УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА

Предложение относится к техническим средствам для получения фуллеренсодержащих материалов (ФСМ) путем переработки исходных углеродсодержащих материалов и их компонентов (УСМ).
Данная физико-техническая задача решена с помощью установок для получения указанного материала, характерная конструкция которых содержит рабочую камеру, в полости которой размещен углеродсодержащий материал, подлежащий переработке высокотемпературным воздействием, рабочее пространство этой камеры соединено с каналом отвода продуктов переработки; камера оснащена источником излучения тепла и системой охлаждения [RU 39332, 2003; RU 52393, 2005; RU 2279402, 2005; RU 2227120, 2004, МПК С01В 31/02].
Последний из указанных аналогов является наиболее близким к предлагаемой установке по конструктивным признакам и по достигаемому положительному результату.
Обладая определенными положительными тактико-техническими показателями, в частности, проточной рабочей камерой с отводом возгоняемых фаз на дообработку, прототип, как и аналоги, имеет существенные недостатки: ограниченность выбора и использования типа и геометрии исходного УСМ, высокие энергетические потери, связанные с недоработкой узлов энергоподачи, что требует дополнительных расходов хладагента и нерационального теплоперераспределения; низкий процент выхода ФСМ при относительно высоких удельных расходах энергии на процесс.
Технической задачей и положительным результатом использования предлагаемой установки является расширение ее технических возможностей по переработке различных типов исходных УСМ и при их разных геометрических формах, более рациональное использование генерируемого теплового поля, обеспечивающих повышение эффективности и производительности процесса получения ФСМ с увеличением процента выхода фуллерита в отводимой массе ФСМ.
Указанная техническая задача решена, а достигаемый технологический результат получен за счет созданной конструктивной схемы технического комплекса, раскрываемого далее описанием и чертежами, где установка для получения фуллеренсодержащего материала включает рабочую камеру, размещенный в ее полости для последующей переработки углеродсодержащий материал, рабочее пространство камеры соединено с каналом отвода продуктов возгонки, источник высокотемпературного поля, систему охлаждения, при этом рабочая камера выполнена в виде коаксиально расположенных полых тел вращения с герметизированным кольцевым пространством между ними, полость которого соединена с источником подачи хладагента, источник высокотемпературного поля соединен своим рабочим пространством с рабочей камерой, в полости которой размещен углеродсодержащий материал, выполненный в виде правильного геометрического тела или в виде тела фасонной формы, на поверхность этого тела, с одной его стороны, ориентирован поток рабочего агента источника высокотемпературного поля, а выходное отверстие рабочей камеры соединено под скользящим углом с каналом отвода продуктов возгонки переработанного материала, сообщенным с устройством фракционирования полученного фуллеренсодержащего материала.
Установка характеризуется тем, что в качестве источника высокотемпературного поля использован плазмогенератор, например, плазмотрон.
Установка выполнена так, что канал отвода продуктов возгонки имеет рубашку, установленную с зазором к его стенке, полость между рубашкой и стенкой соединена с источником теплоносителя.
На фиг.1 показан общий вид установки с сечением по вертикальной оси;
на фиг.2 - реакционная камера установки;
на фиг.3, фиг.4, фиг.5 - варианты конструкций реакционной камеры и ее оснащения исходным УСМ.
Установка содержит источник высокотемпературного рабочего агента, например, плазмотрон 1, реакционную камеру 2 с размещаемым в ней исходным материалом 3. Камера содержит систему 4 подачи хладагента и соединена с каналом 5 отвода продуктов переработки (ФСМ). Установка оснащена источником инертного газа 6 (Не; Аr; Kr), дополнительной камерой 7 для фракционирования ФСМ, узлами 8 и 9 наложения физических полей воздействия на процесс получения фуллеренов. Исходный УСМ выбирают или правильной геометрической формы 10, 11, или - фасонной формы 12, а форму рабочей камеры задают постоянной или используют дополнительные вставки 13 для ориентирования того или иного УСМ в температурном поле рабочей камеры 2. Это позволяет использовать любой УСМ для эффективного получения заданного продукта в объеме одной реакционной камеры, а также более эффективно использовать все рабочее пространство реакционной камеры для увеличения ее производительности.
Работа установки для получения ФСМ осуществляется следующим образом. Проверяют подачу энергии, хладагента, газа; производят загрузку реакционной камеры 2 дозированной массой УСМ 10 (или: 11, 12), включают плазмотрон 1 и с помощью струи плазмы омывают (аблируют) УСМ, продукты фазового перехода отводят в потоке инертного газа по каналу 5 в дополнительную камеру 7, воздействуя на этот поток физическими полями от узлов 8 и 9 (тепловым и акустическим излучением). Фракции ФСМ накапливают в емкостях или направляют на непосредственное прямое использование в технологическом процессе: синтез с другими компонентами, приготовление растворов с поливинилпирролидоном, с растительными маслами; изготовление фильтрующих элементов и т.п.
Оригинальность конструкции реакционной камеры 2 (фиг.1, 2, 3) позволяет вести переработку исходного УСМ любой геометрической формы и любого типа (в отличие от аналогов, где используют только строго калиброванные стержни, диски, что усложняет процесс и сужает применение), в частности, УСМ может быть в виде сферического тела, в виде цилиндра с отверстиями (для более массового теплообмена), или в виде тела любой фасонной (заранее геометрически не заданной) формы, что существенно расширяет спектр используемых УСМ, увеличивает выход ФСМ на 12-14% при его высокой начальной чистоте (98-98,7%), что значительно снижает затраты энергии и приборного обеспечения на дальнейшую очистку и обогащение фуллерена; повышает качество и улучшает физико-химические свойства материалов, синтезированных с фуллереном, его кластерами, нановолокнами.