УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА

Предлагаемая полезная модель относится к оборудованию для получения углеродных материалов волокнистой структуры методом каталитического пиролиза и может найти применение в радиоэлектронной промышленности, сорбционной технике, в производстве полимерных материалов.
Известно устройство для получения углеродного материала, состоящее из корпуса, распределительной решетки, узла подачи газа, отводящего патрубка, нагревателя и вибратора (Патент РФ №2108287, С 01 В 31/00, С 01 В 3/26, опубл. 10.04.1998 г). Конструкция этого устройства позволяет получить гранулированный углеродный материал и водород.
Однако такая конструкция характеризуется недостаточной производительностью из-за отсутствия предварительного подогрева газа. В этом устройстве нагрев осуществляется преимущественно в ходе его контакта со слоем псевдоожиженного материала. Это не обеспечивает равномерный прогрев слоя материала. Вследствие этого получается материал
с различными свойствами и неоднородной структурой, что является существенным недостатком.
Указанные недостатки обусловлены конструктивными признаками известного технического решения.
Известно устройство для получения углеродного материала, состоящее из корпуса, узла подачи газа, отводящего патрубка, нагревателя и вибратора (Патент РФ №2064889, С 01 В 3/26, С 01 В 31/02, опубл. 10.08.1996 г.). Узел подачи газа выполнен в виде трубки, расположенной вертикально в центре крышки корпуса, один конец которой погружен в слой катализатора.
Такая конструкция характеризуется недостаточной производительностью из-за отсутствия распределительного узла. Это не обеспечивает равномерный прогрев слоя материала и снижает производительность устройства. Кроме того, из-за проскока значительного количества газа вдоль центральной вертикальной трубки не обеспечивается необходимое время его контакта с катализатором. Из-за этого получается материал с различными свойствами и неоднородной структурой.
Указанные недостатки также обусловлены конструктивными признаками известного технического решения.
По совокупности общих признаков в качестве прототипа выбрано устройство по патенту РФ №2064889.
Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эффективности процесса путем увеличения производительности и однородности получаемого продукта.
Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве для получения углеродного материала, состоящем из корпуса, узла подачи газа, отводящего патрубка, нагревателя и вибропривода, согласно полезной модели, корпус снабжен коническим раструбом в верхней части, узел подачи газа выполнен в виде патрубка подачи исходного газа, коллектора в виде кольцевой расточки в корпусе и продольных каналов, сообщающихся с нижней частью реактора.
Побудителем расхода исходного газа является катализатор.
Днище выполнено вогнутым внутри.
Кольцевая расточка взаимодействует с крышкой корпуса.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.
Снабжение корпуса коническим раструбом в верхней части обеспечивает уменьшение скорости отводимого отработанного газа, что препятствует выносу катализатора и готового продукта, тем самым обеспечивая повышение производительности.
Выполнение узла подачи газа в виде патрубка подачи исходного газа, коллектора в виде кольцевой расточки в корпусе и продольных каналов, сообщающихся с нижней частью реактора, обеспечивает доставку газа в нижнюю часть корпуса с минимальным сопротивлением и предварительный равномерный разогрев газа перед его контактом с катализатором. Это обеспечивает повышение производительности аппарата за счет более полного использования газа для процесса каталитического пиролиза.
Использование в качестве побудителя расхода исходного газа катализатора достигается за счет его взаимодействия с вибрационным полем. При этом в слое катализатора возникают устойчивые циркуляционные контуры в виде тора. Так как длина внешней и внутренней окружности тора различаются, происходит интенсивное перемешивание катализатора с захватом исходного газа. Это позволяет упростить конструкцию за счет исключения побудителя расхода и распределительного устройства и достичь повышения производительности и однородности получаемого материала.
Выполнение днища плоским либо вогнутым внутри обеспечивает перемещение частиц в направлении, обеспечивающем максимальный захват исходного газа. Несмотря на то, что технологически изготовить аппарат с вогнутым днищем более сложно, при этом обеспечивается более полное участие катализатора в процессе пиролитического синтеза, что повышает производительность.
Выполнение кольцевой расточки, взаимодействующей с крышкой корпуса, обеспечивает возможность периодической очистки подающих каналов от порошкообразных веществ, препятствующих подаче исходного газа. Это также способствует повышению производительности.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию «новизна».
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно использована в производстве различных установок для получения углеродного материала волокнистой структуры методом каталитического пиролиза углеродсодержащих газов, заключающихся в повышении производительности и качества получаемого продукта.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером конкретного выполнения, где изображены на фиг.1 - продольный разрез устройства; на фиг.2 - сечение по А-А фиг.1; на фиг.3 показан вариант выполнения корпуса с вогнутым днищем; на фиг.4 показана кольцевая расточка и ее примыкание к крышке аппарата.
Устройство для получения углеродного материала состоит из корпуса 1, выполненного в виде цилиндрической обечайки 2 и днища 3. Верхняя часть корпуса 1, снабжена коническим раструбом 4, верхняя часть которого примыкает к крышке 5. В корпусе 1 установлена обечайка 6, повторяющая конфигурацию конического раструба 4 и цилиндрической обечайки 2, в которой выполнены вертикальные каналы 7, перекрываемые корпусом 1. В верхней части корпуса 1 расположена расточка 8, перекрываемая обечайкой 6. Нижняя часть каналов 7 открыта вблизи днища 3. Крышка 5 снабжена патрубками подачи исходного газа 9, сообщающимся с расточкой 8 и патрубком отвода газообразных продуктов пиролиза 10. Корпус 1 установлен на виброприводе 11. С внешней стороны корпуса 1 установлен нагреватель
12. Днище корпуса 1 может быть выполнено в виде вогнутого диска 13, как показано на фиг.3.
Устройство для получения углеродного материала работает следующим образом, в обечайку 2 корпуса 1 помещается слой катализатора, реактор с помощью крышки 5 герметизируется, включается нагреватель 12 и вибропривод 11. При достижении температуры внутри корпуса заданной величины, через патрубок подачи исходного газа 9 подается исходный углеродсодержащий газ, который, попадая в кольцевую расточку 8, равномерно распределяется и проходит в каналы 7. Проходя через каналы 7, исходный газ нагревается до температуры реакции и через открытые части каналов 7 в придонной части корпуса 1 попадает в слой материала по периметру реактора, тем самым обеспечивая равномерное распределение газа в слое. Обечайка 6 препятствует попаданию газа внутрь реакционной зоны до его подогревания. При действии вибрации на реактор с плоским днищем 3 образующиеся циркуляционные контуры, материал в которых поднимается по центру аппарата и опускается вдоль стенок, выполняют роль побудителя расхода газа, захватывают подающийся газ, увлекают его внутрь слоя и препятствуют проскоку газа вдоль стенок корпуса. Попадая в конический раструб 4, уже прореагировавший газ теряет свою скорость, а частицы материала, подхваченные им, опускаются в виброожиженный слой. Прореагировавший газ отводится через патрубок 10. Выполнение днища 13 вогнутым обеспечивает горообразное перемещение зернистой загрузки и
разрушение ядра сегрегации ее. Это обеспечивает контакт газа со всеми частицами продукта и увеличивает производительность реактора.
Предлагаемое устройство для получения углеродного материала обладает простотой конструкции, позволяет повысить производительность и получить углеродный материал повышенной чистоты и однородности.