УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНА И ФУЛЛЕРИТА

Предложение относится к физико-технологическим процессам получения фуллеренов и фуллеритов путем переработки углеродсодержащих материалов в высокотемпературном поле камеры реактора.
В настоящее время известны принципиальные направления развития технических средств для получения фуллеренов и фуллеритов, из которых наиболее представительным является установка для получения фуллеренсодержащего материала, содержащая камеру переработки исходного углерод содержащего материала и каналы отвода этого переработанного материала на технологический процесс использования /1/.
Из известных технических средств наиболее близким является установка для получения фуллерена и фуллерита, включающая магистраль подачи исходного материала, камеру его переработки, каналы отвода фуллеренсодержащего материала, бункер приема фулдеренсодержащего материала с контейнером для его упаковки /2/.
Существенными и очевидными недостатками указанных аналога и прототипа являются: низкая концентрация фуллерена в переработанном материале; незначительная производительность установки ввиду ее указанной принципиальной конструктивной схемы; цикличность процесса получения фуллерена из-за необходимости периодических остановок в работе установки и связанными с этим операциями согласования процесса получения и использования фуллерена и фуллерита; эти недостатки сужают технологические возможности и снижают эффективность установки.
Технической задачей и технологическим результатом предлагаемой установки является повышение производительности за счет выбора режимов технологических операций переработки исходного материала и разделения полученного продукта; получение продукта переработки более высокой степени чистоты экстракта при снижении затрат исходного углеродсодержащего материала и уменьшения энергоемкости про
процесса получения фуллерита и фуллеренов из исходного сырья.
Указанная техническая задача достигается за счет того, что установка для получения фуллерена и фуллерита, путем переработки углеродсодержащего материала в фуллеренсодержащий продукт, включает агрегат подготовки исходного сырья в перерабатываемый углеродсодержащий материал, магистраль подачи этого материала в камеру его фазового превращения, о которой функционально соединены: узел подачи тепловой энергии, узел подачи хладагента, узел подачи инертного газа, камера оснащена приборами контрольно-измерительного блока управляющего программированного устройства, полость камеры соединена с дополнительной камерой для приема переработанного фуллеренсодержащего материала и оснащена агрегатом для физического разделения этого фуллеренсодержащего материала на экстракт фудлеренов, пироуглерод и шлак, для каждого из этих продуктов имеется бункер и герметизируемый контейнер, камера также имеет патрубок для отвода продуктов на технологические операции использования, при этом агрегат имеет в своей стенке выработки сферической формы и стержни с заостренными концами, выработки и стержни соединены с источниками электрических зарядов различного потенциала, при этом выработки имеют сменные гнезда, а в полости агрегата для физического разделения материала размещены каналы для отвода указанных продуктов в бункеры.
2
На чертеже представлена конструктивная схема описываемой установки для получения фуллерена и фуллерита. Установка включает агрегат 1 для подготовки исходного сырья в перерабатываемый углеродсодержащий материал (включая сушку, просев, отделение посторонних включений), агрегат 1 магистралью 2 соединен с камерой 3, в которой осуществляют фазовое превращение подаваемого материала, с этой камерой функционально соединены узлы 4 и 5 и 6, где узел 4 служит для подачи тепловой энергии, например, перегретого инертного газа, узел 5 - для подачи хладагента, например, продукта испарения твердого СО (или охлажденной воды), узел 6 - для подачи инертного газа (Не, или Аr, или Кг); камера 3 оснащена приборами
контрольно-измерительного блока управляющего программированного устройства 7, в качестве таких приборов использованы измерители температуры, давления и концентрации материала в среде переработки камеры 3; полость камеры 3 соединена с дополнительной камерой 8 для приема переработанного фуллеренсодержащего материала, а также оснащена конструктивно агрегатом 9 для физического (физическим методом) разделения фуллеренсодержащего материала на состоявляющие его компоненты: экстракт фуллеренов (фуллерит), пироуглерод и шлак, каждый из этих продуктов отводят в соответствующий бункер 10, 11 или 12 и герметизируют в контейнеры, или направляют непосредственно на технологическое использование через патрубки их отвода.
Агрегат 9 имеет в своей стенке выработки сферической формы 13 и стержни 14 с заостренными концами; сферы 13 и стержни 14 соединены с источниками электрических зарядов блока 15 для подачи на них зарядов различного потенциала. Сферические выработки 13 имеют сменные гнезда 16 для контроля заполнения сфер 13 и техосмотра; при этом полость агрегата 9 соединена каналами 17, 18 и 19 соответственно, с бункерами 10, 11 и 12 сбора компонентов из агрегата 9.
Установка в своей камере 3 оснащена излучателем 20 электрического поля постоянной напряженности; а канал соединения камер 3 и 8 оснащен излучателем 21 СВЧ-волн. Эти два излучателя предназначены для повышения производительности установки при переработке исходного углерод содержащего сырья и создания условий его фазового превращения; при этом агрегат 9 оснащен излучателем 22 магнитного поля переменного по значению и бегущего вокруг корпуса агрегата, что позволяет организовать точное ориентирование частиц разделяемых продуктов для их предметного отвода в свои бункеры 10, 11, 12.
Работа описанной установки для получения фуллерена и фуллерита осуществляется следующим образом. От программированного управляющего устройства 7 включают в работу камеру 3 с ее агрегатом 1 и узлоами 4, 5 и 6, создавая в полости камеры 3 условия для
подготовки и фазового превращения исходного углеродсодержащего материала из агрегата 1 за счет создания теплового поля, подачи инертного газа и подачи хладагента, используя блоки 4, 5 и 6, осуществляя при этом контроль ведения процесса блоком 7 и работой излучателя 20 камеры 3, перерабатываемый материал подают по каналу излучателя 21, поддерживая гетерогенность материала, поступающего в камеру 8 и агрегат 9 камеры, где производят его допереработку и разделение на составляющие компоненты: экстракт фуллеренов (фуллерит), пироуглерод и шлак, - этот процесс осуществляют с помощью стержней 14, сферических выработок 13, блока 15 и криволинейных каналов в полости камеры 8 и полости агрегата 9 установки, а также с помщью указанного излучателя 22 на корпусе агрегата 9.
Полученные продукты: экстракт фуллеренов, пироуглерод и шлак отводят для накопления в бункеры 10, 11 и 12 или подают на процесс его прямого использования в технологическом процессе.
Таким одразом, разработанная установка для получения фуллеренов и фуллерита позволяет устранить промежуточные операции при переработке исходного материала, предупредить остановки и цикличность работы, что позволяет повысить производительность установки по переработке материала на 25-30%, повысив КПД на 20%, при сокращении времени на этот процесс в 1,5-1,7 раза и при снижении затрат энергии на 15-18%, что является существенным показателем эффективности данной установки и показывает ее оригинальность и прогрессивность технического решения.