述改进反应器左右两侧的间隙均保持为_△d。

在所述上加热区的U型炉壳1上端自上而下分别配置有出风管6、进风管5，耐火砖3围裹出风管6和进风管5，出风管6和进风管5伸进所述上加热区内。

所述下加热区的上端水平面具有凸圆台，在所述凸圆台上配置有圆凹槽，所述圆凹槽的内径与所述D_１匹配，所述圆凹槽的深度＝ｈ/3～ｈ/4。

将增加所述上加热区、所述下加热区以及配置所述圆凹槽的还原蒸馏炉称其为改进还原蒸馏炉。

将所述改进反应器通过支撑钢箍7放进所述改进还原蒸馏炉的所述圆凹槽内并使改进还原蒸馏炉的上端面与所述改进还原蒸馏炉的上端面相互平齐，将石棉绳8充填在所述圆凹槽与支撑钢箍7的空隙处能使所述下加热区形成封闭加热区，所述圆凹槽与支撑钢箍7的空隙处所充填的石棉绳8厚度能够自由调节，通过石棉绳8厚度的自由调节可以控制支撑钢箍7的受热量，并能控制所述封闭加热区的散热量。

按四氯化钛制备海绵钛的工艺条件对数组电阻丝4进行加热，所述上加热区产生的热量通过进风管5或是出风管6来分别通风或是散热，由于所述圆凹槽、支撑钢箍7以及石棉绳8充填的共同作用使所述封闭加热区内的热量很少被扩散，,这样就使得所述上加热区和所述封闭加热区不产生对流现象，导致所述上加热区从进风管5输送过来的冷空气进入不到所述封闭加热区内，而所述封闭加热区内产生的热量也不会被出风管6所吸走，从而减少了所述封闭加热区内的热量损失，热量损失的减少不但加快了所述改进反应器内四氯化钛的还原反应速度，而且降低了所述下加热区内数组电阻丝4的电能消耗，同时也有利于所述改进反应器内下部的氯化镁始终处于液态并能顺利被排出所述改进反应器外，提高了所述改进反应器和所述改进还原蒸馏炉的热量综合利用率，其效果是显而易见的。

由此可见，所述改进还原蒸馏炉提高了所述改进反应器在所述上加热区的散热能力，同时加快了四氯化钛在所述改进反应器内的还原反应速度，而且解决了所述改进还原蒸馏炉在所述封闭加热区内浪费电能的问题，经测算所述改进还原蒸馏炉的电能消耗至少可以降低7%，以生产一吨海绵钛需要7000度电为基值，年产1万吨海绵钛的企业将节电10000×7000×7%=490万度，经济效益非常可观。

本发明的所述改进还原蒸馏炉和所述改进反应器具有结构简单、节能之特点，配合使用可以除具有上述效果之外，最重要是降低了海绵钛的生产成本。