Пристрій для одержання вуглецевих наноматеріалів

Реферат: UA 79606 U UA 79606 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області хімічної промисловості, і може бути використана для проведення реакцій термічного газових сумішей. Відомий реактор для отримання вуглецевих нанотрубок (Патент US №7160531 МПК D01C 5/00, опубл. 09.01.2007). Реактор містить: реакційну камеру, що обігрівається, газовий інжектор, що забезпечує подачу і нанесення рідкого вуглеводню з діспергованим в ньому металевим каталізатором, каталізатор на твердій підкладці, камеру витіснення повітря, стрічковий конвеєр і штовхачі підкладок. Недоліками такого реактора є: - необхідність використання для розпилювання рідкого вуглеводню з діспергованим в ньому каталізатором, приводить до зменшення поверхні контакту з каталізатором на підкладці, що зменшує вихід придатних вуглецевих наноматеріалів; - ускладнення конструкції камерою витіснення повітря, збільшення розмірів реактора неминуче приводить до додаткових тепловтрат, що знижує тепло і масообмін. Найбільш близьким аналогом корисної моделі, що заявляється, є пристрій для отримання вуглецевих нанотрубок (Патент РФ №2352523 МПК С01В 31/02 опубл. 20.04.2009) що включає реакційну камеру, піч для її нагріву, холодильник, конвеєр для подачі контейнерів з каталізатором всередину реакційної камери і вивантаження з неї з одержаним продуктом, патрубки для подачі суміші газоподібного вуглеводню і водню і видалення відпрацьованих газів, центральний розподільний блок. Ознаками найближчого аналога, які співпадають з істотними ознаками пристрою, що заявляється, є: реакційна камера, піч для її нагріву, холодильник, конвеєр для подачі контейнерів з каталізатором всередину реакційної камери і вивантаження з неї з одержаним продуктом, патрубки для подачі реакційної суміші газоподібного вуглеводню і водню і видалення відпрацьованих газів, центральний розподільний блок. Недоліками відомого пристрою є: - низька інтенсивність масообмінних процесів, оскільки конструкція прототипу працює з низькими значеннями швидкості підведення початкового вуглеводню (щоб уникнути віднесення каталізатора з контейнера) яким відповідають низькі значення масовіддачі; - низьке значення частки початкового вуглеводню розкладеного в першому проході, викликане малою інтенсивністю масовіддачі, визначає великий відсоток браку, що не забезпечує можливості збільшення виходу вуглецевих наноматеріалів. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пристрою для отримання вуглецевих наноматеріалів шляхом оснащення її устаткуванням, що дозволить збільшити інтенсивність тепло і масо обмінних процесів в пристрої і за рахунок цього збільшити вихід вуглецевих наноматеріалів. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для отримання вуглецевих наноматеріалів містить реакційну камеру, піч для її нагріву, холодильник, конвеєр для подачі контейнерів з каталізатором всередину реакційної камери і вивантаження з неї з одержаним продуктом, патрубки для подачі реакційної суміші газоподібного вуглеводню і водню та видалення відпрацьованих газів, центральний розподільний блок, згідно з корисною моделлю, патрубок для введення реакційної суміші в реакційну камеру містить пульсатор, виконаний у вигляді поворотної лопатки із зовнішнім приводом. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом полягає у такому. Ознака "пульсатор, виконаний у вигляді поворотної лопатки із зовнішнім приводом" встановлений в патрубку для подачі реакційної суміші забезпечує підвищення інтенсивності тепло і масообміну, що дозволить у декілька разів збільшити вихід вуглецевих наноматеріалів. Конструктивне виконання пристрою дає можливість регулювати частоту пульсації подачі реакційної суміші, що дозволяє збільшити інтенсивність тепло- і масообмінних процесів, оптимізувати процес піролітичного розкладання газу. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На (фіг. 1 і фіг. 2) представлена схема розміщення елементів пристрою. Пристрій містить: вертикальну трубчасту реакційну камеру 1; встановлений в нижній частині реакційної камери патрубок 2 для введення в неї реакційної суміші; встановлений у верхній частині реакційної камери патрубок 3 для виведення відпрацьованих газів з реакційної камери; вертикальну електричну піч опори 4, яка призначена для нагріву реакційної камери; контейнери 5; центральний розподільний блок 6; оснащений горизонтальним штовхачем 7; вертикальним штовхачем 8; холодильником 9; отворами для завантаження 10 і вивантаження 11; пульсатор 12; поворотна лопатка 13; зовнішній привід 14. Робота пристрою для отримання вуглецевих наноматеріалів здійснюється таким чином: 1 UA 79606 U 5 10 15 20 25 30 35 При перекритому проході патрубка 2 через патрубок 3 в пристрій подають інертний газ, наприклад аргон, після продування інертним газом підключають піч 4 до джерела електроживлення і нагрівають об'єм реакційної камери 1 до необхідної температури в інтервалі 500-1200 °C; температуру контролюють за допомогою термопари (на фіг. 1 не показана), розташованої усередині реакційної камери 1. Після нагріву об'єму реакційної камери 1 до потрібної температури в неї через патрубок 2 подають суміш газоподібного вуглеводню і водню, при необхідності розбавлену інертним газом. Під час подачі реакційної суміші, за допомогою зовнішнього приводу 14 регулюється кутова швидкість обертання поворотної лопатки 13 усередині пульсатора 12, цим забезпечується зміна гідравлічного опору пристрою, пульсація витрати реакційної суміші відбувається по синусоїдальному закону. Під час продування пристрою інертним газом через отвір для завантаження контейнерів 10 поодинці завантажують контейнери і за допомогою горизонтального штовхача 7 переміщають контейнер в горизонтальному проході центрального розподільного блока 6, створюючи ланцюжок контейнерів, поки один з них не встане на підставку вертикального штовхача 8. При цьому отвір для завантаження 10 перекривається наступним контейнером, завдяки чому здійснюється герметизація внутрішнього простору пристрою. Після досягнення заданих концентрацій газоподібного вуглеводню і водню в реакційній камері 1 в неї за допомогою вертикального штовхача 8 подається контейнер, в якому знаходиться каталізатор. При безперервній роботі пристрою задана концентрація підтримується постійно. Контейнер з каталізатором витримується в реакційній камері 1 заданий час, після цього видаляється з неї при опусканні вертикального штовхача 8. Коли вертикальний штовхач 8 опускається в своє нижнє положення, контейнер повертається до складу ланцюжка контейнерів 5. Потім горизонтальний штовхач 7 переміщається на відстань, рівну діаметру або ширині одного контейнера, пересуваючи весь ланцюжок контейнерів 5, і наступний контейнер з каталізатором займає місце на підставці вертикального штовхача 8, а контейнер з одержаним продуктом переміщається в горизонтальному проході центрального розподільного блока 6 у напрямі отвору для вивантаження контейнерів 11, де в процесі переміщення проходить холодильник 9 для охолоджування одержаних вуглецевих наноматеріалів. Кожен контейнер з каталізатором, що завантажується в пристрій, грає роль затвора між газовим середовищем усередині пристрою і повітрям, таку ж функцію виконує контейнер з готовим продуктом, що вивантажується. Використання пристрою, що заявляється, дає можливість збільшити у декілька разів інтенсивність тепло і масо обмінних процесів, що в свою чергу дозволить збільшити вихід вуглецевих наноматеріалів. Для підтвердження збільшення інтенсивності тепло і масо обмінних процесів, при використанні пристрою, що заявляється, був проведений порівняльний експеримент. Результати експерименту приведені в таблиці. 2 Коефіцієнт тепловіддачі в прототипі 64,71 Вт/(м К). Таблиця № експерименту Частота обертання поворотної лопатки, об/хв 1 2 3 4 5 51 69 75 90 105 Коефіцієнт тепловіддачі в пристрої, що заявляється, 2 Вт/(м К) 77,44 78,68 73,91 81,29 78,68 40 Результати експерименту підтверджують збільшення інтенсивності тепло- і масообмінних процесів за допомогою пристрою, який заявляється. Таким чином пристрій, що заявляється, дозволить забезпечити високу інтенсивність тепло і масо обмінних процесів і за рахунок чого збільшити вихід вуглецевих наноматеріалів. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Пристрій для отримання вуглецевих наноматеріалів, що включає реакційну камеру, піч для її нагріву, холодильник, конвеєр для подачі контейнерів з каталізатором всередину реакційної камери і вивантаження з неї з одержаним продуктом, патрубки для подачі реакційної суміші 2 UA 79606 U газоподібного вуглеводню і водню та патрубки для видалення відпрацьованих газів, центральний розподільний блок, який відрізняється тим, що патрубок для подачі реакційної суміші в реакційну камеру містить пульсатор, виконаний у вигляді поворотної лопатки із зовнішнім приводом. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3