权利要求
1.一种金属钾的制备装置，其特征在于，包括辊式
破碎机(1)，所述辊式破碎机(1)的出料口通过振动给料器(2)与烘干机(3)的进料口连通，所述烘干机(3)的出料口通过输送绞龙连通至氯化钾储存罐(5)的进料口，所述氯化钾储存罐(5)的出料口连通至反应炉(10)顶部的第一投料口(1000)，所述反应炉(10)顶部还设有第二投料口(1002)连通至金属钠储存罐(6)的出料口;
所述反应炉(10)包括第一壳体(1005)，所述第一壳体(1005)顶部固定有驱动电机(11)，所述驱动电机(11)输出端安装有伸入至第一壳体(1005)内部的搅拌轴，所述搅拌轴上设有若干搅拌叶轮，所述第一壳体(1005)的上部分包括第一内套(10050)，所述第一内套(10050)外部设置有第一外夹套(10051)，所述第一外夹套(10051)上部一侧设有出水口(1004)连通至热介质加热装置的进液端，所述第一壳体(1005)的下部分为第二外夹套半壳(10052)，所述第二外夹套半壳(10052)一侧铰接有第二壳体(1006)，所述第二壳体(1006)与第二外夹套半壳(10052)密封固定形成反应炉(10)下部的第二外夹套，所述第二外夹套半壳(10052)底部一侧设有进水口(1009)连通至热介质加热装置的出液端，所述第二外夹套半壳(10052)一侧上部设有通水管(1010)连通至第一外夹套(10051)，所述第二外夹套半壳(10052)与第二壳体(1006)内部设有第二内套(1011)，所述第二内套(1011)的顶部与第一内套(10050)的底部可拆卸密封固定，所述第二内套(1011)底部设有可启闭的反应炉出料口(1008);
所述反应炉出料口(1008)通过熔体泵连通至氯化钠冷却罐(9)的进料口，所述反应炉(10)顶部还设有排气口(1003)，所述排气口(1003)通过设有吸气扇的管道连通至冷凝塔(7)，所述冷凝塔(7)底部的出液口连通至盛有石蜡油的夹槽(8)底部。
2.根据权利要求1所述的金属钾的制备装置，其特征在于，所述第二外夹套半壳(10052)与第二内套(1011)之间设有若干组第一支撑板组，所述第二壳体(1006)与第二内套(1011)之间设有若干组第二支撑板组。
3.根据权利要求2所述的金属钾的制备装置，其特征在于，所述第一支撑板组与第二支撑板组的数量均为3组，相邻所述第一支撑板组之间均呈60°设置，相邻所述第二支撑板组之间均呈60°设置。
4.根据权利要求3所述的金属钾的制备装置，其特征在于，每组所述第一支撑板组包括竖直设置的5块第一支撑板(10053)，每组所述第二支撑板组包括竖直设置的5块第二支撑板(10060)。
5.根据权利要求1所述的金属钾的制备装置，其特征在于，所述氯化钾储存罐(5)的出料口处设有第一进料计量器，所述金属钠储存罐(6)的出料口处设置有第二进料计量器。
6.根据权利要求1所述的金属钾的制备装置，其特征在于，所述第二内套(1011)顶部周向设置有若干安装块(10110)，所述安装块(10110)与第一内套(10050)底部开设的安装槽(10054)配合。
7.根据权利要求1所述的金属钾的制备装置，其特征在于，所述第二壳体(1006)与第二外夹套半壳(10052)的一端通过若干铰接活页(1007)连接，所述第二壳体(1006)与第二外夹套半壳(10052)的另一端通过螺栓螺母固定连接。
8.根据权利要求7所述的金属钾的制备装置，其特征在于，所述第二壳体(1006)与第二外夹套半壳(10052)连接处的内侧设有密封凸起(10056)，所述第二外夹套半壳(10052)与第二壳体(1006)连接处的内侧设有与密封凸起(10056)相配合的密封槽(10055)。
9.一种金属钾的制备工艺，其特征在于，该工艺采用如权利要求1至8任一权利要求所述的金属钾的制备装置来实现金属钾的制备，该工艺具体包括以下步骤：
S1：对氯化钾的预处理，使用辊式破碎机(1)将氯化钾破碎为氯化钾颗粒，通过振动
给料机将氯化钾颗粒送至烘干机(3)内进行干燥，并将干燥后的氯化钾颗粒通过输送绞龙输送至氯化钾储存罐(5)暂存;
S2：将氯化钾储存罐(5)内的氯化钾及金属钠储存罐内的金属钠输送至反应炉(10)内，并将反应炉(10)进行加热，氯化钾和金属钠在反应炉(10)内加热产生置换反应生产气态的金属钾和熔融的氯化钠;
S3：气态金属钾由反应炉(10)进入至冷凝塔(7)，并由冷凝塔(7)冷凝为液态钾，液态钾由冷凝塔(7)底部排出进入至夹槽(8)内，夹槽(8)内盛有防止氧化的石蜡油，待液态钾冷却后收料;
S4：熔融的氯化钠由反应炉(10)内排出进入至氯化钠暂储罐进行冷却。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及金属钾生产技术领域，尤其涉及一种金属钾的制备工艺及装置。
背景技术
[0002]金属钾是一种活泼的金属，在工业生产中具有广泛的应用。它可以用于制备多种化学物质，如氢氧化钾、硫酸钾等，这些化学物质在制药、农业、电子等领域都有重要的用途。
[0003]金属钾的工业化生产是一个精细的过程，主要方法为用金属钠与熔融的氯化钾(KCl)，在反应炉内的高温条件下进行反应，反应温度通常在850℃左右，反应过后，钠、氯化钾和氯化钠均为熔融态，而钾为气态，有利于生产的下一步进行。
[0004]此种金属钠与氯化钾的高温反应法生产成本更低，安全性和环保性也更高。但金属钠和氯化钾的置换反应十分剧烈，容易对反应炉造成腐蚀，使得炉体损坏。
发明内容
[0005]针对上述的缺陷，本发明提供一种金属钾的制备工艺及装置，可对金属钠和氯化钾高温反应的反应炉内套进行更换。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种金属钾的制备工艺及装置，包括辊式破碎机，所述辊式破碎机的出料口通过振动给料器与烘干机的进料口连通，所述烘干机的出料口通过输送绞龙连通至氯化钾储存罐的进料口，所述氯化钾储存罐的出料口连通至反应炉顶部的第一投料口，所述反应炉顶部还设有第二投料口连通至金属钠储存罐的出料口;
所述反应炉包括第一壳体，所述第一壳体顶部固定有驱动电机，所述驱动电机输出端安装有伸入至第一壳体内部的搅拌轴，所述搅拌轴上设有若干搅拌叶轮，所述第一壳体的上部分包括第一内套，所述第一内套外部设置有第一外夹套，所述第一外夹套上部一侧设有出水口连通至热介质加热装置的进液端，所述第一壳体的下部分为第二外夹套半壳，所述第二外夹套半壳一侧铰接有第二壳体，所述第二壳体与第二外夹套半壳密封固定形成反应炉下部的第二外夹套，所述第二外夹套半壳底部一侧设有进水口连通至热介质加热装置的出液端，所述第二外夹套半壳一侧上部设有通水管连通至第一外夹套，所述第二外夹套半壳与第二壳体内部设有第二内套，所述第二内套的顶部与第一内套的底部可拆卸密封固定，所述第二内套底部设有可启闭的反应炉出料口;
所述反应炉出料口通过熔体泵连通至氯化钠冷却罐的进料口，所述反应炉顶部还设有排气口，所述排气口通过设有吸气扇的管道连通至冷凝塔，所述冷凝塔底部的出液口连通至盛有石蜡油的夹槽底部。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述第二外夹套半壳与第二内套之间设有若干组第一支撑板组，所述第二壳体与第二内套之间设有若干组第二支撑板组。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述第一支撑板组与第二支撑板组的数量均为3组，相邻所述第一支撑板组之间均呈60°设置，相邻所述第二支撑板组之间均呈60°设置。
[0009]作为本发明的进一步改进，每组所述第一支撑板组包括竖直设置的5块第一支撑板，每组所述第二支撑板组包括竖直设置的5块第二支撑板。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述氯化钾储存罐的出料口处设有第一进料计量器，所述金属钠储存罐的出料口处设置有第二进料计量器。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述第二内套顶部周向设置有若干安装块，所述安装块与第一内套底部开设的安装槽配合。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述第二壳体与第二外夹套半壳的一端通过若干铰接活页连接，所述第二壳体与第二外夹套半壳的另一端通过螺栓螺母固定连接。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述第二壳体与第二外夹套半壳连接处的内侧设有密封凸起，所述第二外夹套半壳与第二壳体连接处的内侧设有与密封凸起相配合的密封槽。
[0014]一种金属钾的制备工艺，该工艺采用上述金属钾的制备装置来实现金属钾制备，该工艺具体包括以下步骤：
S1：对氯化钾的预处理。使用辊式破碎机将氯化钾破碎为氯化钾颗粒，通过振动给料机将氯化钾颗粒送至烘干机内进行干燥，并将干燥后的氯化钾颗粒通过输送绞龙输送至氯化钾储存罐暂存;
S2：将氯化钾储存罐内的氯化钾及金属钠储存罐内的金属钠输送至反应炉内，并将反应炉进行加热，氯化钾和金属钠在反应炉内加热产生置换反应生产气态的金属钾和熔融的氯化钠;
S3：气态金属钾由反应炉进入至冷凝塔，并由冷凝塔冷凝为液态钾，液态钾由冷凝塔底部排出进入至夹槽内，夹槽内盛有防止氧化的石蜡油，待液态钾冷却后收料;
S4：熔融的氯化钠由反应炉内排出进入至氯化钠暂储罐进行冷却。
[0015]本发明的有益效果：
鉴于金属钠与氯化钾在高温条件下的反应极为剧烈，因此设计了可便捷拆卸并更换内套的反应炉，以确保反应炉主体免受腐蚀，从而有力保障生产安全。此外，还将反应炉内套分为上下两部分，仅需对直接接触生产原料的下部分内套进行更换，可大幅度地降低生产成本。
附图说明
[0016]图1是本发明金属钾的制备装置示意图;
图2是反应炉轴测示意图;
图3是第一壳体俯视示意图;
图4是图3中的A-A向剖视示意图;
图5是反应炉内部结构示意图;
图6是第二内套轴测示意图。
[0017]在图中：1-辊式破碎机，2-振动给料器，3-烘干机，4-输送绞龙，5-氯化钾储存罐，6-金属钠储存罐，7-冷凝塔，8-夹槽，9-氯化钠冷却罐，10-反应炉，1000-第一投料口，1001-电机安装座，10010-轴孔;1002-第二投料口，1003-排气口，1004-出水口;1005-第一壳体，10050-第一内套，10051-第一外夹套，10052-第二外夹套半壳，10053-第一支撑板，10054-安装槽，10055-密封槽，10056-密封凸起;1006-第二壳体，10060-第二支撑板，1007-铰接活页，1008-反应炉出料口，1009-进水口，1010-通水管，1011-第二内套，10110-安装块，1012-第一固定板，1013-第二固定板，11-驱动电机。
具体实施方式
[0018]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明，此外，在全部实施例中，相同的附图标号表示相同的元件。
[0019]请参阅图1、图2，本发明提供了一种金属钾的制备装置，包括辊式破碎机1，辊式破碎机1的底部出料口处设置有振动给料器2。振动给料器2一侧的下方设置有烘干机3，烘干机3的进料口与振动给料器2的输出端连通。烘干机3的出料口一侧设置有输送绞龙4，输送绞龙4的进料口与烘干机3的出料口连通，输送绞龙4的出料口连通至氯化钾储存罐5。
[0020]作为本实施例的进一步解释，将块状的氯化钾由辊式破碎机1的进料口投入，通过辊式破碎机1可将其粉碎为小型的颗粒状。颗粒状的氯化钾通过振动给料器2输送至烘干机3，并由烘干机3进行烘干。烘干后的氯化钾通过输送绞龙4，输送至氯化钾储存罐5进行暂存。
[0021]金属钾的制备装置还包括反应炉10，反应炉10顶部设置有第一投料口1000、第二投料口1002，第一投料口1000连通至氯化钾储存罐5的出料口，氯化钾储存罐5的出料口处设置有第一进料计量器。第二投料口1002连通至金属钠储存罐6的出料口，金属钠储存罐6的出料口处设置有第二进料计量器。
[0022]作为本实施例的进一步解释，通过第一进料计量器可控制进入反应炉10内氯化钾的量，通过第二进料计量器可控制进入反应炉10内金属钠的量。
[0023]请参阅图2、图3、图4，反应炉10包括第一壳体1005，第一壳体1005分为上、下两部分。第一壳体1005的上部分包括圆顶形的第一内套10050，第一内套10050的顶部中心处设有电机安装座1001，电机安装座1001的中心处开设有轴孔10010。电机安装座1001上安装有驱动电机11，驱动电机11的输出端通过联轴器固定有搅拌轴，搅拌轴从轴孔10010伸入至第一壳体1005内部，搅拌轴上固定有若干搅拌叶轮。第一投料口1000设置在第一内套10050顶部且位于电机安装座1001的一侧，第二投料口1002设置在第一内套10050顶部且位于电机安装座1001的另一侧。第一内套10050顶部还开设有排气口1003。
[0024]作为本实施例的进一步解释，通过驱动电机11可驱动搅拌轴转动，从而驱动搅拌叶轮转动，对反应罐内的物料进行搅拌混合。
[0025]第一内套10050的外侧设置有第一外夹套10051，第一外夹套10051的底部为密封分隔设置。第一外夹套10051上方靠近第二投料口1002的一侧开设有出水口1004。第一外夹套10051下方靠近第一投料口1000的一侧设置有通水管1010。通水管1010的一端连通至第一外夹套10051与第一内套10050之间，通水管1010的另一端则连通至第一外壳体的下部分。
[0026]作为本实施例的进一步解释，通过通水管1010可向第一外夹套10051和第一内套10050之间通入热介质，从而确保反应炉10上部分的温度，出水口1004则可将热介质引出。
[0027]第一外壳体的下部分为半圆顶形的第二外夹套半壳10052，第二外夹套半壳10052的厚度与第一外夹套10051厚度一致。第二外夹套半壳10052内部设置有3组第一支撑板组，相邻第一支撑板组之间呈60°设置，每组第一支撑板组由上至下包括5块第一支撑板10053。第一支撑板10053的宽度与第一外夹套10051和第一内套10050之间的距离相等。第二外夹套半壳10052底部设有进水口1009，进水口1009可连通至热介质加热装置。
[0028]请参阅图2、图3、图4、图5、图6，第二外夹套半壳10052边缘内侧沿其周向开设有密封槽10055。第二外夹套半壳10052的一侧边缘设置有第二固定板1013，第二固定板1013上开设有第二螺纹固定孔。
[0029]作为本实施例的进一步解释，第二外夹套半壳10052为反应炉10下部分外夹套的一半。
[0030]第二外夹套半壳10052另一侧边缘设置有若干铰接活页1007，铰接活页1007的一端与第二外夹套半壳10052的外部固定连接，铰接活页1007的另一端固定连接至第二壳体1006外部一侧的边缘。
[0031]第二壳体1006的另一侧边缘设置有第一固定板1012，第一固定板1012上开设有第一螺纹固定孔，第一螺纹固定孔与第二固定板1013上的第二螺纹固定孔相匹配。
[0032]第二壳体1006边缘内侧沿其周向设有密封凸起10056，第二壳体1006上的密封凸起10056可与第二外夹套半壳10052上的密封槽10055配合密封，二者之间还设置有密封垫圈。第二壳体1006内部同样设置有3组第二支撑板组，相邻第二支撑板组之间呈60°设置，每组第二支撑板组包括5块第二支撑板10060，5块第二支撑板10060竖直排列设置，第二支撑板10060的宽度与第一支撑板10053一致。
[0033]作为本实施例的进一步解释，通过第一螺纹固定孔和第二螺纹固定孔配合并通过螺栓螺母固定，可将第二外夹套半壳10052和第二壳体1006固定形成反应炉下部分的外夹套。此时第二壳体1006边缘内侧设置的密封凸起10056和第二外夹套半壳10052上的密封槽10055配合，并通过密封垫圈进一步增强了密封性。
[0034]第一壳体1005上部分底部的内侧沿周向开设有若干安装槽10054，安装槽10054为一侧开口的弧形槽。反应炉10还包括第二内套1011，第二内套1011顶部固定连接有若干与安装槽10054相匹配的安装块10110。第二内套1011底部设有可启闭的反应炉出料口1008。第二内套1011和第一壳体1005之间还设有密封垫圈。
[0035]作为本实施例的进一步解释，将安装块10110插入至安装槽10054的外部，然后转动第二内套1011使得安装块10110沿安装槽10054转动，进入至安装槽10054内从而实现第二内套1011的安装固定。
[0036]反应炉10外设置的夹套的炉体结构循环连通至热介质加热装置。反应炉10的底部设置有熔体泵。熔体泵的进料端与反应炉出料口1008连通，熔体泵的出料口连通至氯化钠冷却罐9。
[0037]反应炉10上部还设置有连通至炉体内部的排气口1003，排气口1003处设置有耐高温工业级的吸风机。吸风机的进气端与反应炉10的排气口1003连通，吸风机的出气端连通至冷凝塔7。冷凝塔7的底部设置有出液口，出液口连通至夹槽8底部。
[0038]根据上述金属钾的制备装置的金属钾的制备工艺包括：
S1：对氯化钾的预处理。使用辊式破碎机1将氯化钾破碎为氯化钾颗粒，通过振动给料机将氯化钾颗粒送至烘干机3内进行干燥，并将干燥后的氯化钾颗粒通过输送绞龙输送至氯化钾储存罐5暂存。
[0039]S2：将氯化钾储存罐5内的氯化钾及金属钠储存罐内的金属钠输送至反应炉10内，并将反应炉10进行加热，氯化钾和金属钠在反应炉10内加热产生置换反应生产气态的金属钾和熔融的氯化钠。
[0040]S3：气态金属钾由反应炉10进入至冷凝塔7，并由冷凝塔7冷凝为液态钾，液态钾由冷凝塔7底部排出进入至夹槽8内，夹槽8内盛有防止氧化的石蜡油，待液态钾冷却后收料。
[0041]S4：熔融的氯化钠由反应炉10内排出进入至氯化钠冷却罐9进行冷却。
[0042]本实施例的工作原理及使用流程：
使用时将反应炉10安装在支架上，通过热介质加热装置可加热热介质，并输入至反应炉10下部的第二外夹套和第二内套1011之间，从而确保反应温度，同时热介质可通过通水管1010，进入至反应炉10上部的第一外夹套10051和第一内套10050之间，确保反应炉10上部的温度，防止反应炉10上部温度过低，从而导致生成的气态金属钾，在反应炉10内遇冷凝结，导致产物无法输出。
[0043]投料时，氯化钾颗粒和金属钠全部在反应炉10下部，即在第二内套1011内进行反应，由于金属钠和氯化钾的置换反应十分剧烈，第二内套1011作为直接接触处容易被腐蚀破坏，因此需定期对第二内套1011进行更换。
[0044]更换时，将反应炉10从支架上取下平放，然后打开第二壳体1006，将驱动电机11由电机安装座1001上取下，并通过拖拽驱动电机11将搅拌轴向轴孔10010一侧运动，当搅拌轴底部进入至第一内套10050中后，转动第二内套1011，将第二内套1011顶部的安装块10110移至安装槽10054的开口处，然后取下第二内套1011，安装新的第二内套1011，重新安装好驱动电机11，并再次将第二壳体1006与第一壳体1005密封固定，即可放置到支架上再次使用。
[0045]以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不局限于上述实施措施，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
说明书附图(6)
声明：
“金属钾的制备工艺及装置” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：昌邑荣信化工有限公司
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2025年04月25日 ~ 27日 
