УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФУЛЛЕРЕНОВ

Предложение относится к физико-техническим процессам получения фуллеренсодержащих материалов (ФСМ) и фуллеренов путем переработки углеродсодержащих материалов (У СМ) в тепловом поле реактора; направлено на получение новых материалов.
Современные технологии получения ФСМ основаны на использовании углеродсодержащих материалов (УСМ) и переработке их в установках, содержащих основные конструктивные элементы: корпус, рабочую реакционную камеру, источник тепловой энергии, контейнеры с исходными УСМ, источник инертного газа, магистраль подачи, отвода переработанного материала, узел упаковки ФСМ [US 5227038, 1993; US 5994410, 1999; JP 1004507, 1998; RU 2057074, 1994; RU 2327518, 2005; RU 2206500, С01В 31/02, 2003; W 603/038163, 2001; RU 2210537, 2003].
Последнее из указанных технических решений является наиболее близким по сущности и достигаемому технологическому результату.
Существенным недостатком аналогов и указанного прототипа является цикличность работы установки, где осуществляется единственная операция - тепловая обработка УСМ. Для экстракции ФСМ используются дополнительные агрегаты с системой жидкостного разделения (толуол, бензол, ксилол и т.п.) с процессами выпаривания, осаждения, выделения. Это приводит к многоступенчатой схеме получения ФСМ, ведет к потере свойств и снижению качества получаемых материалов.
Технической задачей и технологическим результатом предложения является существенное расширение технологических возможностей установки за счет увеличения производительности выработки фуллеренов при экономии исходного сырья, а также - использования разнородных УСМ: графита, котельного нагара, угольной пыли, газа.
Указанная техническая задача и результат достигаются за счет того, что установка для производства фуллеренов содержит корпус, размещенную в нем реакционную камеру, рубашку с хладагентом, энергетические узлы, магистрали подачи исходного углеродсодержащего материала и - отвода продуктов его переработки, при этом она снабжена шаговыми редукторами, установленными на энергетических узлах, а также - на механизме подачи исходного материала, при этом реакционная камера выполнена со стенками криволинейного профиля по винтовой спирали с переменным шагом кривизны, в полость камеры введены патрубки подачи дополнительного материала, соединенные со стенкой по касательной.
Установка характеризуется тем, что часть патрубков ориентирована параллельно друг другу, другая - навстречу.
Установка характеризуется также тем, что в полости камеры размещены перегородки из мелкоячеистой сетки.
Установка характеризуется и тем, что перегородки выполнены в виде полых конусов, ориентированны друг за другом в полости реакционной камеры.
Такая конструкция установки позволяет более производительно вести переработку разнородных исходных материалов и повысить мас.% выхода. На прилагаемых графических материалах раскрывается конструкция установки, где на фиг.1 показан общий вид установки;
на фиг.2; 3 - сечение по А-А на фиг.1, где показаны патрубки ввода дополнительных компонентов.
Установка содержит корпус 1, рабочую реакционную камеру 2, имеющую рубашку охлаждения 3, энергетические электропитаемые узлы 4 в виде плазмотрона; реакционная камера 2 выполнена со стенками 5 криволинейного профиля в виде винтовой спирали с переменным шагом винта и кривизны наклона для создания переменных вихревых потоков; полость камеры сообщена патрубками 6 подачи основного материала и - патрубками 7 подачи дополнительного материала и соединенными по касательной со стенкой 5; в полости реакционной камеры размещены конические сетки 8 с мелкоячеистой перфорацией, а патрубки 7 врезаны парами навстречу друг другу и параллельно друг другу. Канал 9 отвода продуктов сообщен с контейнерами 10 накопления ФСМ; канал 11 сообщен с контейнером 12.
Такая конструкция установки позволяет активировать процесс переработки материала, создать более эффективные условия для формирования молекул высших фуллеренов и существенно повысить мас.% выход фуллеренов из исходного материала.
2
2
Работа установки осуществляется следующим образом. Подают хладагент (жидкость или газ типа СО, N) в рубашку охлаждения 3, включают энергетический узел 4, плазму от него подают в полость реакционной камеры 2; одновременно подают УСМ через патрубки 6. В результате тепловой обработки и возгонки УСМ преобразуется в продуктивный ФСМ, направляемый вдоль винтообразных стенок 5 камеры 1, при этом по патрубкам 7 подают дополнительный аэрозольный УСМ-содержащий поток, которым создают вихревой поток (фиг.2) следующего по камере, формирующегося ФСМ. Это позволяет точно направить частицы высших фуллеренов (имеющих min V и G) через острия сеток 8 по центру камеры на отвод через канал 11 в накопительный контейнер 12; в то время, как шлаковый продукт переработки отводится по каналам 9 в контейнеры 10. Таким образом, конструкция установки позволяет использовать разнородные УСМ, вести эффективную их переработку и разделение по фракциям за счет указанной оригинальной конструкции реакционной камеры и ее подающих и отводящих узлов.
По экспериментальным данным производительность такой установки превосходит в 1,35-1,45 раза базовый объект (прототип) при тех же трудо- и энергозатратах на процесс получения ФСМ.