Реакционном пространстве

По способу взаимодействия между карбидом кальция и водой различают следующие типы генераторов: „вода на карбид", в которых карбид кальция, закладываемый в реакционное пространство (реторты), смачивается водой, периодически поступающей в эти реторты; „карбид в воду", в которых карбид порциями падает в воду реакционного пространства генератора, разлагаясь в нём на решётке; „контактные", где карбид периодически смачивается водой, уровень которой в заряднике генератора всё время изменяет своё положение в зависимости от изменения давления газа. По давлению получаемого ацетилена различают генераторы низкого, среднего и высокого давления.

Диаметр реакционного пространства генераторов „карбид в воду"

Пылевидный материал можно разделить на два характерных класса: дым (d = 0,001-^0,000001 мм) и пыль (d -=- 0,1 .е-0,01 мм). Первый представляет собой взвешенный слой, содержащий практически неоседающие частицы. Оседанию препятствуют силы трения, возникающие между частицами и газом при их относительном движении. Частицы, находящиеся в дыме, столь малы по размерам, что они участвуют в молекулярном (броуновском) движении, соударяясь с молекулами и их группами. Присутствие таких частиц крайне нежелательно, если они сохраняются во взвешенном слое до конца реакционного пространства, так как целиком уносятся отходящими газами и являются потерями процесса. В некоторых случаях указанные мельчайшие частицы активно участвуют в технологическом процессе (например, процесс ошлакования) и поэтому не достигают -конца реакционного пространства.

При тепловой обработке IBO взвешенном состоянии может быть использовано твердое, жидкое и газообразное топливо. Основное требование, предъявляемое к топливу, вытекает из того, что процессы, протекающие во взвешенном слое, должны закончиться в пределах реакционного пространства (время их протекания исчисляется секундами). Если в случае использования газообразного и жидкого топлива эту задачу решить сравнительно легко путем создания необходимых условий для смешения топлива и воздуха, то при применении твердого топлива в пылевидном состоянии размер частиц его должен быть таким, чтобы обеспечивалось полное сжигание за .время процесса, определяемое требованиями технологии. Чем больше содержание летучих в топливе, тем более крупного фракционного состава оно может быть применено, так как выход летучих, с одной стороны, уменьшает величину твердого остатка, а с другой,— летучие, выделяясь, вызывают растрескивание частиц или увеличение их по-розности и, следовательно, реакционной -поверхности. Для процесса, протекающего во взвешенном слое, очень важное значение имеет быстрота воспламенения топлива, так как вследствие малого времени пребывания частиц в реакционном пространстве даже небольшое промедление в зажигании топлива может вызвать существенный недожог. При зажигании печи быстроту воспламенения достигают путем предварительного высокого разогрева мам еры (не «иже 1000°), а при эксплуатации — путем поддержания в зоне воспламенения необходимой температуры. Совмещение IB реакционном пространстве топочных и технологических процессов возможно, когда для протекания последних не требуется температура ниже 900°. Горение топлива во взвешенном слое в принципе аналогично горению в факеле (гл. IV).

При встречном движении теплопередача от газа к пыли интенсивнее, чем при спутном, так как больше относительная скорость газа и пыли и средняя разность температур и, что очень, важно, температура отходящих из реакционного пространства газов ниже (их тепло используется на подогрев холодной пыли),.

50 и S — начальная и текущая поверхности реагирования в единице объема реакционного пространства;

ся в гелиевой плазме дугового разряда; продукты распыления в виде трубок, фуллеренов, копоти и т. п. осаждаются на поверхности катода 2, а также на боковых стенках охлаждаемого реактора. Наибольший выход трубок наблюдается при давлении гелия около 500 — 600 кПа; параметры дугового режима, геометрические размеры электродов, длительность процесса, размеры реакционного пространства также оказывают значительное влияние. После синтеза концы трубок обычно закрыты своеобразными «шапочками» (полусферическими или коническими). Важным элементом технологии нанотрубок является их очистка и раскрытие концов, что выполняется различными методами (окисление, обработка кислотами, обработка ультразвуком и т.д.).

а. По конструкции и особенностям реакционного пространства на шахтные, камерные, подовые, трубчатые или барабанные, печи с вращающимся подом, тигельные, муфельные.

а. По конструкции н особенностям реакционного пространства на шахтные, камерные, подовые, трубчатые или барабанные, печи с вращающимся подом, тигельные, му-фельиые.

Особенностью аппаратов является наличие определенного реакционного пространства (рабочей камеры), в котором производится воздействие на продукт с целью изменения его свойств.

Реактор для автотермического разложения ацетилена на сажу и водород (рис. 6.2.10). Реактор полностью изготовлен из металла. Реактор / - стальная трубка с охлаждаемыми стенками - снабжен в верхней части калиброванным соплом, через которое входит ацетилен. Реакция сильно экзотермична. Воспламенение смеси происходит в электрическом поле, затем реакция протекает автотермически с выделением большого количества теплоты. Температура при этом достигает 2550 °С. Сразу после начала реакции вокруг слоя газа образуется проходной кольцевой канал, на «стенках» которого оседает сажа, образуя кольцо-изолятор с внутренней раскаленной поверхностью. За время прохождения ацетиленом реакционного пространства он почти полностью разлагается.

в зависимости от взаимодействия карбида кальция с водой—генераторы системы KB («карбид в воду»), в которых разложение карбида кальция осуществляется при подаче определенного количества карбида кальция в воду, находящуюся в реакционном пространстве; генераторы системы ВК («вода на карбид»), в которых разложение карбида кальция происходит при подаче определенного количества воды в реакционное пространство, где находится карбид кальция; генераторы системы ВВ («вытеснение воды»), в которых разложение карбида кальция осуществляется при соприкосновении его с водой в зависимости от изменения уровня воды, находящейся в реакционном пространстве и вытесняемой образующимся газом; комбинированные генераторы.

Принцип действия этих генераторов основан на разложении карбида при очень небольшом избытке воды, вследствие чего гашёная известь получается в виде сухого порошка (пушонки). Тепло реакции разложения карбида идёт на испарение воды, что позволяет иметь температуру ацетилена в реакционном пространстве не выше 110—115°С. Для полного разложения карбида необходимо производить его постоянное перемешивание во избежание заиливания. Получаемый ацетилен насыщен водяными парами и для их конденсации необходимо газ после генератора охлаждать водой в поверхностных холодиль-

При тепловой обработке IBO взвешенном состоянии может быть использовано твердое, жидкое и газообразное топливо. Основное требование, предъявляемое к топливу, вытекает из того, что процессы, протекающие во взвешенном слое, должны закончиться в пределах реакционного пространства (время их протекания исчисляется секундами). Если в случае использования газообразного и жидкого топлива эту задачу решить сравнительно легко путем создания необходимых условий для смешения топлива и воздуха, то при применении твердого топлива в пылевидном состоянии размер частиц его должен быть таким, чтобы обеспечивалось полное сжигание за .время процесса, определяемое требованиями технологии. Чем больше содержание летучих в топливе, тем более крупного фракционного состава оно может быть применено, так как выход летучих, с одной стороны, уменьшает величину твердого остатка, а с другой,— летучие, выделяясь, вызывают растрескивание частиц или увеличение их по-розности и, следовательно, реакционной -поверхности. Для процесса, протекающего во взвешенном слое, очень важное значение имеет быстрота воспламенения топлива, так как вследствие малого времени пребывания частиц в реакционном пространстве даже небольшое промедление в зажигании топлива может вызвать существенный недожог. При зажигании печи быстроту воспламенения достигают путем предварительного высокого разогрева мам еры (не «иже 1000°), а при эксплуатации — путем поддержания в зоне воспламенения необходимой температуры. Совмещение IB реакционном пространстве топочных и технологических процессов возможно, когда для протекания последних не требуется температура ниже 900°. Горение топлива во взвешенном слое в принципе аналогично горению в факеле (гл. IV).

Область использования в промышленности процессов, протекающих во взвешенном слое, все время увеличивается. Печи со взвешенным слоем применяются как для нагрева, так и плавления материалов. Напряженность пылевого потока, т. е. концентрация частиц IB газовой среде, зависит от характера технологического процесса. В печах для нагрева и плавления, в которых. газовая среда не участвует как реагент, эта напряженность может быть значительной. Величину ее можно определить на основе теплового баланса и теплопередачи от газа к частицам.. Практически напряженность составляет десятые доли килограмма на 1 /-ш3. Чем больше выделение тепла от горения топлива,, приходящееся на 1 нж3 газа, тем больше может быть эта напряженность. В технологических процессах, сопровождающихся потреблением кислорода из газовой фазы, возможная напряженность пылевого потока, естественно, 'меньше и составляет сотые доли килограмма на 1 HMZ. Термодинамические расчеты процесса, протекающего IBQ взвешенном слое, выполняют по обычным; методам, и затруднений они не вызывают. Расчеты в области термокинетики, с которыми связано и определение необходимого, времени пребывания частиц в реакционном пространстве, очень сложны. В аналитическом выражении они весьма приближенны,, поэтому в настоящее время пока широко применяют опытные данные. Как и в случае кипящего слоя, при очень большом выделении тепла в результате реакций технологического назначения потребность в расходе топлива уменьшается или сводится к нулю (остается только расход топлива на предварительный разогрев камеры). В этом случае печь превращается полностью-или частично в теплогенератор. При выборе характера движение газового и пылевого -потоков необходимо учитывать теплотехнические особенности спутного и встречного движений.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что условия входа смешиваемых компонентов несравненно сильнее влияют на протяженность пути смесеобразования до получения равномерной смеси,, чем скорость, вязкость, плотность, температура газов и критерий Рей-нольдса. Этот вывод полностью распространяется и на смесеобразование распыленных жидких сред, вводимых в поток газов также под углом ф = 90°. Подобный прием был применен автором при получении парогазовых смесей при сжигании жидких и газообразных топлив совместно с водой в общем реакционном пространстве под давлением [11, 12, 22]. Этот прием дает возможность направить практически всю распыленную воду непосредственно в поток высоконагретых газов. На основе этого же метода разрабатывается новый процесс получения энергетических и технологических газов путем ввода тонкораспыленных жидких топлив в поток высоконагретых продуктов горения [18]. Процесс взаимодействия тонкораспыленных жидкостей с высоконагретыми газами протекает весьма интенсивно, причем эффективность разработанного метода подтверждается достаточно равномерным температурным полем в зоне испарения.

Покрытия из TiC наносятся на поверхность углеродистых и легированных сталей при температурах 900—1100 °С при давлении в реакционном пространстве 0,3—8 кПа. Четыреххлористый углерод диссоциирует и происходит насыщение поверхности сталей углеродом на 0,1—0,5 %. 152

Рафинирование выплавленного с восстановителем сплава состоит во взаимодействии его в реакционном пространстве при -~1200 °С с паром треххлористого алюминия. При этом алюминий в составе субхлорида испаряется, а остается ферросилиций. Пар

Сущность способа состоит в том, что исходное вещество испаряется путем интенсивного нагрева, с помощью газа-носителя подается в реакционное пространство, где резко охлаждается. Нагрев испаряемого вещества осуществляется с помощью плазмы, лазера, электрической дуги, печей сопротивления, индукционным способом, пропусканием электрического тока через проволоку. Возможно также бестигельное испарение. В зависимости от вида исходных материалов и получаемого продукта, испарение и конденсацию проводят в вакууме, в инертном газе, в потоке газа или плазмы. Размер и форма частиц зависят от температуры процесса, состава атмосферы и давления в реакционном пространстве. В атмосфере гелия частицы будут иметь меньший размер, чем в атмосфере аргона - более плотного газа. Таким методом получают порошки Ni, Mo, Fe, Ti, Al. Размер частиц при этом — десятки нанометров.

В реальном процессе газификации кроме указанных факторов на сажеобразование оказывает значительное влияние способ подачи и распыливания мазута в реакционном пространстве. Так, в опытах ИГИ на укрупненной лабораторной установке при подаче через форсунку всего паровоздушного дутья (совмещение распыла с газификацией) выход сажи составляет 25,6% при температуре выходящего газа 1020° С.

Проблемы термоядерной энергетики не могут быть решены без применения мощных сверхпроводящих магнитов. Для осуществления управляемого термоядерного синтеза ядер гелия из ядер дейтерия необходимо удерживать в реакционном пространстве горячую тритий-дейтериевую плазму, нагретую до 108-109град. Только сверхпроводящие магниты способны создать поля такой мощности. Наиболее перспективными термоядерными реакторами являются установки типа «То-камак», интенсивно разрабатываемые исследователями в разных странах, в том числе России, США, Японии.

небольшого объема, затем проходят через решетку 2, которая имеет симметричные отверстия по всей поверхности, и попадают в реакционное пространство 1, заполненное насадкой из фарфоровых шаров (рис. 6.2.8). Кислород и этан подогреваются отдельно до температуры 600 °С, а затем смешиваются. В реакционном пространстве часть этана сгорает до оксида углерода и водорода, а выделенное количество теплоты используется для эндотермической реакции распада этана на этилен и водород.

Реакторы типа ротационных (вращающихся) печей. При проведении физико-химических процессов в ротационных печах используется теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, которая может быть передана непосредственно твердому реагенту, который движется противотоком по отношению к горячему газу в реакционном пространстве или через поверхность стенки вне реакционного пространства.