Технологический комплекс для получения фуллерена и фуллеренсодержащего материала
Предложение относится к физико-технологическим процессам получения фуллеренов и фуллеренсодержащих материалов путем переработки исходного углеродсодержащего материала в высокотемпературном поле камеры возгонки исходного материала. Технологический комплекс включает в едином ансамбле агрегатов и устройств: камеру возгонки исходного материала - 3 с магистралями 4 и 5 для подачи этого материала и подачи инертного газа, содержит силовые узлы 6 и 9, соединенные о источником тока; магистраль отвода продукта переработки соединена с полостью электромагнитопневмоциклона 13, имеющего патрубки 14 для отвода фракций фуллеренсодержащего материала на фильтры 15. Отделенный фуллеренсодержащий материал подают в емкости-накопители 17 и размещают в полости вытяжного шкафа 18, где ведут выделение продукта из раствора путем выпаривания жидкости, или путем ее вымораживания, в зависимости от процесса выделения продукта. При фракционировании продукта используют непосредственное его разделение на составляющие фракции в полости электромагнитопневмоциклона 13 с отделением инертного газа с помощью фильтров 15, после которых материал, удовлетворяющий заданной концентрации, подают или непосредственно на упаковочный агрегат 16, или направляют на дополнительное фракционирование, как указано, - в агрегат 19 технологического комплекса.
Предложение относится к физико-технологическим процессам получения фуллерена и производства фуллеренсодержащего материала и касается конструктивных решений технических комплексов для технологии.
В настоящее время известен широкий спектр технических решений в данной технологии, из которых наиболее представительным устройством является установка для получения фуллерена, содержащая корпус и размещенную в нем камеру переработки исходного углеродсодержащего материала, патрубки подачи исходного материала и инертного газа. и магистраль отвода продукта переработки /I/.
Существенными и очевидными недостатками этой установки являются незначительная производительность и низкий процент выхода фуллерена из массы переработанного сырья, что приводит к повышенным удельным затратам электроэнергии и машиновремени на весь процесс.
Наиболее близким технологическим комплексом для получения фуллерена и его содержащих материалов является комплекс, содержащий корпус в виде полой емкости, в котором размещена камера возгонки исходного углеродсодержащего материала, имеющая магистрали подачи исходного материала и инертного газа, силовой разрядный узел с парой электродов, соединенных с полюсами источника тока, магистраль отвода продукта переработки материала, устройство для подачи хладагента, обеспечивающего защиту корпуса от перегрева /2/.
При наличии определенных преимуществ перед аналогами, этот технологический комплекс имеет и существенный недостаток, заключающийся в его принципиальной технической схеме, при которой все фракции перерабатываемого материала отводятся в едином потоке по отводящей магистрали, не имеющей средств для разделения этих фракций и ориентирования их по каналам для тонкой очистки и сортировки, что приводит к получению фуллеренсодержащего материала низкого содержания фуллеренов, незначительной производительности камеры возгонки
исходного материала и низкой эффективности всего технологического комплекса получения фуллерена и его содержащего материала.
Технической задачей и технологическим положительным результатом данного комплекса, как единого технического конструктивного решения, является повышение производительности переработки исходного материала и получения фуллеренсодержащего продукта, повышение степени качества разделения продукта на составляющие фракции.
Это достигается за счет того, что технологический комплекс содержит корпус в виде полой емкости, в корпусе размещена камера возгонки исходного материала, имеющая магистрали подачи этого исходного углеродсодержащего материала и подачи инертного газа, силовой разрядный узел с парой электродов, соединенных с полюсами источника тока, магистраль отвода продукта переработки, устройство для подачи хладагента, дополнительные пары электродов, при этом все указанные электроды установлены под углом к продольной оси корпуса, а противоположно ориентированные электроды соединены с одним полюсом источника тока, арриентированные к ним под утлом другие электроды соединены с другим(противоположным) полюсом источника тока. камера возгонки оснащена врезанными в нее по касательной к стенке патрубками для подачи вихревого потока инертного газа, а также оснащена бункером, заполненным пылевидным исходным материалом и - бункером для подачи аэрозольной фазы исходного материала в магистраль подачи инертного газа, при этом магистраль отвода продукта переработки материала соединена с полостью электромагнитопневмоциклона, имеющего патрубки для отвода фракций фуллеренсодержащего материала на фильтры и на упаковку (в контейнеры).
При этом патрубки отвода фракций фуллеренсодержащего материала соединены магистралями с емкостями-накопителями этих фракций, размещенными в полости вытяжного шкафа.
А емкости-накопители фракций сообщены с агрегатом для сушки продукта переработки путем испарения жидкой фазы из массы продукта или - ее вымораживания (по принятому растворителю).
Технологический комплекс раскрывается графическим материалом, где: на фиг.1 показан вид комплекса и его технического оснащения; на фиг.2 - вид сверху с раскрытием узлов камеры возгонки; на фиг.3 - техническая схема разделения и обработки продукта.
Технологический комплекс для получения фуллерена и производства фуллеренсодержащего материала содержит корпус I в виде полой емкости 2 (фиг.1, 2), в полости корпуса размещена камера 3 возгонки исходного углеродсодержащего материала, эта камера имеет магистрали 4 для подачи исходного материала и магистрали 5 для подачи в полость корпуса инертного газа. Камера возгонки имеет силовой разрядный узел с парой электродов б, соединенных с полюсами источника тока. Камера возгонки соединена с магистралью 7 отвода продукта переработки материала, а корпус имеет устройство для подачи хладагента - 8, обеспечивающего заданный тепловой режим корпуса I.
Для существенного повышения производительности и эффективности технологический комплекс содержит дополнительные несколько пар электродов 9, кроме того, все указанные электроды: 6, 9 установлены под углом к продольной оси корпуса, а противоположно ориентированные электроды соединены с одним полюсом источника тока, а ориентированные к ним под углом другие электроды соединены с другим (противоположным по знаку) полюсом источника тока; при этом камера возгонки 3 оснащена врезанными в нее по касательной к стенке патрубками 10, предназначенными для подачи вихревого(закрученного вдоль стенок) потока инертного газа, поступающего по магистралям 5 (фиг.1). Камера возгонки также оснащена бункером II, заполненным пылевидным исходным материалом, а также оснащена бункером 12 для подачи аэрозольной фазы исходного материала непосредственно в магистраль 5 инертного газа. Камера возгонки магистралью 7 соединена с полостью электромагнитопневмоциклона 13, имеющего по кольцевой периферии электромагниты для возбуждения бегущего по кольцу магнитного поля, позволяющего осуществлять закручивание в поступающего в потоке инертного газа продукта переработки в пневмоциклонический восходящий (вихревой) поток, из которого по патрубкам 14 отводятся фракции фуллеренсодержащего материала на фильтры 15 и на упаковку в упаковочный агрегат 16, а при необходимости более тонкого фракционирования производят отвод по патрабкам 14 продукта переработки в емкости-накопители 17 этих фракций, которые размещают в полости вытяжного шкафа 18, заполняют жидкой фазой,
в которой растворяют фуллерен и отделяют в осадок и всплывающие фракции шлаки, которые, соответственно, нижним и верхним сливами отводят из объема жидкости,а раствор, содержащий фуллерен, подают в агрегат 19 для сушки, или подают в агрегат 20 для вымораживания и испарения жидкой фазы; тот или другой процесс выбирают в зависимости от использованной жидкой фазы: при использовании жидких углеводородов (типа: толуол, ксилол, и т.п.) осуществляют испарение, а при использовании водных растворов высокомолекулярных соединений (типа поливинилпирролидона) осуществляют вымораживание и испарение жидкой фазы в агрегате 20 комплекса.
Работа технологического комплекса, частично изложенная выше, осуществляется следующим образом. Технологический комплекс, оправдывая свой термин и назначение, использует для переработки любые углеродсодержащие материалы и вещества, располагая в корпусе I, камере 2 и реакционной зоне 3 все условия для переработки материала основных электродов 6 и дополнительных электродов 9 (фиг.1 и 2), а. также пеработки порошкообразного 4 материала и аэрозольного 12 материала, подаваемых из бункеров, а пеработанный материал подают по магистрали 7 отвода продукта в полость электромагнитопневмоциклона 13, где ведут разделение продукта на составляющие его фракции и фазы, каждую из которых отводят по патрубкам 14, через фильтры 15, в емкости-накопители 16 и 17, где емкость 16 представляет собой упаковочный агрегат выделенной фракции продукта-фуллерена, а для получения фуллеренсодержащего материала (например, фуллерида) фракции подают из емкости-накопителя 17 в полость шкафа 18, где ведут его обработку с помощью жидкой фазы, в качестве которой, в одном случае, используют жидкость на основе углеводородов, а в другом- на основе водного раствора поливинилпирролидона (ПВП),- в зависимости от заданного технологического процесса обработки фуллерена.
Выделение фуллеренсодержащего продукта из агрегата 19 ведут за счет испарения жидкой фазы, концентрирования продукта, который направляют на его прямое использование в физико-химическом процессе;
а при использовании в качестве жидкой фазы ПВП выделение фуллеренсодержащего продукта ведут путем испарение и вымораживание в агрегате 20 технологического комплекса.
Использование в разработанном технологическом комплексе оригинальной конструкции камеры возгонки, имеющей несколько пар электродов, а также узлы подачи в камеру дополнительно еще порошкообразного и аэрозольного компонентов, а также оснащение комплекса оригинальным агрегатом- электромагнитепневмоциклоном, где обработку фуллеренсодержащего материала ведут за счет наложения электрического поля, магнитного поля и пневмоциклонического воздействия, позволяет существенно, более чем в 2,4 раза, увеличить производительность всего комплекса, как единого технического устройства, по отношению к выбранному прототипу /2/ и по отношению к базовому техническому комплексу /4/, а также повысить эффективность процесса получения фуллерена и фуллеренсодержащего продукта с повышением его качества за счет улучшения обработки, степени разделения и его химической чистоты с сохранением физических свойств продукта.
(56) Источники информации, принятые во внимание:
1. RU 2210537, 16.10.2001.,(Плугин А.И.).
2. RU 2205790, 10.04.200I.,(Плугин А.И.) - прототип.
3. RU 2I78766, 27.01.2002.,(Плугин А.И.).
4. RU 2227120. 05.02.2001..(Плугин А.И.).
5. US 5876684, 02.03.1999.
6. WIPO W 6 03/038163 AI, 30.I0.200I.
7. JР I00873IO А2, I3.09.I996.
Источники: /3/, /4/, /5/, /6/, /7/ использованы заявителем для выявления и установления факта наличия существенности отличий заявляемого технического решения по отношению к существующему, на день подачи заявки, уровню техники в данной технологии.
1. Технологический комплекс для получения фуллерена и производства фуллеренсодержащего материала, содержащий корпус в виде полой емкости, в котором размещена камера возгонки исходного углеродсодержащего материала, имеющая магистрали подачи исходного материала и инертного газа, силовой разрядный узел с парой электродов, соединенных с полюсами источника тока, магистраль отвода продукта переработки материала, устройство для подачи хладагента, отличающийся тем, что комплекс дополнительно снабжен парами электродов, вое электроды установлены под углом к продольной оси корпуса, противоположно ориентированные электроды соединены с одним полюсом источника тока, а ориентированные к ним под углом другие электроды соединены с другим полюсом источника тока, камера возгонки оснащена вырезанными в нее по касательной к стенке патрубками для подачи вихревого потока инертного газа, а также оснащена бункером, заполненным пылевидным исходным материалом, и бункером для подачи аэрозольной фазы исходного материала в магистраль инертного газа, при этом магистраль отвода продукта переработки материала соединена с полостью электромагнитопневмоциклона, имеющего патрубки для отвода фракций фуллеренсодержащего материала на фильтры и на упаковку.
2. Технологический комплекс по п.1, отличающийся тем, что патрубки отвода фракций фуллеренсодержащего материала соединены магистралями с емкостями-накопителями этих фракций, размещенными в полости вытяжного шкафа.
3. Технологический комплекс по п.1, отличающийся тем, что емкости-накопители фракций сообщены с агрегатом для сушки продукта переработки путем испарения жидкой фазы или ее вымораживания.
