УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для получения технического углерода, которое может быть использовано в электротехнической, химической, лакокрасочной и полиграфической продукции.
2
Известно устройство для получения технического углерода, содержащее реакционный канал в виде прямой трубы, патрубки ввода ацетилена, инертного газа, патрубок впуска кислорода с расположенным внутри него электрозапальником и патрубок вывода готовой продукции (Патент США №2690960, кл. США 23-209.7). Недостатком этого устройства является значительная нагрузка на стенки канала из-за обратной детонационной волны и связанное с этим увеличение времени реакции, что не позволяет получать частицы углерода менее 100 нм и удельной поверхностью более 100 м/г.
2
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для получения технического углерода, содержащее реакционный канал кольцеобразной замкнутой формы, патрубки впуска ацетилена, инертного газа, патрубок ввода кислорода с электрозапальником и патрубок вывода продуктов реакции (Патент США №3 849 073 МПК С 09 С 1/50, кл. США 422-127, прототип). Недостатком этого устройства является использование при получении технического углерода ламинарного диффузионного горения в реакционном канале, что не позволяет получать частицы технического углерода менее 50 нм и удельной поверхностью более 150 м/г.
2
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу получения высокоструктурированного, электропроводного, ультрадисперсного технического углерода с размером частиц менее 50 нм и удельной поверхностью не менее 180 м/г.
Поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве для получения технического углерода, содержащем реакционный замкнутый канал круглого сечения с патрубками ввода ацетилена, инертного газа, патрубок ввода кислорода с устройством для инициирования взрыва и патрубок выпуска продуктов реакции, реакционный канал выполнен в виде двух противоположных прямолинейных участков, сопряженных двумя противоположными криволинейными участками, а патрубки ввода ацетилена, инертного газа и кислорода установлены последовательно на одном из прямолинейных участков контура канала, оси патрубков ввода ацетилена, инертного газа и кислорода перпендикулярны оси прямолинейного участка канала, диаметры патрубков ввода ацетилена и кислорода равны половине диаметра сечения реакционного канала, а диаметр патрубка впуска инертного газа равен диаметру канала, при этом патрубок
выпуска продуктов реакции расположен соосно прямолинейному участку канала в его начале с диаметром равным диаметру сечения реакционного канала.
Такое выполнение устройства для получения технического углерода позволяет решить поставленную техническую задачу за счет того, что тангенциальный ввод ацетилена и кислорода при перпендикулярном расположении патрубков ввода к оси реакционного канала позволяет перейти от горения в ламинарном диффузионном пламени к турбулентному диффузионному пламени, что значительно интенсифицирует процесс образования частиц сажи (технического углерода), так как известно, что процессы горения в турбулентном пламени в несколько тысяч раз интенсивнее, чем в ламинарном, при этом наблюдается повышение давления, температуры и скорости горения, факторов, являющихся основными в процессе образования углерода. С их повышением увеличивается дисперсность и удельная поверхность получаемого продукта, а также их чистота. Интенсификация процесса горения позволяет также сократить в 1,5 раза длину реакционного канала, тем самым уменьшить габаритные размеры и металлоемкость конструкции.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой, показанной на фиг.1. Устройство состоит из замкнутого кольцеобразного реакционного канала 1 круглого сечения с двумя противоположными прямолинейными участками 2, патрубка 3 ввода кислорода и инициирования взрыва, патрубка 4 ввода инертного газа, патрубка 5 для впуска ацетилена и патрубка 6 вывода продуктов реакции. Патрубки 3, 4, 5, 6 снабжены запорными устройствами известного типа (на чертеже не показаны). Внутри патрубка 3 установлено устройство электроподжига известной конструкции, например элемент сопротивления (на чертеже не показан).
Прямой участок 2 имеет длину не менее 15 диаметров реакционного канала, патрубок 3 ввода кислорода расположен перпендикулярно оси прямолинейного участка 2, а его диаметр равен половине диаметра реакционного канала, патрубок 4 ввода инертного газа, например азота, расположен перпендикулярно оси прямого участка 2 на расстоянии 4-5 диаметров канала от патрубка 3 и его диаметр равен диаметру реакционного канала. Патрубок 5 ввода ацетилена установлен перпендикулярно оси прямолинейного участка 2 на расстоянии 4-5 диаметров канала от патрубка 4 и его диаметр равен половине диаметра реакционного канала. Патрубок 6 вывода продуктов реакции расположен соосно прямолинейному участку канала в его начале с диаметром, равным диаметру реакционного канала.
Устройство работает следующим образом. После продувки реакционного канала сжатым воздухом в него по патрубку 5 вводят ацетилен до достижения заданного давления, затем по патрубку 3 инициирования взрыва вводят кислород, а затем по патрубку 4 инертный газ для образования демпфирующей подушки, предотвращающей возникновение двух встречных волн детонации. После этого подают напряжение к электрозапальнику, расположенному внутри патрубка 3 тем самым инициируют детонационный
взрыв. Выдержав продукты реакции до температуры 1400-1500 К, позволяющей улавливать технический углерод, их выпускают через патрубок 6 и начинают новый цикл.
2
Достоинством предлагаемой полезной модели устройства для получения технического углерода является возможность производства в промышленных масштабах технического углерода, обладающего высокой удельной поверхностью от 180 до 300 м/г, повышенной дисперсностью (размер частиц технического углерода менее 50 нм), увеличенной в 1,3-1,5 раза электропроводностью и высокой степенью чистоты (содержание углерода до 99,7%).
Таким образом, предложенная полезная модель устройства для получения технического углерода позволяет получить ультрадисперсную, электропроводную, чистую сажу с высокой удельной поверхностью, которая имеет повышенный спрос в электротехнической промышленности для производства электрохимических элементов и батарей, в химической промышленности, в качестве эффективных катализаторов и нанотехнологиях, в лакокрасочной и полиграфической промышленности, в производстве высококачественных красителей.