Установка для одержання вуглецевих наноматеріалів

Реферат: Установка для одержання вуглецевих наноматеріалів містить електророзрядний реактор, який має циліндричний корпус з днищем, кришкою, підвідним та відвідним патрубками і позитивним електродом, генератор імпульсних струмів, бак-накопичувач, фільтрувальний пристрій та насос. Установка оснащена додатковим електророзрядним реактором. UA 78077 U (12) UA 78077 U UA 78077 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до синтезу вуглецевих наноматеріалів електророзрядними методами. Відомо реактор для одержання вуглецевих наноструктур (Патент України на корисну модель № 43714, МПК С01В31/00, опубл. 25.08.2009, Бюл. № 16), що містить циліндричний корпус, який є негативним електродом, з днищем і кришкою, заповнений робочою органічною рідиною, розміщений в корпусі позитивний електрод, робоча частина якого виконана у вигляді диска, позитивний і негативний електроди з'єднані з джерелом високої напруги, патрубки підводу робочої рідини, який розташований на бічній поверхні корпусу на відстані від днища, що дорівнює ½ - ¾ висоти циліндричного корпусу, та патрубок відводу газу, що розміщений на кришці. Ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками установки, що заявляється, є такі: електророзрядний реактор, заповнений органічною рідиною, позитивний і негативний електроди, з'єднані з генератором імпульсного струму, патрубок підводу робочої рідини. До причин, що перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату, треба віднести відсутність пристроїв і обладнання для безперервного видалення оброблюваного матеріалу з електророзрядного реактора, що призводить до повторного попадання вже сформованих наноструктур в зону обробки матеріалу, де відбувається їх часткова деструкція, що зменшує ефективність процесу одержання наноструктур та відсутність обладнання для обробки газу, який утворюється в процесі електророзрядної обробки органічної рідини, в результаті чого вуглець та водень, що містяться в цьому газі, викидаються (потрапляють) в атмосферу, це не дозволяє збільшити вихід вуглецевого наноматеріалу. Найближчим аналогом до корисної моделі, що заявляється, вибрано установку для одержання вуглецевих наноструктур (Патент України на корисну модель № 55578, МПК С01В31/00, опубл. 10.12.2010, Бюл. № 23), що містить електророзрядний реактор, який має заповнений робочою органічною рідиною циліндричний корпус з днищем, кришкою, підвідним та відвідним патрубками і розміщеним в корпусі співвісно його осі позитивним електродом, генератор імпульсних струмів, з'єднаний з позитивним та негативним, яким є циліндричний корпус, електродами, бак-накопичувач, який встановлений вище рівня електророзрядного реактора і з'єднаний з його підвідним патрубком, фільтрувальний пристрій, який з'єднаний з відвідним патрубком електророзрядного реактора, насос, що перекачує робочу рідину з фільтрувального пристрою до бака-накопичувача, при цьому підвідний патрубок електророзрядного реактора розміщений в його днищі, а відвідний - на бічній поверхні циліндричного корпусу в верхній його частині. Ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками установки, що заявляється, є такі: електророзрядний реактор, який має заповнений робочою органічною рідиною циліндричний корпус з днищем, кришкою, підвідним та відвідним патрубками і позитивним електродом, який розміщений співвісно осі реактора, генератор імпульсних струмів, який з'єднаний з позитивним та негативним електродами електророзрядного реактора, бак-накопичувач, який встановлений вище рівня електророзрядного реактора і з'єднаний з його підвідним патрубком, фільтрувальний пристрій, який з'єднаний з відвідним патрубком електророзрядного реактора, та насос, всмоктувальний патрубок якого з'єднаний з фільтрувальним пристроєм, а нагнітальний з баком-накопичувачем. До причин, що перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату треба віднести відсутність обладнання для обробки газу, який утворюється в процесі електророзрядної обробки органічної рідини, в результаті чого вуглець та водень, що містяться в цьому газі, викидаються (потрапляють) в атмосферу, це не дозволяє збільшити вихід вуглецевих наноструктур. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення установки для одержання вуглецевих наноструктур шляхом оснащення її обладнанням, що дозволить забезпечити плазмохімічне розкладання газу, який утворюється в процесі електророзрядної обробки органічної рідини, і за рахунок цього збільшити вихід вуглецевого наноматеріалу. Крім того, установка дозволяє накопичувати водень, що утворюється. Поставлена задача вирішується тим, що установка для одержання вуглецевих наноструктур, що містить електророзрядний реактор, який має заповнений робочою органічною рідиною циліндричний корпус з днищем, кришкою, підвідним та відвідним патрубками і позитивним електродом, який розміщений співвісно осі реактора, генератор імпульсних струмів, який з'єднаний з позитивним та негативним електродами електророзрядного реактора, бакнакопичувач, який встановлений вище рівня електророзрядного реактора і з'єднаний з його підвідним патрубком, фільтрувальний пристрій, який з'єднаний з відвідним патрубком електророзрядного реактора, та насос, всмоктувальний патрубок якого з'єднаний з 1 UA 78077 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 фільтрувальним пристроєм, а нагнітальний - з баком-накопичувачем, згідно з корисною моделлю, оснащена додатковим електророзрядним реактором, нижня частина якого з'єднана з верхньою частиною фільтрувального пристрою, газовим фільтром, який з'єднаний з верхньою частиною додаткового електророзрядного реактора, та газозбірником водню, який з'єднаний з верхньою частиною газового фільтру. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом, необхідно відзначити таке. Ознаки "оснащена додатковим електророзрядним реактором, нижня частина якого з'єднана з верхньою частиною фільтрувального пристрою, газовим фільтром, який з'єднаний з верхньою частиною додаткового електророзрядного реактора, та газозбірником водню, який з'єднаний з верхньою частиною газового фільтру" забезпечують плазмохімічне розкладання газу, який утворюється в процесі електророзрядної обробки органічної рідини, що дозволить збільшити в декілька разів вихід вуглецевого наноматеріалу і крім того, накопичувати водень, що утворюється. Конструктивне виконання установки дає змогу варіювати режими плазмохімічної обробки газу, що дозволяє оптимізувати процес розкладання газу, який утворюється в процесі електророзрядної обробки органічної рідини. Корисна модель пояснюється кресленням, де зображено схему установки. Установка містить електророзрядний реактор 1, бак-накопичувач 2, фільтрувальний пристрій 3, насос 4, додатковий електророзрядний реактор 5, газозбірник водню 6, генератор імпульсних струмів 7. Електророзрядний реактор 1 виконаний у вигляді циліндричного корпусу, який є одночасно негативним електродом, з днищем 8, кришкою 9 та позитивним електродом 10, робоча частина якого виконана у вигляді диска, що розміщений коаксіально в середині циліндричного корпусу. Підвідний патрубок 11 електророзрядного реактора 1 розміщений на днищі 8, а відвідний патрубок 12 - на бічній поверхні циліндричного корпусу в верхній його частині. Бак-накопичувач 2 за допомогою крана 13, трубопроводу 14 та крана 15 з'єднаний з патрубком 11 реактора. Фільтрувальний пристрій 3 за допомогою трубопроводу 16 з'єднаний з відвідним патрубком 12 електророзрядного реактора 1, а за допомогою насосу 4 і трубопроводу 17 з'єднаний з баком - накопичувачем 2. Крім того, фільтрувальний пристрій 3 за допомогою трубопроводу 18 з'єднаний з нижньою частиною додаткового електророзрядного реактора 5. Додатковий електророзрядний реактор 5 складається з циліндричного корпусу, днища 19, кришки 20, позитивного електрода 21 і негативного електрода 22, які з'єднані високовольтними кабелями 23 з генератором імпульсних струмів 7, або з додатковим генератором імпульсних струмів (на кресленні не показано). Додатковий електророзрядний реактор 5 з'єднаний трубопроводом 24 з газовим фільтром 25, який трубопроводом 26 з'єднаний з газозбірником водню 6. Установка працює наступним чином: Бак-накопичувач 2, що знаходиться в верхній частині установки, заповнюють робочою органічною рідиною, відкривають крани 13, 15, робоча рідина самопливом по трубопроводу 14 через підвідний патрубок 11 потрапляє в електророзрядний реактор 1 і заповнює його до рівня відвідного патрубка 12. Через відвідний патрубок 12 по трубопроводу 16 робоча рідина потрапляє у фільтруючий пристрій 3, звідки за допомогою насоса 4 по трубопроводу 17 перекачується в бак-накопичувач 2. Після досягнення режиму рівномірного прокачування робочої рідини на позитивний електрод 10 і негативний електрод 1 від генератора імпульсних струмів 7 подають імпульси високої напруги, величина якої забезпечує пробій міжелектродного проміжку. Дія високих температур і тисків, що виникають в результаті електричного пробою робочої рідини, призводить до її деструкції та зародження кластерів вуглецю і утворення газу, що містить вуглець. При подальшому охолодженні і різкому зменшенні тиску, внаслідок розширення парогазової порожнини з кластерів вуглецю відбувається синтез вуглецевих наноматеріалів. Частоту посилань імпульсів обирають з умов забезпечення формування вуглецевих наноматеріалів та їх видалення з зони обробки. Сформований вуглецевий наноматеріал і газ, що утворився, потоком робочої рідини витісняються через відвідний патрубок 12 та трубопровід 16 у фільтрувальний пристрій 3, де вони відділяються від робочої рідини. Твердий вуглецевий матеріал, видаляють з фільтрувального пристрою та піддають подальшому очищенню і збагаченню. Фільтрат накопичується в нижній частині фільтрувального пристрою, звідки за допомогою насоса 4 по трубопроводу 17 подається в бак-накопичувач 2 для подальшої обробки, а газ, що утворився, піднімається в верхню частину фільтрувального пристрою 3, звідки по трубопроводу 18 потрапляє у внутрішній об'єм додаткового електророзрядного реактора 5. 2 UA 78077 U 5 10 15 В подальшому з генератора імпульсних струмів 7 або з додаткового генератора імпульсних струмів через високовольтні кабелі 23 подають напругу на електроди 21 і 22. В результаті пробою міжелектродного проміжку виникає плазмовий канал, температура в якому сягає 10000 К, що сприяє значному збільшенню швидкості реакції розкладання газу на кластери вуглецю, з яких відбувається синтез вуглецевих наноматеріалів, і водень. В залежності від типу оброблюваної органічної рідини та, відповідно, від типу газу, що при цьому утворюється, за допомогою генератора імпульсних струмів 7 вибирається режим обробки газу, що дозволяє керувати процесом плазмохімічного розкладання газу. Більша частина твердого вуглецевого матеріалу осідає на холодних внутрішніх поверхнях додаткового електророзрядного реактора 5, з яких його видаляють механічним способом, очищують і збагачують. Водень і частина твердого вуглецевого матеріалу по трубопроводу 24 потрапляють у газовий фільтр 25, де тверді частинки затримуються фільтром, а водень по трубопроводу 26 потрапляє у газозбірник водню 6, де відбувається його накопичення. Використання установки, що заявляється, дає змогу збільшити в декілька разів вихід вуглецевого наноматеріалу. Для підтвердження збільшення виходу вуглецевого наноматеріалу при використанні установки, що заявляється, був проведений порівняльний експеримент. Результати експерименту наведено в таблиці: Сумарна кількість імпульсів 1850 1850 Установка для одержання Робоча органічна вуглецевого наноматеріалу рідина Прототип Установка, що заявляється гексан гексан Вихід вуглецевих наноматеріалів відносно маси оброблюваної рідини, % 29 76 20 25 Результати експерименту підтверджують зростання ефективності одержання вуглецевих наноматеріалів за допомогою установки, що заявляється. Таким чином, установка, що заявляється, дозволить забезпечити плазмохімічне розкладання газу, який утворюється в процесі електророзрядної обробки органічної рідини, та за рахунок цього збільшити в декілька разів вихід вуглецевого наноматеріалу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Установка для одержання вуглецевих наноматеріалів, що містить електророзрядний реактор, який має заповнений робочою органічною рідиною циліндричний корпус з днищем, кришкою, підвідним та відвідним патрубками і позитивним електродом, який розміщений співвісно осі реактора, генератор імпульсних струмів, який з'єднаний з позитивним та негативним електродами електророзрядного реактора, бак-накопичувач, який встановлений вище рівня електророзрядного реактора і з'єднаний з його підвідним патрубком, фільтрувальний пристрій, який з'єднаний з відвідним патрубком електророзрядного реактора, та насос, всмоктувальний патрубок якого з'єднаний з фільтрувальним пристроєм, а нагнітальний - з баком-накопичувачем, яка відрізняється тим, що вона оснащена додатковим електророзрядним реактором, нижня частина якого з'єднана з верхньою частиною фільтрувального пристрою, газовим фільтром, який з'єднаний з верхньою частиною додаткового електророзрядного реактора, та газозбірником водню, який з'єднаний з верхньою частиною газового фільтру. 3 UA 78077 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 4