[发明专利]一种带环隙空气强制冷却嘴套的精密反应器及纳米级气相法白炭黑的制备方法

权利要求书

1.一种带环隙空气强制冷却嘴套的精密反应器，它包括嘴体（1），所述嘴体（1）的头部安装有嘴身（2），所述嘴身（2）的头部安装有嘴尖（3），所述嘴体（1）的内部安装有分布器（4），在嘴体（1）的顶部设置有原料氢气进口管（7），在嘴体（1）的顶部侧壁上安装有原料氢气、原料四氯化硅汽体及原料空气混合气进口管（8），其特征在于：所述嘴尖（3）的头部安装有带环隙空气强制冷却保护嘴套（5），所述带环隙空气强制冷却保护嘴套（5）的外壁均布设置有多根环隙空气进气管（10），所述带环隙空气强制冷却保护嘴套（5）内部有对称安装有两根环隙氢气进口管（11），所述带环隙空气强制冷却保护嘴套（5）的下部安装有挡板（12）；

所述带环隙空气强制冷却保护嘴套（5）通过均布的多个嘴套固定螺栓（9）固定安装在嘴尖（3）上；所述带环隙空气强制冷却保护嘴套（5）为中空夹套型式，嘴套与嘴身之间形成的环形封隙为氢气环隙，中空夹套型式的嘴套中空部分为空气环隙，洁净干燥的环隙氢气及环隙空气分别经过计量、稳压后进入精密反应器的氢气环隙和空气环隙中喷出，分别在高温水解反应生成的纳米级气相法白炭黑原生粒子流表面形成了高温火氢气焰保护层及强制冷却空气保护层；

所述嘴尖（3）与带环隙空气强制冷却保护嘴套（5）间隙尺寸为0-100mm，根据不同牌号产品的要求，可通过更换不同尺寸嘴尖部分达到要求；所述带环隙空气强制冷却保护嘴套（5）的周向均布设置有四个环隙空气进气管（10）。

2.根据权利要求1所述的一种带环隙空气强制冷却嘴套的精密反应器，其特征在于：所述分布器（4）的顶部通过分布器固定螺栓（6）安装在嘴体（1）的顶部。

3.根据权利要求1所述的一种带环隙空气强制冷却嘴套的精密反应器，其特征在于：所述嘴体（1）顶部的原料氢气进口管（7）所在的位置与侧壁上切向进入的原料四氯化硅汽体及原料空气混合气进口管（8）垂直且在同一切线方向。

4.根据权利要求1所述的一种带环隙空气强制冷却嘴套的精密反应器，其特征在于：所述嘴体（1）、嘴身（2）和嘴尖（3）通过精密螺纹装配连接，所述嘴尖（3）与带环隙空气冷却保护嘴套（5）、分布器（4）与嘴体（1）之间均采用螺栓固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种带环隙空气强制冷却嘴套的精密反应器，其特征在于：所述分布器（4）为反应器风翅，所述分布器（4）上的叶片规格尺寸与反应器相匹配，叶片与叶片杆间的焊接时应保证叶片直线度和平行度；叶片与叶片杆间满焊且平行于杆的中心线。

6.根据权利要求1所述的一种带环隙空气强制冷却嘴套的精密反应器，其特征在于：精密反应器所有部件材质均为不锈钢321；

所述原料氢气、原料四氯化硅汽体及原料空气混合气进口管（8）和环隙空气进气管（10）的规格尺寸为DN0-100mm；

所述原料氢气进口管（7）规格尺寸为DN0-100mm；

所述环隙氢气进口（11）规格尺寸为DN0-100mm。

7.采用权利要求1-6任意一项所述精密反应器制备纳米级气相法白炭黑的方法，其特征在于它包括以下步骤：

Step1：将原料氢气、原料四氯化硅蒸汽及原料空气混合气经静态混合器预混后切向进入嘴体（1）上部腔体中并二次混合；

Step2：混合气经分布器（4）改变并稳定流向后从反应器下部嘴尖（3）喷出并发生高温水解反应，生成纳米级气相法白炭黑高温原生粒子流（B）；

Step3：将环隙氢气以0-100Nm³/h的流速从带环隙空气强制冷却保护嘴套（5）与嘴尖之间的环形缝隙中喷出，燃烧形成高温环隙氢气火焰保护层（A），此高温环隙氢气火焰保护层（A）包覆在高温原生粒子流（B）的外层；

Step4：将洁净干燥的空气以0-200Nm³/h从带环隙空气强制冷却保护嘴套（5）上部的四个环隙空气进气管（10）同时通入，从环隙空气冷却保护套下部环型缝隙均匀喷出，在高温环隙氢气火焰保护层（A）的外部形成一道均匀的环隙空气强制冷却保护层（C）。