RU92654U1

RU92654U1 - PLANT FOR THE PRODUCTION OF FULLERENES

Info

Publication number: RU92654U1
Application number: RU2010101304/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Пониматкин; Александр Илларионович Плугин; Сергей Владимирович Процаенко; Людвиг Александрович Попеко
Original assignee: Владимир Павлович Пониматкин
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2010-03-27

Abstract

1. Установка для производства фуллеренов, содержащая реакционную камеру, емкости с исходным углеродсодержащим материалом, силовое исполнительное электрооборудование, механизм подачи материала в реакционную камеру, нагнетающую и вакуумирующую установки, емкость с хладагентом, бункер приема продуктов переработки материала, отличающаяся тем, что она снабжена нечетным количеством рабочих электродных элементов, формирующих тепловое поле в ее реакционной камере, которая снабжена одним катодным или одним анодным нерасходуемым электродом, установленным в центре реакционной камеры, и оснащена парами электродов, взаимодействующих одновременно с указанным единым электродом за счет их одновременной подачи посредством приводных механизмов к общему единому электроду, который при этой подаче пар зафиксирован в неподвижном состоянии, причем количество взаимодействующих с общим единым электродом расходуемых электродных пар выбирают от одной до шести. ! 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что число расходуемых электродов, взаимодействующих с общим единым нерасходуемым электродом, выбирают предпочтительно равным шести.1. Installation for the production of fullerenes containing a reaction chamber, containers with the starting carbon-containing material, power executive electrical equipment, a mechanism for supplying material to the reaction chamber, forcing and evacuating installations, a container with a refrigerant, a hopper for receiving material processing products, characterized in that it is equipped with an odd the number of working electrode elements forming a thermal field in its reaction chamber, which is equipped with one cathode or one anode non-consumable electrode, mounted in the center of the reaction chamber, and is equipped with pairs of electrodes interacting simultaneously with the indicated single electrode due to their simultaneous supply by means of drive mechanisms to a common single electrode, which is fixed in this state when the steam is supplied, and the number of consumed electrode pairs interacting with the common single electrode choose from one to six. ! 2. Installation according to claim 1, characterized in that the number of consumable electrodes interacting with a common single non-consumable electrode is preferably chosen to be six.

Description

Предложение относится к техническим средствам для производства фуллеренов и фуллеренсодержащих материалов (ФСМ) путем высокотемпературной возгонки исходных углеродсодержащих материалов (УСМ).The proposal relates to technical means for the production of fullerenes and fullerene-containing materials (FSM) by high-temperature sublimation of the starting carbon-containing materials (USM).

Современные технологии получения ФСМ основаны на использовании установок и аппаратов для переработки исходных УСМ, в основном - графита, содержащих реакционную камеру для тепловой переработки УСМ, емкости (контейнеры) с исходным УСМ, силовое исполнительное электрооборудование в виде разрядных электродов, где графитовые электроды испаряют разрядом; механизм подачи УСМ в полость реакционной камеры, нагнетающий газовый насос и вакуум-установку, емкость с хладагентом для регулирования температуры корпуса реактора, бункер (или контейнер) приема ФСМ для прямого его использования [US №5227038, 1993; JP №50-009013, 1993; Belz Т., Ber. Bunsenges, Phys. Chem. 1997, vol. 101, p.712-725; RU 2124473, 1999; RU 2205790, С01В 31/02, 2003].Modern technologies for producing FSMs are based on the use of plants and apparatuses for processing the initial USM, mainly graphite, containing a reaction chamber for thermal processing of the USM, capacities (containers) with the initial USM, power executive electrical equipment in the form of discharge electrodes, where the graphite electrodes are evaporated by discharge; a trigger mechanism for supplying a trigger to the cavity of the reaction chamber, a gas pump and a vacuum unit, a container with refrigerant for regulating the temperature of the reactor vessel, a hopper (or container) for receiving the FSM for direct use [US No. 5227038, 1993; JP No. 50-009013, 1993; Belz, T., Ber. Bunsenges, Phys. Chem. 1997, vol. 101, p. 712-725; RU 2124473, 1999; RU 2205790, C01B 31/02, 2003].

Последнее из указанных технических решений является наиболее близким по сущности и достигаемому результату.The last of these technical solutions is the closest in essence and the achieved result.

Конструкция этой установки, как и режимы ее работы обладают существенными и очевидными недостатками, которые заключаются в низком КПД использования объема и мощности реакционной камеры (не более 20%) ввиду загрузки в нее только одной пары стержней углеродного материала, что образует только локальное тепловое пятно, а весь объем реакционной камеры работает вхолостую, отдавая полезное тепло только системе охлаждения (протекающему хладагенту). Это ведет к низкой производительности выработки полезного ФСМ, циклическим вынужденным остановкам для охлаждения и перезаправки реакционной камеры, что определяет нетехнологичность использования известной установки.The design of this installation, as well as the modes of its operation, have significant and obvious drawbacks, which are the low efficiency of using the volume and power of the reaction chamber (not more than 20%) due to the loading of only one pair of rods of carbon material into it, which forms only a local heat spot, and the entire volume of the reaction chamber is idle, giving off useful heat only to the cooling system (leaking refrigerant). This leads to low productivity of generating useful FSM, cyclic forced stops for cooling and refueling the reaction chamber, which determines the low-tech use of the known installation.

Технической задачей и положительным результатом предложения заявителя является существенная модернизация принципиальной конструктивной схемы установки для получения ФСМ, при которой достигается резкое повышение ее производительности за счет полного использования рабочего объема реакционной камеры, предупреждения технологических остановок, повышения выхода полезного ФСМ на единицу объема камеры и - массу использованного исходного УСМ.The technical task and the positive result of the applicant’s proposal is a significant modernization of the basic structural scheme of the installation for producing FSM, in which a sharp increase in its productivity is achieved due to the full use of the working volume of the reaction chamber, prevention of technological stops, increasing the yield of useful FSM per unit volume of the chamber and the mass of used source trigger.

Указанная техническая задача и достигаемый результат в разработанном техническом решении получаются за счет того, что установка для производства фуллеренов, содержит реакционную камеру, емкости с исходным углеродсодержащим материалом, силовое исполнительное электрооборудование в виде разрядных электродов, механизм подачи материала в реакционную камеру, нагнетающую и вакуумирующую установки, емкость с хладагентом, бункер приема продуктов переработки материала, при этом она снабжена нечетным количеством рабочих электродных элементов, формирующих тепловое поле в ее реакционной камере, которая снабжена одним катодным или одним анодным нерасходуемым электродом, установленным в центре реакционной камеры и оснащена парами расходуемых электродов, взаимодействующих одновременно с указанным единым электродом за счет их одновременной подачи, посредством приводных механизмов, - к общему единому электроду, который, при этой подачи пар, зафиксирован в неподвижном состоянии, причем количество, взаимодействующих с общим единым электродом, расходуемых электродных пар выбирают от одной до шести.The specified technical problem and the achieved result in the developed technical solution are obtained due to the fact that the installation for the production of fullerenes contains a reaction chamber, containers with the starting carbon-containing material, power executive electrical equipment in the form of discharge electrodes, a mechanism for supplying material to the reaction chamber, pumping and evacuating installations , a container with a refrigerant, a hopper for receiving material processing products, while it is equipped with an odd number of working electrode elements c, forming a thermal field in its reaction chamber, which is equipped with one cathode or one anode non-consumable electrode installed in the center of the reaction chamber and equipped with pairs of consumable electrodes interacting simultaneously with the specified single electrode due to their simultaneous supply, by means of drive mechanisms, to the common single electrode, which, with this supply of pairs, is fixed in a stationary state, and the number interacting with a common single electrode, consumable electrode pairs is selected ie from one to six.

Установка характеризуется тем, что число расходуемых электродов, взаимодействующих с общим единым нерасходуемым электродом, выбирают, предпочтительно, равным шести.The installation is characterized in that the number of consumable electrodes interacting with a common single non-consumable electrode is preferably chosen to be six.

Такое конструктивное выполнение установки позволяет использовать весь ее энергетический потенциал и - объем реакционной камеры для производительной переработки УСМ при использовании одного нерасходуемого центрального электрода, что, одновременно, упрощает процесс эксплуатации установки и снижает энергозатраты.Such a constructive implementation of the installation allows you to use all of its energy potential and - the volume of the reaction chamber for the productive processing of the trigger using one non-expendable central electrode, which, at the same time, simplifies the operation of the installation and reduces energy costs.

На фиг.1 показан общий вид компоновочной технической схемы установки;Figure 1 shows a General view of the layout technical diagram of the installation;

на фиг.2, 3 и 4 - детали установки.figure 2, 3 and 4 - installation details.

Установка содержит реакционную камеру 1, силовое исполнительное электрооборудование 2, механизм 3 подачи УСМ в камеру 1, нагнетательную- 4 и вакуум-установку 5, емкость 6 с хладагентом, емкости 7 с УСМ; в реакционную камеру 1 подают нечетное количество расходуемых рабочих электродных элементов, где в центре камеры 1 расположен единый нерасходуемый электрод 8 (катод или анод), с которым взаимодействуют пары расходуемых УСМ электродов 9, которых выбирают от одной пары до шести, причем количество расходуемых электродов 9 выбирают, предпочтительно, равным шести. Это обеспечивает более высокую степень переработки-возгонки материала расходуемых электродов 9 за счет создания объемного теплового поля в камере 1, стабилизации фазового перехода УСМ в процесс формирования фуллеренов различных нанофракций. Силовое электрооборудование 2 выполнено в виде рабочих разрядных электродов: анода и катодов, или - катода и анодов. Расходуемые УСМ - электроды 9 оснащены механизмами подачи, выполненными в виде шаговых редукторов 10 (или используют редукторы с т.н. "ползучей подачей" ~ 10 мм/мин., например, в виде соленоида с регулируемой подачей напряжения на его электромагнит); такие редукторы установлены в шести точках вокруг корпуса реакционной камеры (фиг.1, 2) - по числу подаваемых в камеру 1 расходуемых графитовых электродов 9. Камера 1 своими выходными патрубками 11 и 12 соединена с бункерами 13 и 14 (верхний и нижний) накопления переработанного ФСМ.The installation contains a reaction chamber 1, power actuator electrical equipment 2, a mechanism 3 for supplying the trigger to the chamber 1, injection-4 and vacuum unit 5, tank 6 with refrigerant, tank 7 with USM; an odd number of consumable working electrode elements is fed into the reaction chamber 1, where a single non-consumable electrode 8 (cathode or anode) is located in the center of the chamber 1, with which pairs of consumable USM electrodes 9 interact, which are selected from one pair to six, and the number of consumable electrodes 9 preferably selected equal to six. This provides a higher degree of processing-sublimation of the material of the consumable electrodes 9 due to the creation of a volumetric thermal field in chamber 1, stabilization of the phase transition of the USM into the process of formation of fullerenes of various nanofractions. Power electrical equipment 2 is made in the form of working discharge electrodes: anode and cathodes, or - cathode and anodes. Consumable USM - electrodes 9 are equipped with feed mechanisms made in the form of step reducers 10 (or use gears with the so-called "creeping feed" ~ 10 mm / min., For example, in the form of a solenoid with an adjustable voltage supply to its electromagnet); such reducers are installed at six points around the body of the reaction chamber (FIGS. 1, 2) - according to the number of consumed graphite electrodes 9 supplied to the chamber 1. The chamber 1 is connected to the bins 13 and 14 (upper and lower) of the processed FSM.

Работа установки осуществляется следующим образом. В полость электрода 8 подают хладагент от - 6, в камеру 1, с помощью шаговых редукторов 10, подают расходуемые графитовые электроды 9, одновременно подав на них ток разряда. В разрядном пространстве - между электродом 8 и электродами 9 формируют объемное высокотемпературное поле для активного испарения материала углеродных электродов 9; продукт переработки электродов (ФСМ) отводят вверх, а более тяжелые частицы (С₂₀-С₄₀) оседают в нижний бункер 14. После расхода очередных порций электродов 9 подают следующие такие электроды с помощью редукторов 10 и ведут процесс получения ФСМ до заданного массового количества. Полученную ФСМ - массу направляют или на прямое использование, или аккумулируют в среде инертного газа - в контейнерах.The installation is as follows. In the cavity of the electrode 8 serves the refrigerant from - 6, into the chamber 1, using step reducers 10, serves consumable graphite electrodes 9, while applying a discharge current to them. In the discharge space - between the electrode 8 and the electrodes 9 form a volumetric high-temperature field for the active evaporation of the material of the carbon electrodes 9; the product of processing the electrodes (FSM) is led upward, and heavier particles (C ₂₀ -C ₄₀ ) are deposited in the lower hopper 14. After the consumption of the next portions of the electrodes 9, the following such electrodes are fed with the help of reducers 10 and the process of obtaining the FSM to a predetermined mass quantity is conducted. The obtained FSM - the mass is directed either to direct use, or accumulated in an inert gas medium - in containers.

Claims

1. Installation for the production of fullerenes containing a reaction chamber, containers with the starting carbon-containing material, power executive electrical equipment, a mechanism for supplying material to the reaction chamber, forcing and evacuating installations, a container with a refrigerant, a hopper for receiving material processing products, characterized in that it is equipped with an odd the number of working electrode elements forming a thermal field in its reaction chamber, which is equipped with one cathode or one anode non-consumable electrode, mounted in the center of the reaction chamber, and is equipped with pairs of electrodes interacting simultaneously with the indicated single electrode due to their simultaneous supply by means of drive mechanisms to a common single electrode, which is fixed in this state when the steam is supplied, and the number of consumed electrode pairs interacting with the common single electrode choose from one to six.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the number of consumable electrodes interacting with a common single non-consumable electrode is preferably chosen to be six.