RU2184701C2 - Установка для получения фуллеренов - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при получении новых материалов. Установка содержит корпус 1, реакционную камеру 2 с реакционной зоной 3. Реакционная камера 2 выполнена в виде двух усеченных конусов 7 и 8, совмещенных большими основаниями. В реакционной зоне 3 размещены механические захваты 4 с дисками 5 и 6 из углеродсодержащего материала, установленными эксцентрично на валах 9 и 10, соединенных с приводами 11 и 12. По касательным к образующим стенок реакционной камеры 2 врезаны патрубки 13,14 и 15, соединенные с источником 16 сжатого инертного газа. Внутри стенок реакционной камеры 2 выполнена внутренняя облицовка 17 из упругоподатливого материала с рифленой поверхностью, полость между облицовкой и стенкой камеры соединена с источником 18 сжатой рабочей жидкости, подаваемой в пульсирующем режиме. Внутри камеры 2 вдоль ее стенок по винтовой спирали 19 закреплена полоса 20 со сквозными фасонными отверстиями 21. Винтовая спираль 19 выполнена с переменным шагом, увеличивающимся к средней части камеры 2. Диаметр отверстий 21, расположенных ближе к стенке, больше, чем у отверстий, расположенных ближе к оси камеры 2. В отверстиях, расположенных ближе к оси, накапливаются фуллерены С₆₀, по мере удаления от нее - более тяжелые фуллерены. Пульсирующая подача рабочей жидкости генерирует вынужденные автоколебания под облицовкой 17, что позволяет постоянно отделять шлам от целевого продукта. Изобретение позволяет автоматизировать процесс получения и разделения фуллеренов, повысить селективность разделения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к физико-технологическим процессам получения фуллеренов путем переработки углеродсодержащих материалов и касается конструкций установок для получения фуллеренов.

В настоящее время известны принципиальные решения развития конструкций установок для получения фуллеренов, из которых наиболее представительной и наиболее близкой к изобретению является установка для получения фуллеренов, содержащая корпус с реакционной камерой, в реакционной зоне которой концентрично размещены механические захваты с закрепленными в них углеродсодержащими электродами, соединенными с энергоподводами, один из которых выполнен в виде диска с возможностью вращения на валу /US 5587141, С 01 В 31/02, 1996/.

Обладая определенными техническими преимуществами перед аналогами, эта установка имеет и существенные очевидные недостатки, заключающиеся в ограниченном ресурсе выработки углеродсодержащего материала ввиду наличия только одного диска такого материала, что требует более частых циклических остановок установки; такие же остановки требуются для выемки фуллеренов и шлака из полостей установки, что вызывает непроизводительные затраты времени и средств на весь процесс получения фуллеренов, где, кроме того, не предусмотрено одновременное селективное разделение получаемых фуллеренов.

Задачей изобретения и техническим результатом является повышение управляемости процесса, предупреждение его хаотичности за счет организации селективного разделения фуллеренов, отходящих из реакционной камеры, и повышение производительности установки за счет сокращения межцикловых остановок процесса получения фуллеренов.

Это в изобретении достигается за счет того, что в установке для получения фуллеренов, содержащей корпус с реакционной камерой, в реакционной зоне которой эксцентрично размещены механические захваты с закрепленными в них углеродсодержащими электродами, соединенными с энергоподводами, один из которых выполнен в виде диска с возможностью вращения на валу, за счет того, что реакционная камера выполнена в виде двух, совмещенных большими основаниями, усеченных конусов, в средней части между которыми размещена реакционная зона, при этом второй углеродсодержащий электрод также выполнен в виде диска на валу, по крайней мере один из электродов выполнен с возможностью вращения, в реакционную камеру по касательной врезаны патрубки в средней и периферийной ее частях, соединенные с узлом подачи сжатого инертного газа, а стенки камеры выполнены с внутренней облицовкой из упругоподатливого материала с рифленой поверхностью, полость между облицовкой и стенкой камеры соединена с источником сжатой среды, причем вдоль внутренних стенок камеры закреплена по винтовой спирали полоса со сквозными фасонными отверстиями, соединенная с источником электрической энергии.

При этом указанная полоса закреплена по винтовой спирали переменного шага, а фасонные отверстия выполнены со сферическими углублениями в ее стенках, при этом диаметр отверстий, расположенных ближе к стенке реакционной камеры, больше диаметра отверстий, расположенных ближе к оси реакционной камеры.

Описываемая установка для получения фуллеренов раскрывается далее более полно при изложении ее сущности со ссылкой на графические материалы, где на фиг.1 показан общий вид установки с сечением по оси; на фиг.2 показано выполнение стенок реакционной камеры; на фиг.3 -вид сверху полосы со сквозными и фасонными отверстиями; на фиг.4 и 5 показаны детали оснащения стенок камеры.

Установка для получения фуллеренов содержит корпус 1 с размещенной в нем реакционной камерой 2, в реакционной зоне 3 камеры 2 размещены механические захваты 4 с закрепленными в них углеродсодержащими материалами 5 и 6, соединенные с полюсами источника тока своими энергоподводами в виде токоподающих шин.

В установке реакционная камера 2 выполнена в виде двух усеченных конусов 7 и 8, совмещенных между собой большими основаниями.

В средней части, наибольшей по геометрическому объему, этой реакционной камеры размещена реакционная зона 3, а размещенные в ней углеродсодержащие материалы (предпочтительно, выбранные из графита) 5 и 6 выполнены в виде дисков, каждый из этих дисков закреплен эксцентрично на своем валу соответственно: на валах 9 и 10; оба этих вала - 9 и 10 соединены с приводами 11 и 12 их вращения, или по крайней мере с приводом вращения соединен один из валов (независимо - какой).

В полость реакционной камеры 2 врезаны и введены по касательной по отношению к стенке камеры патрубки: в средней части камеры - патрубки 13, на периферийных участках (концевых частях) камеры - патрубки 14 и 15. Все эти патрубки соединены своим сечением с источником сжатого инертного газа 16.

Стенки реакционной камеры имеют внутреннюю облицовку 17, выполненную из упругоподатливого материала, имеющего рифленую поверхность (волнообразный профиль). Образованная полость между стенкой камеры и этой облицовкой соединена с источником 18 сжатой среды, преимущественно сжатой рабочей жидкости.

Вдоль внутренних стенок камеры 2, по образующей стенок, по винтовой спирали 19 закреплена полоса 20, в которой выполнены сквозные отверстия 21 фасонного типа, т.е. не обычного цилиндрического профиля, а фасонного профиля, с углублением в тело полосы в средней части так, что в сечении эти отверстия напоминают форму диска (точнее - полость от диска).

Тело полосы 20 соединено с источником электрической энергии (с отрицательным полюсом источника электроэнергии, - источника тока).

Упомянутая полоса 20 расположена и закреплена на внутренней стенке камеры 2 по винтовой спирали 19, имеющей переменный шаг винта: от радиального развития до лемнискаты, с увеличением шага к средней, большей по объему и сечению части камеры; при этом полоса 20 электроизолирована от стенок камеры, например, прокладкой полосы из слюды. Выполненные отверстия 21 имеют сферические углубления 22 в стенках этой полосы, что и напоминает профиль диска, при этом отверстия, расположенные ближе к стенке реакционной камеры, выполнены большими по диаметру, как по срезам, так и в полости развитой сферы (22), чем отверстия, расположенные ближе к оси этой реакционной камеры, - по тем же параметрам.

Такое конструктивное выполнение установки для получения фуллеренов позволяет существенно повысить производительность термопереработки углеродсодержащего материала, увеличить выход полезного продукта (фуллеренов).

Установка для получения фуллеренов работает следующим образом.

В реакционной камере 2 закрепляют углеродсодержащие материалы - диски 5 и 6; подключают обе указанные рабочие среды (газ и жидкость); проверяют работу приводов валов 9 и 10 (или - одного вала, как указано выше); после этого подсоединяют токоподводы дисков 5 и 6 к источнику тока (величину тока выбирают в зависимости от задания, и эта величина может находиться от 100 А при 30 В до 500 А при 26 В и более). Включив в работу все указанные системы жизнеобеспечения установки, осуществляют ее работу и производят указанный продукт - фуллерены, - за счет возгонки материала дисков 5 и 6 при пробое электрической разрядной дугой промежутка (фиг.4) между этими дисками, по мере расхода контактирующего через разрядную дугу материала дисков ведут поворот одного или одновременно обоих дисков, например диска 5 моментом его вращения "М" (или диска 6 моментом его вращения "М+"). Такое выполнение и использование углеродсодержащих материалов - дисков 5 и 6 позволяет абсолютно гарантировать постоянство промежутка между ними и надежно вести контролируемую подачу электроэнергии (в одном и том же показателе напряжения и силы тока) и гарантировать представительность и репрезентативность всех получаемых при такой возгонке дисков продуктов - фуллеренов (в отличие от отсутствия какой-либо гарантии при использовании как в известных устройствах, направленных по оси друг к другу стержней, когда невозможно выдержать точную встречную подачу при их расходе). Направленные по касательной потоки сжатого нейтрального газа (гелий, аргон и т.п.), истекающие из патрубков 13, 14,15, организуют отвод продуктов возгонки к полосе 20, где ведется строгая селекция фуллеренов: С₆₀, С ₇₀, С₈₄ и т.д. за счет улавливания их в отверстиях 21 и задержания в углублениях 22 этих отверстий до полного забивания сечения отверстий накапливаемыми фуллеренами, причем по закону магнитных и центробежно-гравитационных воздействий на частицы фуллеренов, в отверстиях, расположенных ближе к оси установки, накапливают фуллерены С₆₀, а по мере удаления к стенке установки накапливают более высокие фуллерены: С₇₀, С₈₄ и т.д. При этом для упорядочения направления движения частиц фуллеренов, а также отвода шлама из полости реакционной зоны включают подачу по патрубку 18 сжатой рабочей среды, причем подают ее в пульсирующем режиме по винтовой восходящей магистрали под облицовкой 17, что генерирует вынужденные автоколебания этой эластичной облицовки и не позволяет шламу оседать на этой стенке, а также позволяет ориентировать частицы фуллеренов в отверстия 21, т.к. частицы фуллеренов имеют положительный заряд (+), а на полосу 20 подают потенциал обратного знака (-).

По мере расходования материала дисков 5 и 6, накопления фуллеренов в отверстиях 21 весь процесс контролируют с помощью программированного электронно-вычислительного устройства (не показано) и при расходовании материала дисков 5,6 сначала, открыв шламоотвод, удаляют шлам из полости камеры, затем, отключив питание полосы, подавая в пульсирующем режиме по винтовой магистрали, как указано выше, рабочую сжатую среду, освобождают отверстия от осевших в них частиц фуллеренов; при этом регулируют подачу импульсами рабочей среды: начиная от звуковых частот акустических колебаний магистрали и стенки 17 (облицовки) - освобождают отверстия большего диаметра - отводят селективно из них частицы фуллерена C₈₄; далее, увеличивая частоту акустических колебаний магистрали и облицовки 17, поочередно и последовательно освобождают отверстия ближе к оси камеры, отводя строго селективно фуллерены С₇₀, С₆₀.

Таким образом, выполнение установки по описанной оригинальной конструкции и взаимодействии ее узлов позволяет автоматизировать весь процесс получения фуллеренов, автоматизировать селективность накопления фуллеренов и их качественный отвод на использование по прямому назначению при строгом соответствии требованиям чистоты того или иного фуллерена, - это повышает общую технологическую культуру всего производства фуллеренов.

Claims (2)

1. Установка для получения фуллеренов, содержащая корпус с реакционной камерой, в реакционной зоне которой эксцентрично размещены механические захваты с закрепленными в них углеродсодержащими электродами, соединенными с энергоподводами, один из которых выполнен в виде диска с возможностью вращения на валу, отличающаяся тем, что реакционная камера выполнена в виде двух совмещенных большими основаниями усеченных конусов, в средней части между которыми размещена реакционная зона, при этом второй углеродсодержащий электрод также выполнен в виде диска на валу, по крайней мере один из электродов выполнен с возможностью вращения, в реакционную камеру по касательной врезаны патрубки в средней и периферийной частях, соединенные с узлом подачи сжатого инертного газа, а стенки камеры выполнены с внутренней облицовкой из упругоподатливого материала с рифленой поверхностью, полость между облицовкой и стенкой камеры соединена с источником сжатой среды, причем вдоль внутренних стенок камеры закреплена по винтовой спирали полоса со сквозными фасонными отверстиями, соединенная с источником электрической энергии.

2. Установка для получения фуллеренов по п. 1, отличающаяся тем, что указанная полоса закреплена по винтовой спирали переменного шага, а фасонные отверстия выполнены со сферическими углублениями в ее стенках, при этом диаметр отверстий, расположенных ближе к стенке реакционной камеры, больше диаметра отверстий, расположенных ближе к оси реакционной камеры.

Images