[发明专利]优化和控制炉反应器中纳米颗粒的粒度分布和生产的系统

权利要求书

1.一种用于优化和控制在炉反应器中的纳米颗粒的粒度分布和生产的系统，所述系统包括：

集成有过程仪表的炉反应器；其中所述反应器还包括：

至少一燃烧器；

至少一前体或反应物；

至少一冷却剂流；

与至少一前体或反应物一起输入的至少一流；以及

可选的，电加热器；

模拟工具，该模拟工具具有程序化的指令以使得处理器耦合火焰动力学模块、数值解算器和颗粒群平衡模块，以便优化和控制在炉反应器中的纳米颗粒的粒度分布和生产。

2.根据权利要求1所述的系统，其中与所述炉反应器集成的所述过程仪表包括前体流量计量器、前体压力计量器、空气流量计量器、空气流压力计量器、载气流量计量器、载气流压力计量器、冷却剂流量计量器、冷却剂压力计量器和冷却剂流量计量器。

3.根据权利要求1所述的系统，与所述炉反应器集成的所述过程仪表提供诸如前体流量、前体压力、空气流量、空气压力、载气流量、载气压力和冷却剂流量的变量的运行数据至具有程序化的指令的所述模拟工具，以管理纳米颗粒生产过程。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述电加热器还提供用于冷却剂的入口和出口点。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述火焰动力学模块确定遍及所述炉反应器的火焰温度和不同种类物质的质量分数。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述颗粒群平衡模块确定形成的纳米颗粒的粒度分布。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述火焰动力学模块确定和模拟物理过程，该物理过程包括流体流、热传递、化学反应和颗粒成核与生长。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述颗粒群平衡模块与前体反应动力学模块耦合用于监测和控制纳米颗粒的粒度分布。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述数值解算器管理从火焰动力学模块获得的运行数据。

10.根据权利要求1所述的系统，其中具有程序化的指令的用于颗粒群动力学的所述模拟工具是在FORTRAN平台上开发的，以模拟和确定物理过程。

11.根据权利要求1所述的系统，其中具有程序化的指令的所述模拟工具控制所述燃烧器的点火，并由此控制在所述炉反应器中的火焰。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述燃烧器被设计和配置用于与前体或反应物一起提供给所述炉反应器的各种流的输入。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述燃烧器的几何结构在同轴管的数目方面是在具有程序化的指令的所述模拟工具的配合下设计和实施的，每个管具有至少1-25mm的直径，每个所述管之间的间距至少1mm。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述前体或反应物包括液体或蒸汽形式的例如为四氯化钛、四氯化硅以及乙炔的材料。

15.一种用于模拟在炉反应器中纳米颗粒的生产的方法，所述方法包括：

a)确定

i)来自于与炉反应器集成的过程仪表的物理过程参数的运行数据；

ii)特定浓度的前体或反应物与供应给所述炉反应器的燃烧器的流输入的混合特性；

iii)燃烧器结构和反应器的设计的数据；

b)将步骤a)的确定的数据提供给具有程序化的指令的模拟工具的火焰动力学模型，以获得遍及所述炉反应器的火焰温度和不同种类物质的质量分数；

c)通过所述模拟工具的火焰动力学模块将步骤a)和步骤b)的确定的数据传送给数值解算器，以为颗粒群平衡模型提供输入以及管理获得的数据；

d)将步骤c)的火焰动力学结果传送至颗粒群平衡模块和与所述模拟工具的所述颗粒群平衡模块耦合的前体反应动力学模块(以同时评估前体氧化反应的速度动力学)以确定形成的纳米颗粒的粒度分布；以及

e)从所述具有程序化的指令的模拟工具获得作为产物粉末的产物粒度分布和比表面积的输出，以优化和控制集成有过程仪表的炉反应器中的粒度分布和纳米颗粒生产。