УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФУЛЛЕРЕНОВ

Предложение относится к техническим средствам для производства фуллеренов и фуллеренсодержащих материалов (ФСМ) путем высокотемпературной возгонки исходных углеродсодержащих материалов (УСМ).
Современные технологии получения ФСМ основаны на использовании установок и аппаратов для переработки исходных УСМ, в основном - графита, содержащих реакционную камеру для тепловой переработки УСМ, емкости (контейнеры) с исходным УСМ, силовое исполнительное электрооборудование в виде разрядных электродов, где графитовые электроды испаряют разрядом; механизм подачи УСМ в полость реакционной камеры, нагнетающий газовый насос и вакуум-установку, емкость с хладагентом для регулирования температуры корпуса реактора, бункер (или контейнер) приема ФСМ для прямого его использования [US №5227038, 1993; JP №50-009013, 1993; Belz Т., Ber. Bunsenges, Phys. Chem. 1997, vol. 101, p.712-725; RU 2124473, 1999; RU 2205790, С01В 31/02, 2003].
Последнее из указанных технических решений является наиболее близким по сущности и достигаемому результату.
Конструкция этой установки, как и режимы ее работы обладают существенными и очевидными недостатками, которые заключаются в низком КПД использования объема и мощности реакционной камеры (не более 20%) ввиду загрузки в нее только одной пары стержней углеродного материала, что образует только локальное тепловое пятно, а весь объем реакционной камеры работает вхолостую, отдавая полезное тепло только системе охлаждения (протекающему хладагенту). Это ведет к низкой производительности выработки полезного ФСМ, циклическим вынужденным остановкам для охлаждения и перезаправки реакционной камеры, что определяет нетехнологичность использования известной установки.
Технической задачей и положительным результатом предложения заявителя является существенная модернизация принципиальной конструктивной схемы установки для получения ФСМ, при которой достигается резкое повышение ее производительности за счет полного использования рабочего объема реакционной камеры, предупреждения технологических остановок, повышения выхода полезного ФСМ на единицу объема камеры и - массу использованного исходного УСМ.
Указанная техническая задача и достигаемый результат в разработанном техническом решении получаются за счет того, что установка для производства фуллеренов, содержит реакционную камеру, емкости с исходным углеродсодержащим материалом, силовое исполнительное электрооборудование в виде разрядных электродов, механизм подачи материала в реакционную камеру, нагнетающую и вакуумирующую установки, емкость с хладагентом, бункер приема продуктов переработки материала, при этом она снабжена нечетным количеством рабочих электродных элементов, формирующих тепловое поле в ее реакционной камере, которая снабжена одним катодным или одним анодным нерасходуемым электродом, установленным в центре реакционной камеры и оснащена парами расходуемых электродов, взаимодействующих одновременно с указанным единым электродом за счет их одновременной подачи, посредством приводных механизмов, - к общему единому электроду, который, при этой подачи пар, зафиксирован в неподвижном состоянии, причем количество, взаимодействующих с общим единым электродом, расходуемых электродных пар выбирают от одной до шести.
Установка характеризуется тем, что число расходуемых электродов, взаимодействующих с общим единым нерасходуемым электродом, выбирают, предпочтительно, равным шести.
Такое конструктивное выполнение установки позволяет использовать весь ее энергетический потенциал и - объем реакционной камеры для производительной переработки УСМ при использовании одного нерасходуемого центрального электрода, что, одновременно, упрощает процесс эксплуатации установки и снижает энергозатраты.
На фиг.1 показан общий вид компоновочной технической схемы установки;
на фиг.2, 3 и 4 - детали установки.
Установка содержит реакционную камеру 1, силовое исполнительное электрооборудование 2, механизм 3 подачи УСМ в камеру 1, нагнетательную- 4 и вакуум-установку 5, емкость 6 с хладагентом, емкости 7 с УСМ; в реакционную камеру 1 подают нечетное количество расходуемых рабочих электродных элементов, где в центре камеры 1 расположен единый нерасходуемый электрод 8 (катод или анод), с которым взаимодействуют пары расходуемых УСМ электродов 9, которых выбирают от одной пары до шести, причем количество расходуемых электродов 9 выбирают, предпочтительно, равным шести. Это обеспечивает более высокую степень переработки-возгонки материала расходуемых электродов 9 за счет создания объемного теплового поля в камере 1, стабилизации фазового перехода УСМ в процесс формирования фуллеренов различных нанофракций. Силовое электрооборудование 2 выполнено в виде рабочих разрядных электродов: анода и катодов, или - катода и анодов. Расходуемые УСМ - электроды 9 оснащены механизмами подачи, выполненными в виде шаговых редукторов 10 (или используют редукторы с т.н. "ползучей подачей" ~ 10 мм/мин., например, в виде соленоида с регулируемой подачей напряжения на его электромагнит); такие редукторы установлены в шести точках вокруг корпуса реакционной камеры (фиг.1, 2) - по числу подаваемых в камеру 1 расходуемых графитовых электродов 9. Камера 1 своими выходными патрубками 11 и 12 соединена с бункерами 13 и 14 (верхний и нижний) накопления переработанного ФСМ.
20
40
Работа установки осуществляется следующим образом. В полость электрода 8 подают хладагент от - 6, в камеру 1, с помощью шаговых редукторов 10, подают расходуемые графитовые электроды 9, одновременно подав на них ток разряда. В разрядном пространстве - между электродом 8 и электродами 9 формируют объемное высокотемпературное поле для активного испарения материала углеродных электродов 9; продукт переработки электродов (ФСМ) отводят вверх, а более тяжелые частицы (С-С) оседают в нижний бункер 14. После расхода очередных порций электродов 9 подают следующие такие электроды с помощью редукторов 10 и ведут процесс получения ФСМ до заданного массового количества. Полученную ФСМ - массу направляют или на прямое использование, или аккумулируют в среде инертного газа - в контейнерах.