一種大容量的反應器的製作方法

2023-07-04 14:29:01

本發明涉及反應設備領域，尤其涉及一種大容量的反應器。

背景技術：

四氟化碳是目前微電子工業中重要的等離子體蝕刻氣體，廣泛用於矽、二氧化矽、氮化矽、磷矽玻璃及鎢等薄膜材料的蝕刻，在電子器件表面清洗、太陽能電池的生產、雷射技術、低溫製冷、氣體絕緣、洩漏檢測劑、印刷電路生產中的去汙劑、潤滑劑及制動液等方面也有大量應用。四氟化碳合成方法很多，包括氫氟化碳與氟氣、氯氟化碳在催化劑存在下與氟化氫以及氟氣與碳源直接接觸反應製備四氟化碳等。其中，目前成熟工藝採用氫氟化碳、氯氟化碳做碳源製備四氟化碳，原材料價格昂貴，易發生爆炸，且合成產物中有不易去除的雜質；氟碳直接接觸反應法製備四氟化碳，該方法經過不斷的發展與完善，已能夠製備出高純四氟化碳。

但是，現有的柱狀反應器的容量小，需要多次加入反應物，反應效率低，操作人員勞動強度大，不利於四氟化碳的製備。

技術實現要素：

本發明的目的在於提出一種大容量的反應器，能夠克服現有技術中的不足，其容量大，反應效率高。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一種大容量的反應器，包括料倉管、預熱管和反應管；

所述料倉管的底部設有喇叭狀的擴容管，所述擴容管由其上端的開口向其下端的開口逐漸向內收窄；

所述料倉管、擴容管和預熱管均為豎向設置，所述反應管為橫向設置；

所述預熱管的上端與所述擴容管下端的開口連接，所述預熱管的下端連通於所述反應管；

所述反應管的兩端設有第一進氣口；

所述料倉管設有第一排氣管，其連通所述料倉管的內部和外部。

進一步，所述料倉管的頂部設有加料管和放空管；

所述加料管的一端和放空管的一端分別連通於所述料倉管的頂部；

所述加料管的另一端和所述反應管的兩端均設有法蘭和法蘭蓋，所述法蘭蓋安裝於所述法蘭。

進一步，所述反應器還包括冷卻箱；

所述反應管設於所述冷卻箱內，所述反應管的兩端凸出於所述冷卻箱的外部。

進一步，所述冷卻箱為矩形箱體，其頂部設有開口。

進一步，所述冷卻箱的其中一側壁的底部外壁至少設有一個進水管；

所述冷卻箱的其中一側壁的頂部近端處的外壁至少設有一個溢流管。

進一步，所述反應管設有至少一個溫度計套管；

所述溫度計套管的下端封閉且位於所述反應管內；

所述溫度計套管內設有溫度檢測器。

進一步，所述反應器還包括除塵器，其包括除塵管和隔板；

所述隔板包括上隔板和下隔板，所述上隔板和下隔板的數量均至少為一；

所述上隔板和下隔板等間距地焊接於所述除塵管內；

相鄰的所述上隔板和下隔板形成除塵氣路；

所述除塵管的外壁設有連通於所述除塵管內部的第二進氣管和第二排氣管，所述第一排氣管與所述第二進氣管連接。

進一步，所述除塵管的兩端均設有法蘭蓋和法蘭，所述法蘭蓋安裝於所述法蘭以密封所述除塵管；

所述上隔板的頂部與所述除塵管頂端的所述法蘭蓋的下表面貼合，所述下隔板的底部與所述除塵管底端的所述法蘭蓋的上表面貼合。

進一步，所述除塵器還包括多個擋板；

所述擋板分別固定於所述除塵管兩端的法蘭蓋，並且分別位於所述上隔板或下隔板的焊接處的兩側。

進一步，所述除塵管的底端設有喇叭狀的密封管；

所述除塵管的底端的所述法蘭蓋設有連通於所述除塵管內部的排汙管，所述排汙管設有閥門。

本發明根據上述內容提出一種大容量的反應器，其容量大，反應效率高。

所述反應器用於氟氣和碳反應生成四氟化碳，碳放置在所述料倉管、預熱管和反應管內，所述第一進氣口設於反應管的兩端，一方面能夠增加單位時間內氟氣通入至所述反應管的量，使更多的氟氣與碳充分接觸，增加反應的效率；氟氣與碳發生化學反應時放出熱量，由於所述預熱管的下端連通於所述反應管，大量的熱量會由反應產物四氟化碳傳遞至所述預熱管內的碳，對這些碳進行預熱，保持反應溫度穩定，使後續碳和氟氣的反應效率更高。

隨著反應的進行，所述反應管的碳逐漸被消耗，由於所述料倉管、擴容管和預熱管均為豎向設置，在重力的作用下，所述預熱管內的碳將會下落至所述反應管以保證反應的持續進行，提高其工作的穩定性和持續性；同樣地，所述料倉管內的碳會下落至所述預熱管內保證待反應的碳得到預熱，為後續的反應做好準備。

喇叭狀的所述擴容管具有擴大所述料倉管容積的作用，由於所述擴容管由其上端的開口向其下端的開口逐漸向內收窄，所以連接於所述擴容管上端開口的料倉管的橫截面積會大於連接於所述擴容管下端開口的預熱管的橫截面積，假設所述料倉管和預熱管在相同的長度下，所述料倉管的容積會大大增加，從而減少碳的加入次數，提高所述反應器工作的持續性。

所以碳從所述擴容管下落至所述預熱管時的速度會放慢，反應生成的四氟化碳氣體會從所述第一排氣管排出。

附圖說明

圖1是本發明其中一個實施例的正面的局部剖面圖。

圖2是本發明其中一個實施例的側面的局部剖面圖。

圖3是本發明其中一個實施例的除塵器的正面的局部剖面圖。

圖4是圖3的C處的局部放大圖。

其中：料倉管21、擴容管211、第一排氣管212、加料管213、放空管214、支撐座215、預熱管22、反應管23、第一進氣口231、溫度計套管232、法蘭261、法蘭蓋262、冷卻箱24、進水管241、溢流管242、除塵器25、除塵管251、密封管2511、隔板252、上隔板2521、下隔板2522、除塵氣路253、第二進氣管254、第二排氣管255、擋板256、排汙管257。

具體實施方式

下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

一種大容量的反應器，包括料倉管21、預熱管22和反應管23；

所述料倉管21的底部設有喇叭狀的擴容管211，所述擴容管211由其上端的開口向其下端的開口逐漸向內收窄；

所述料倉管21、擴容管211和預熱管22均為豎向設置，所述反應管23為橫向設置；

所述預熱管22的上端與所述擴容管211下端的開口連接，所述預熱管22的下端連通於所述反應管23；

所述反應管23的兩端設有第一進氣口231；

所述料倉管21設有第一排氣管212，其連通所述料倉管21的內部和外部。

如圖1，本實施例的所述反應器用於氟氣和碳反應生成四氟化碳，碳放置在所述料倉管21、預熱管22和反應管23內，所述第一進氣口231設於反應管23的兩端，一方面能夠增加單位時間內氟氣通入至所述反應管23的量，使更多的氟氣與碳充分接觸，增加反應的效率；氟氣與碳發生化學反應時放出熱量，由於所述預熱管22的下端連通於所述反應管23，大量的熱量會傳遞至所述預熱管22內的碳，對這些碳進行預熱，使後續碳和氟氣的反應效率更高。

隨著反應的進行，所述反應管23的碳逐漸被消耗，由於所述料倉管21、擴容管211和預熱管22均為豎向設置，在重力的作用下，所述預熱管22內的碳將會下落至所述反應管23以保證反應的持續進行，提高其工作的穩定性和持續性；同樣地，所述料倉管21內的碳會下落至所述預熱管22內保證待反應的碳得到預熱，為後續的反應做好準備。

喇叭狀的所述擴容管211具有擴大所述料倉管21容積的作用，由於所述擴容管211由其上端的開口向其下端的開口逐漸向內收窄，所以連接於所述擴容管211上端開口的料倉管21的橫截面積會大於連接於所述擴容管211下端開口的預熱管22的橫截面積，假設所述料倉管21和預熱管22在相同的長度下，所述料倉管21的容積會大大增加，從而減少碳的加入次數，提高所述反應器工作的持續性。

所以碳從所述擴容管211下落至所述預熱管22時的速度會放慢，反應生成的四氟化碳氣體會從所述第一排氣管212排出。

進一步，所述料倉管21的頂部設有加料管213和放空管214；

所述加料管213的一端和放空管214的一端分別連通於所述料倉管21的頂部；

所述加料管213的另一端和所述反應管23的兩端均設有法蘭261和法蘭蓋262，所述法蘭蓋262安裝於所述法蘭261。

所述反應器內的碳經過反應消耗後，從設於所述料倉管21頂部的加料管213加入碳，操作更加簡單方便直接，因為所述加料管213的一端和放空管214的一端分別連通於所述料倉管21的頂部，所以碳會在重力的作用下下落至料倉管21、擴容管211、預熱管22和反應管23，以保證反應的持續進行；因為所述加料管213的另一端和所述反應管23的兩端均設有法蘭261和法蘭蓋262，所述法蘭蓋262安裝於所述法蘭261，所以在加料時只需拆卸所述法蘭蓋262，便能對所述反應器進行加料操作。

所述放空管214的另一端連通至廢氣處理塔，操作時只需打開放空閥門就可以進行氣體的放空。

進一步，所述反應器還包括冷卻箱24；

所述反應管23設於所述冷卻箱24內，所述反應管23的兩端凸出於所述冷卻箱24的外部。

氟氣和碳反應時會放出大量的熱，所述冷卻箱24內裝有冷卻水，以降低所述反應管23的溫度，從而增加其使用壽命。所述反應管23的兩端凸出於所述冷卻箱24的外部，方便安裝在其兩端的法蘭蓋262的拆裝，避免冷卻水進入到所述反應管23內。

進一步，所述冷卻箱24為矩形箱體，其頂部設有開口。

矩形的箱體容易生產，能夠裝載的冷卻水亦更多，其頂部設有的開口起到觀察和檢查所述反應器使用狀況的作用。

進一步，所述冷卻箱24的其中一側壁的底部外壁至少設有一個進水管241；

所述冷卻箱24的其中一側壁的頂部近端處的外壁至少設有一個溢流管242。

如圖2，本實施例的所述進水管241的數量為一，所述溢流管242的數量為二，所述進水管241和溢流管242均設於所述冷卻箱24的側壁，更方便其安裝；所述冷卻箱24的其中一側壁的底部外壁，噹噹冷卻水通過所述進水管241的進水口時，冷卻水通入至所述冷卻箱24時會更加緩慢穩定；所述溢流管242設於所述冷卻箱24的其中一側壁的頂部近端處的外壁，保證所述冷卻箱24內的冷卻水足夠多以有效地冷卻所述反應管23，避免冷卻水過多溢出。

進一步，所述反應管23設有至少一個溫度計套管232；

所述溫度計套管232的下端封閉且位於所述反應管23內；

所述溫度計套管232內設有溫度檢測器。

如圖1，本實施例的所述溫度計套管232的數量為二，且對稱設於所述預熱管22兩側的所述反應管23上，能夠提高所述溫度檢測器對反應管23內的溫度檢測的精準度，所述溫度計套管232的下端封閉，既能密封所述反應管23也能保護所述溫度檢測器。

進一步，所述反應器還包括除塵器25，其包括除塵管251和隔板252；

所述隔板252包括上隔板2521和下隔板2522，所述上隔板2521和下隔板2522的數量均至少為一；

所述上隔板2521和下隔板2522等間距地焊接於所述除塵管251內；

相鄰的所述上隔板2521和下隔板2522形成除塵氣路253；

所述除塵管251的外壁設有連通於所述除塵管251內部的第二進氣管254和第二排氣管255，所述第一排氣管212與所述第二進氣管254連接。

如圖3，反應生成的四氟化碳氣體中會混雜一些反應不充分的碳粉，大部分的碳粉會在穿過碳層時沉集落回所述反應管23，小部分碳粉跟四氟化碳氣體一同從所述第一排氣管212排出，當混雜有碳粉的四氟化碳氣體經過所述第二進氣管254進入至所述除塵管251的除塵氣路253時，在所述上隔板2521和下隔板2522的阻隔作用和重力的作用下，碳粉會沉降至所述除塵管251的底部，便於後續的清理，以提高四氟化碳氣體的純度，最終被進一步純化的四氟化碳氣體從所述第二排氣管255排出。

本實施例的所述上隔板2521的數量為二，所述下隔板2522的數量為一，通過焊接，使得所述上隔板2521和下隔板2522更加穩固地設於所述除塵管251內。

進一步，所述除塵管251的兩端均設有法蘭蓋262和法蘭261，所述法蘭蓋262安裝於所述法蘭261以密封所述除塵管251；

所述上隔板2521的頂部與所述除塵管251頂端的所述法蘭蓋262的下表面貼合，所述下隔板2522的底部與所述除塵管251底端的所述法蘭蓋262的上表面貼合。

如圖3，通過拆裝所述法蘭蓋262能夠快速地清理所述除塵管251，所述上隔板2521的頂部與所述除塵管251頂端的所述法蘭蓋262的下表面貼合，所述下隔板2522的底部與所述除塵管251底端的所述法蘭蓋262的上表面貼合，儘量使混雜的四氟化碳氣體沿著所述除塵氣路253運動，而不是直接從所述法蘭蓋262與上隔板2521和下隔板2522的貼合處直接穿過，提高除碳粉的質量和四氟化碳氣體的純度。

進一步，所述除塵器25還包括多個擋板256；

所述擋板256分別固定於所述除塵管251兩端的法蘭蓋262，並且分別位於所述上隔板2521或下隔板2522的焊接處的兩側。

如圖4，進一步提高除碳粉的質量和四氟化碳氣體的純度，所述擋板256能夠阻擋混雜的四氟化碳氣體直接從所述法蘭蓋262與上隔板2521和下隔板2522的貼合處直接穿過。

進一步，所述除塵管251的底端設有喇叭狀的密封管2511；

所述除塵管251的底端的所述法蘭蓋262設有連通於所述除塵管251內部的排汙管257，所述排汙管257設有閥門。

如圖3，所述除塵管251底端的所述法蘭蓋262需定期拆下排放固態碳粉，但所述除塵管251底端的直徑越大，越難密封，所以所述密封管2511設置為由其上端的開口向其下端的開口逐漸向內收窄的喇叭狀的管，提高其密封程度。

本實施例的氟氣是通過電解法生產的，所以氟氣中會混雜有HF氣體，當其溫度下降後會變成酸液，為了清理碳粉時的安全，先打開所述排汙管257上的閥門，排清酸液，再拆卸法蘭蓋262清理粉塵。

進一步，所述反應管23的兩端分別設有法蘭261和法蘭蓋262，所述法蘭蓋262安裝於所述法蘭261以密封所述反應管23；

所述第一進氣口231設於所述法蘭蓋262。

通過安裝所述法蘭261於所述法蘭蓋262，能夠有效的密封所述反應管23，避免氣體洩漏，如反應物氟氣的洩漏和生成物四氟化碳氣體的洩漏；通過拆卸所述法蘭蓋262，能夠快速地清理所述反應管23內的反應留下的廢渣，操作簡單方便；所述第一進氣口231設於所述法蘭蓋262，保證氟氣有效地通入至所述反應管。

進一步，所述第一排氣管212橫向設於所述料倉管21頂部近端處的徑向位置。

反應時部分碳反應不充分，殘留的碳粉會被反應生成的氣體帶走，所述第一排氣管212橫向設於所述料倉管21頂部近端處的外壁，能夠使氣體上升的路程增加，有利於碳粉的在重力的作用下沉降，提高四氟化碳氣體的純度。

進一步，所述料倉管21還包括有至少兩個支撐座215；所述支撐座215沿所述料倉管21的外壁圓周等間距地設置。

本實施例的所述支撐座215的數量為二，其沿所述料倉管21的外壁圓周等間距地設置，能夠更好地支撐所述料倉管21，使所述料倉管21被支撐時的受力更加均勻。

以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護範圍的限制。基於此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發明的保護範圍之內。