Реактор для високотемпературних процесів у псевдозрідженому шарі

Реферат: Реактор для високотемпературних процесів у псевдозрідженому шарі включає зовнішній циліндричний корпус з теплоізоляцією, в якому встановлено реакційну камеру з псевдозрідженим шаром, у верхній частині якої співвісно встановлений рухомий електрод, а у нижній - повітряна камера з газопровідними трубками та газорозподільними ковпачками. Він оснащений нагрівальною камерою з нагрівним елементом, розміщеним всередині внутрішньої теплоізоляції корпусу, а газопровідні трубки з газорозподільними ковпачками з'єднані з джерелом живлення. UA 117157 U (12) UA 117157 U UA 117157 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до апаратів з псевдозрідженим шаром для хімічних і фізичних процесів загального призначення в присутності газу і твердих частинок, а також високотемпературних процесів твердих та газоподібних речовин. Реактор може бути використаний в процесах високотемпературної обробки твердих речовин в атмосфері інертного та реакційного газу (зокрема матеріалів, які мають діелектричні властивості, без застосування додаткового електропровідного матеріалу), нанесення шару піровуглецевого покриття на частинки кварцового піску, виробництва водню та карбіду кремнію, обробки радіоактивних матеріалів, створення мікротвелів для атомної енергетики. Відомий реактор з електротермічним псевдозрідженим шаром для виробництва карбіду кремнію (патент США № 4543240 А, МПК С01В 31/36, 1985 p.), що включає реакційну камеру з псевдозрідженим шаром, всередині якої встановлений верхній електрод (анод) та газорозподільча решітка, до якої знизу приєднана газова камера. До газової камери приєднана труба для подачі газу. Нижні електроди (катоди) приєднані до газорозподільчої решітки. Відомий також реактор з електротермічним киплячим шаром (патент СССР № 1003878, МПК B01J 8/18, 1983 г.), який включає: циліндричний корпус з кришкою та теплоізоляцією, в якому встановлено реакційну камеру з псевдозрідженим шаром, днищем та патрубком для подачі легколетючого компонента. В реакційній камері встановлена газорозподільна решітка, циліндричний внутрішній електрод, зовнішній електрод та патрубок для подачі важколетючого компонента. Реакційна камера заповнена електропровідним матеріалом для створення псевдозрідженого шару. Оскільки електроди встановлені нерухомо, вищезгадані аналоги не дозволяють додатково регулювати силу струму в реакторі, тим самим зникає можливість додатково регулювати температуру. Також у відомих реакторах неможливо проводити процеси термічної обробки діелектричних матеріалів без використання додаткового електропровідного матеріалу. Найбільш близьким до пропозиції є реактор з електротермічним псевдозрідженим шаром для нанесення піровуглецю на кварцовий пісок шляхом піролізу газоподібних вуглеводнів (Пат. України № 83147, МПК C10G 9/32 (2006.01), 2013 p.). Відомий реактор включає циліндричний корпус з кришкою з отворами та двома шарами теплоізоляції - зовнішня теплоізоляція - у вигляді вогнетривкої цегли і внутрішня теплоізоляція - з вогнетривкого технічного вуглецю. У верхній частині циліндричного корпусу розміщена реакційна камера з псевдозрідженим шаром. Через отвір в кришці корпусу в реакційну камеру встановлено центральний електрод (анод), який оснащено механізмом його переміщення по висоті. Всередині нижньої частини внутрішньої теплоізоляції встановлений графітовий кожух, всередині якого розташована повітряна камера. Нижня частина циліндричного корпусу закрита нижньою водоохолоджувальною кришкою з отворами. Через отвори нижньої водоохолоджувальної кришки у повітряній камері встановлені газопровідні трубки, до верхньої частини яких приєднані газорозподільні ковпачки, які розташовані в псевдозрідженому шарі реакційної камери. У відомого реактора є необхідність використання додаткового електропровідного матеріалу, зокрема графіту, для нагрівання діелектричного матеріалу, наприклад при процесі осадження піровуглецю на частинки кварцового піску піролізом газоподібних вуглеводнів, що обумовлює наявність домішок з графіту в матеріалі, відносно високу тривалість циклу та питомі матеріальні витрати на процес. Крім цього наявність відносно складного в виготовленні графітового кожуха, з'єднаного з нижніми електродами (катодами), обумовлює високий електричний опір цієї системи в цілому, що призводить до відносно високих питомих енергозатрат на процес. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення реактора для високотемпературних процесів у псевдозрідженому шарі, вякому в результаті введення в циліндричний корпус нагрівальної камери з нагрівальним елементом і з'єднання газопровідних трубок з джерелом електроживлення забезпечується можливість проводити високотемпературні процеси, зокрема осадження піровуглецю на діелектричні матеріали піролізом вуглеводневих газів, без використання додаткового електропровідного матеріалу, і за рахунок цього зменшується кількість домішок в матеріалі, що обробляється, від додаткового електропровідного матеріалу, зменшується тривалість циклу та знижуються питомі матеріальні витрати на процес. Поставлена задача вирішується тим, що реактор для високотемпературних процесів у псевдозрідженому шарі, який включає зовнішній циліндричний корпус з теплоізоляцією, в якому встановлено реакційну камеру з псевдозрідженим шаром, у верхній частині якої співвісно встановлений рухомий електрод, а у нижній - повітряна камера з газопровідними трубками та газорозподільними ковпачками, згідно з корисною моделлю, оснащений нагрівальною камерою з нагрівним елементом, розміщеним всередині внутрішньої теплоізоляції корпусу, а газопровідні трубки з газорозподільними ковпачками з'єднані з джерелом живлення. 1 UA 117157 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Сукупність відмінних ознак забезпечує можливість проведення високотемпературних процесів, зокрема осадження піровуглецю на діелектричні матеріали піролізом вуглеводневих газів, без використання додаткового електропровідного матеріалу, оскільки нагрівання реакційного середовища провадиться через стінку реакційної камери. Так, наприклад, при проведенні піролізу вуглеводневих газів спочатку можна осаджувати піровуглець на частинки діелектричного матеріалу за рахунок зовнішнього нагрівача, а при осадженні значної кількості піровуглецю можна проводити нагрівання в самому корпусі за рахунок пропускання струму, тим самим збільшуючи температуру в реакторі. Це дозволяє уникнути забруднення матеріалу, що оброблюється, домішками з додаткового електропровідного матеріалу, зменшити тривалість циклу, знизити питомі матеріальні витрати і питомі енерговитрати на процес. На кресленні зображено вертикальний розріз реактора. Реактор включає зовнішній циліндричний корпус 1, всередині якого розміщені два шари теплоізоляції: зовнішня теплоізоляція 2 у вигляді термостійкої вати і внутрішня теплоізоляція 3, яка виготовлена з технічного вуглецю. Верхня частина циліндричного корпусу 1 закрита водоохолоджувальною кришкою 4 з отворами. У верхній частині внутрішньої теплоізоляції 3 розташована нагрівальна камера 5, в якій встановлено нагрівний елемент 6. Всередині нагрівальної камери 5 встановлено співвісно реакційну камеру 7 з псевдозрідженим шаром та патрубок для виходу газу 8, до якого приєднаний очисник 9, зверху очисника 9 встановлено кран 10 для відбору проб газу на аналіз і патрубок 11 для виходу газу у зовнішнє середовище. Всередині реакційної камери 7 встановлений рухомий електрод (анод) 12 та графітова корона 13 для підводу струму, які з'єднані з джерелом живлення. До нижньої частини реакційної камери 7 приєднано повітряну камеру 14 з отворами. Нижня частина циліндричного корпусу 1 закрита водоохолоджувальною кришкою 15. В повітряній камері 14 встановлені газопровідні трубки 16 з газорозподільними ковпачками 17 (катоди), останні розміщені в псевдозрідженому шарі реакційної камери 7. До нижньої частини газопровідних трубок 16, які проходять через повітряну камеру 14 та отвори в нижній водоохолоджувальній кришці 15, приєднані клеми 18 для відводу струму від катодів і з'єднані з джерелом живлення. До нижньої частини циліндричного корпусу 1 приєднано штуцер 19 для подачі інертного газу в нагрівальну камеру 5. Через отвори у верхній та нижній водоохолоджувальній кришках встановлені клеми 20 і 21 для подачі струму на нагрівальний елемент 6. Через отвір у верхній вододоохолоджувальній кришці 4 встановлена труба для завантаження матеріалу 22. До верхньої частини труби для завантаження матеріалу 22 приєднано бункер 23. Через отвір у нижній водоохолоджувальній кришці 15 встановлена труба для вивантаження матеріалу 24, до якої приєднано холодильник 25. Всередині верхнього електрода 12 співвісно встановлена термопара 26. На верхній водоохолоджувальній кришці 4 встановлений механізм черв'ячного типу 27 для регулювання висоти рухомих електродів. Запропонований реактор при термічній обробці діелектричних матеріалів працює таким чином: через штуцер 19 у нагрівальну камеру 5 подають інертний газ для захисту від окисненнянагрівального елемента 6. Через газопровідні трубки 16 та газорозподільні ковпачки 17 для створення псевдозрідженого шару подають інертний або реакційний газ (в залежності від процесу), після цього реакційний газ подають через патрубок 8 в очисник 9 та у патрубок для виходу газу в зовнішнє середовище 11, після цього його спалюють або просто виводять в атмосферу. Через бункер 23 та трубу 22 завантажують матеріал, що оброблюється. Через клему 21 подають струм на нагрівальний елемент 6, де за рахунок електроопору його нагрівають, при цьому нагрівають і реакційну камеру 7, а струм відводять через клему 20. Матеріал вивантажують через трубу 24 та холодильник 25. Температуру вимірюють за допомогою термопари 26. Пробу на аналіз реакційного або інертного газу беруть через кран 10. Водою охолоджують: верхню 4 та нижню 15 кришки, холодильник 25, у разі необхідності очисник 9. Якщо в процесі нагрівання діелектричні матеріали змінюють свої властивості на електропровідні, то через рухомий електрод 12 шар матеріалу у реакційній камері 7, газорозподільні ковпачки 17, газопровідні трубки 16, клеми 18 подають струм. Висоту електрода 12 регулюють механізмом 27. У випадку термічної обробки електропровідного матеріалу запропонований реактор працює наступним чином: через штуцер 19 у нагрівальну камеру 5 подають інертний газ. Через газопровідні трубки 16 та газорозподільні ковпачки 17 для створення псевдозрідженого шару подають інертний або реакційний газ (в залежності від процесу), після цього реакційний газ подають через патрубок 8 в очисник 9 та у патрубок для виходу газу в зовнішнє середовище 11, після чого його спалюють або просто виводять в атмосферу. Через бункер 23 та трубу 22 завантажують матеріал, що оброблюється. Через рухомий електрод 12, шар матеріалу у реакційній камері 7, газорозподільні ковпачки 16, газопровідні трубки 17 подають струм. Матеріал вивантажують через трубу 24 та холодильник 25. Температуру вимірюють за 2 UA 117157 U 5 10 допомогою термопари 26. Пробу на аналіз реакційного або інертного газу беруть через кран 10. Водою охолоджують: верхню 4 та нижню 15 кришки, холодильник 25, у разі необхідності очисник 9. Висоту електрода 12 регулюють механізмом 27. Таким чином, запропонований реактор для високотемпературних процесів у псевдозрідженому шарі завдяки введенню в циліндричний корпус нагрівальної камери з нагрівальним елементом і з'єднання газопровідних трубок з негативним полюсом електроживлення дозволяє проводити високотемпературні процеси, без використання додаткового електропровідного матеріалу, за рахунок цього зменшується кількість домішок в матеріалі, що обробляється від додаткового електропровідного матеріалу, а також дозволяє зменшити тривалість циклу та знизити питомі матеріальні витрати та енергозатрати на процес. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Реактор для високотемпературних процесів у псевдозрідженому шарі, що включає зовнішній циліндричний корпус з теплоізоляцією, в якому встановлено реакційну камеру з псевдозрідженим шаром, у верхній частині якої співвісно встановлений рухомий електрод, а у нижній - повітряна камера з газопровідними трубками та газорозподільними ковпачками, який відрізняється тим, що він оснащений нагрівальною камерою з нагрівним елементом, розміщеним всередині внутрішньої теплоізоляції корпусу, а газопровідні трубки з газорозподільними ковпачками з'єднані з джерелом живлення. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3