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, 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 и рециркуляционной магистрали. Это не обеспечивает равномерный прогрев слоя материала и снижает производительность устройства. Отсутствие рециркуляционной магистрали приводит к снижению производительности за
счет низкой степени превращения исходного газа. Значительная часть газа удаляется из реактора, не прореагировав.
Указанные недостатки обусловлены конструктивными признаками известного технического решения.
Указанные недостатки частично устранены в устройстве для получения углеродного материала, содержащем реактор, установленный на упругих элементах с возможностью осевого перемещения, состоящий из корпуса с крышкой, рециркуляционного контура, соединяющего верхнюю часть реактора с нижней, нагревателя, вибропривода и патрубка подачи исходного газа (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 и сложностью конструкции. Рециркуляционный контур для возврата части газа, отводимого из аппарата, содержит насос. Поскольку отводимые из реактора газы имеют высокую температуру и обладают коррозионной агрессивностью, надежность такой конструкции резко снижается. Отсутствие в рециркуляционной магистрали подогревателя газа приводит к тому, что газ, возвращаемый в реактор из рецикла, имеет температуру, отличную от газа, поступающего через патрубок подачи исходного газа, из-за чего в такой конструкции невозможно создать равномерное температурное поле в реакционном объеме, что снижает
производительность и не позволяет получать материал с однородной структурой и свойствами.
Указанные недостатки также обусловлены конструктивными признаками известного технического решения.
По совокупности общих признаков в качестве прототипа выбрано устройство по патенту РФ №2108287.
Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в упрощении конструкции, повышении надежности, увеличении производительности устройства и повышении однородности получаемого продукта.
Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве для получения углеродного материала, содержащем реактор, установленный на упругих элементах с возможностью осевого перемещения, состоящий из корпуса с крышкой, рециркуляционного контура, соединяющего верхнюю часть реактора с нижней, нагревателя, вибропривода и патрубка подачи исходного газа, согласно полезной модели, рециркуляционный контур снабжен дросселирующим устройством.
Рециркуляционный контур снабжен подогревателем газа.
Патрубок подачи исходного газа расположен на крышке.
Сечение верхней части больше цилиндрической части не менее чем в 4 раза и содержит переходную часть в виде конуса с углом откоса 60°.
В рециркуляционном контуре установлен холодильник.
Между холодильником и нагревателем установлен измеритель расхода газа
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.
Снабжение рециркуляционного контура дросселирующим устройством позволяет отказаться от использования насоса для возврата части газа в реактор, что упрощает конструкцию и повышает ее надежность.
Установка подогревателя газа в рециркуляционный контур позволяет возвращать газ в реактор уже нагретый до температуры реакции, что способствует увеличению производительности и повышению однородности получаемого материала.
Установка патрубка подачи исходного газа на крышке обеспечивает возможность периодической очистки корпуса и подающей магистрали от порошкообразных веществ, препятствующих подаче исходного газа. Это также способствует повышению производительности и надежности конструкции.
Выполнение сечения верхней части больше цилиндрической части не менее чем в 4 раза и установка переходной конической части с углом откоса 60°. Угол 60° выбран, исходя из сыпучих свойств продукта. При угле больше 60° происходит зависание продукта на стенках реактора. При угле меньше 60° резко увеличиваются габариты реактора. Это способствует уменьшению
уноса материала из реактора и возвращению уносимых частиц в реакционную зону, что также повышает производительность.
Снабжение рециркуляционного контура холодильником способствует форсированию расхода газа в рециркуляционной магистрали и тем самым повышает степень реагирования газа, что повышает производительность оборудования.
Установка между холодильником и нагревателем измеритель расхода газа способствует более точному измерению расхода газа, оптимизации процесса и позволяет повысить производительность реактора и улучшить однородность получаемого продукта.
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, упрощении конструкции и повышении ее надежности.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером конкретного выполнения, где изображены на фиг.1 - продольный разрез
устройства; на фиг.2 показан вариант выполнения реактора с установленным холодильником и измерителем расхода газа в рециркуляционном контуре.
Устройство для получения углеродного материала состоит из корпуса 1 крышки 2. Корпус 1 снабжен верхней обечайкой 3 и конической переходной вставкой 4, верхняя часть которого примыкает к крышке 5. На внешней стороне корпусе 1 установлен нагреватель 5. Корпус 1 установлен на виброприводе 6. В крышке 2 установлен патрубок подачи исходного газа 7 и рециркуляционный контур 8, соединяющийся с нижней частью корпуса 1. В рециркуляционном контуре 8 установлено дросселирующее устройство 9 и подогреватель газа 10. В рециркуляционном контуре 8 может быть дополнительно установлен холодильник 11 и измеритель расхода 12.
В основе работы описанного устройства лежит принцип действия, описанный в открытии, внесенном в Государственный реестр открытий СССР под №138 с приоритетом от 4 июня 1963 г., которое формулируется так: «Экспериментально установлено неизвестное ранее явление возникновения статического перепада давления газа в виброкипящем слое, т.е. в слое, образованном в результате циклического изменения пористости дисперсного материала, подвергаемого вертикальному вибрационному воздействию с ускорением, превышающим ускорение свободного падения материала в данной среде».
Устройство для получения углеродного материала работает следующим образом: в корпус 1 помещается слой катализатора, реактор с помощью крышки 2 герметизируется, включается нагреватель 5 и
вибропривод 6. При достижении температуры внутри корпуса заданной величины, через патрубок подачи исходного газа 7 подается исходный углеродсодержащий газ, который, попадая в слой катализатора, разлагается на углерод и водород. Попадая в верхнюю обечайку 3, частично прореагировавший газ теряет свою скорость, а частицы материала, подхваченные им, опускаются в виброожиженный слой. Частицы, оседающие на стенках, также возвращаются в слой, двигаясь по конической вставке 4. Отводимый газ попадает в рециркуляционный контур 8, часть которого через дросселирующее устройство 9 отправляется на утилизацию, а остальная часть возвращается в нижнюю часть корпуса 1, подогреваясь до температуры реакции в теплообменнике 10. Если в рециркуляционном контуре 8 установлен холодильник 11, то газ охлаждается, а холодильник 11 выполняет роль теплового насоса, поскольку установлен в нисходящей части контура, форсируя подачу газа через рециркуляционный контур. Расход газа в рециркуляционном контуре контролируется измерителем расхода газа 12, при этом измеритель расхода работает с охлажденным газом, что повышает его срок службы и точность измерения. Подогреватель газа 10, установленный в восходящей части рециркуляционного контура, нагревает газ до температуры реакции, после чего газ возвращается в зону реакции.
Предлагаемое устройство для получения углеродного материала обладает простотой конструкции, повышенной надежностью, позволяет повысить производительность и получить углеродный материал повышенной чистоты и однородности.