Прибор для исследования физико-химических и газодинамических процессов

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к устройствам для исследования физико-химических и газодинамических процессов. Цель изобретения - расширение технологических и эксплуатационных возможностей. В реактор 1, помещенный в силитовую печь 10, нагретую до заданной температуры , через газоподводящую трубку 8

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„l 629843 (51) 5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4466158/02 (22) 25.07 ° 88 (46) 23.02.91. Бюп. 9 7 (71) Донецкий политехнический институт (72) В.В.Старов, А.И.Тесленко, В.Н.Андронов, Н.С,Вавилов, А.И.Павлов, В.И.Горда и M.È.Õoäàêîâ (53) 621. 762. 3 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 140814, кл. С 01 С 33/27, 1961.

2 (54) ПРИБОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКОХИИИЧЕСКИХ И ГАЗОДИНАГП1ЧЕСКИХ ПРОЦЕСС0В (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для исследования физико-химических и газодинамических процессов. Цель изобретения — расширение технологических и эксплуатационных возможностей. В реактор 1, помещенный в силптовую печь 10, нагретую до заданной температуры, через газоподводящую трубку 8

1629843

15 с буферной емкостью 13 йодается рабочий газ. На поток газа с помощью загрузочного крана 4 подается навеска исследуемого материала. Материал обрабатывается газом во вэвешеннофонтанирующем слое, образующемся за. счет перейада давления на конусной диафрагме 2. Скорость химических реакций непрерывно фиксируется с помощью вторичных приборов, исключая колебания показаний расходомеров за счет буферных емкостей 13. Обработанный газ охлаждается холодильником-6 и отводится с помощью газоИзобретение относится к металлур- 20 гии, в частности к устройствам для исследования физико-химических и газодинамических процессов при термохимической обработке диспергированных материалов во взвешенно-фонтаниРующем слое.

Цель изобретения — расширение технологических и эксплуатационных возможностей.

На чертеже приведено схематическое 30 изображение прибора.

Прибор для исследования физикохимических и газодинамических про-. цессов состоит из реактора 1, диафрагмы 2, термопарного чехла 3, загрузочного крана 4, разгрузочного крана ,5, холодильника 6, закалочного при емника 7, газоподводящей трубки 8, гаэоотводящей трубки 9, силитовой

-печи 10, гасителя 11 скорости час- 40 тиц, катушки 12 индуктивности, буферных емкостей 13.

Реактор 1 представляет собой сварную конструкцию двух кварцевых труб сваренных "одна в другую". Торцы нижней трубы служат основанием для конусной диафрагмы 2. Диафрагма сверху фиксируется торцами трубы, плотно входящей в верхнюю трубу реактора с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру нижней трубки реактора.

Гаситель 11 скорости частиц предназначен для предотвращения выноса частиц материала и вьпюлнен в виде двух усеченных конусов конусность кото9

55 рых больше угла естественного откоса исследуемого материала (для сыпучих материалов, используемых во взвешен0 но-фонтанирующем слое, 60-65 ), сваотводной трубки 9 с буферной емкостью 13. Катушка индуктивности 12, подключенная к автогенератору, меняет свои параметры в зависимости от физико-химических превращений материала, что позволяет непрерывно контропиревать ход процесса. Гаситель скорости 11 исключает вынос материала с обработанным газом. Разборная конструкция реактора с оперативной заменой диафрагмы расширяет диапазон исследуемых материалов по крупности.

1 3 II ф JI bl 1 HJI ° ренных по большому диаметру, равному (2, 5-3, О) d р еактора, и имеет на выходе течку, входящую в верхний конус. Размер диаметра гасителя скорости рассчитан таким для того, чтобы обеспечить уменьшение газового потока до величины, меньшей скорости питания самых мелких частиц. При диаметре гасителя менее 2,5 d реактора наблюдается вынос мелких фракций из прибора, при диаметре больше

3 d реактора и сохранении угла наклона поверхности конуса увеличивается высота гасителя скорости, а следовательно, и габариты прибора.

Гаситель скорости частиц сочленен с водоохлаждаемым холодильником 6, служащим для охлаждения отходящих иэ реактора горячих газов. В верхней части над холодильником расположен загрузочный кран 4, а в нижней части реактора — разгрузочный кран 5. Для отбора и закалки проб ниже загрузочного крана расположен закалочный приемник 7с трубками для подвода и отвода холодного очищенного азота (арг она), В р еактор впаян т ер мопар ный чехол 3, служащий для установки термопары для измерения температуры внутри реактора.

В верхней части реактора вьппе диафрагмы расположена катушка 12 индуктивности, охватывающая реактор и выполненная из платинового провода.

Катушка предназначена для непрерывного измерения физико-химических: свойств материала, изменяющихся в про цессе термообработки. Она расположена на реакторе. так, чтобы измерения

5 162984 проводить в центральной части фонтана.

На газоподводящей трубке 8 и газоотводящей трубке 9, расположенных

5 соответственно в нижней части реактора и в верхней после холодильника, установлены буферные емкости l3 представляющие собой цилиндры, единичный объем которых равен соответ- 10 ственно. нижний — объему реактора до диафрагмы, а верхний — объему реактора выше диагфрагмы. Буферные емкости предназначены для стабилизации давления газа при измерении расхода газа на входе и выходе прибора. Равенство объемов буферных емкостей и реактора обусловлены тем, что при измерении расходов газа не наблюдается колебаний менисков манометров, а следова- 20 тельно, обеспечивается точность измерений. Установлено, что увеличение объемов буферных емкостей не влияет на точность измерений, тогда как уменьшение объемов резко снижает точ- 25 ность измерений, Реактор помещен в силитовую печь

10, служащую для его нагрева до заданной температуры.

Прибор работает следую цим образом. 30

В реакторе 1, помещенный в силитовую печь 10, нагретую до заданной температуры, которую замеряют термопарой 3, через газоподводящую трубку

8 с буферной емкостью 13 подается рабочий газ. Состав и расход газа задаются в зависимости от характера изучения процесса, определенного технологическим регламентом проводимых исследований (восстановление рудных материалов, окисление диспергированных материалов, обработка парогазовыми или газовыми смесями и т.д.) во взвешенно-фонтанирующем слое. При проведении исследований с горючими газами реактор предварительно продувают нейтральным газом (агоном, азотом) . На поток рабочего газа с помощью загрузочного крана 4 подается на-, веска исследуемого материала (измельченная руда, рудно-топливные гранулы, металлические порошки и т,п. j . .Naтериал обрабатывается рабочим газом

1 во взвешенно-фонтанирующем слое, об разующемся за счет перепада давления на конусной диафрагме 2. При термической обработке происходят химические реакции (восстановитепьные или окислительные), сопровождающиеся из35

50 менением расхода газа на выхоце из реактора. Скорость химических реакций непрерывно фиксируется с помощью вторичных приборов по разности массовых скоростей газового потока до прибора и после него, исключая колебания показаний расходомеров за счет буферных емкостей 13.

Обработанный газ охлаждается холодильником 6 и отводится с помощью газоотводной трубки 9 с буферной емкостью 13.

Катушка 12 индуктивности, охватывающая витками рабочую зону реактора

1, своими отводами подключена к автогенератору высокочастотных электри-. ческих колебаний и на начальной стадии физико-химического процесса обладает начальной индуктивностью, которая непрерывно изменяется при термической обработке материала и постоянно регистрируется. Изменение электрических параметров (индуктин ности) катушки строго функционально связано с физико-химическими превращениями непосредственно в материале, что позволяет непрерывно контролировать ход процесса.

Гаситель 11 скорости частиц исключает вынос материала с отработанным газом. Это происходит за счет резкого снижения скорости потока в области расширяющегося конуса, где частицы, осевшие на конус, скатываются в реактор. Благодаря наличию буферных емкостей 13, которые стабилизируют давление на входе и выходе реакционной системы, производится (с помощью вторичных приборов) точный непрерывный замер и запись расхода газа (расходомерами) и его состава (хроматографом) ., Ход процесса (экспериментa) прекращается при полном его завершении или прерывается на каком-то.характерном участке, который выбирается при непрерывном контроле измерения индуктивнос ги катушки 12, соответствующей изменению химического состава материала, Материал с помощью разгрузочного крана 5 переводится в закалочный приемник 7. Охлажденный продукт отдают на проведение химического анализа, петрографических и рентгенофазовых исследований.

Предложенные конструктивные доработки прибора позволяют существенно повысить его технологические и экс7

1629843 плуатационные возможности. Разборная з конструкция реактора с оперативной -. к заменой диафрагм и введение в прибор гасителя скорости частиц обеспечивают значительное расширение диапазона т

5 исследуемого материала по крупности г частиц, так как создают возможность н изучения процессов обработки во взве- т шенно-фонтанирующем слое материалов, п имеющих различную скорость витания, с обеспечивают возможность .проведения исследований с различными рабочими газами, имеющими разную плотность, т исключают вынос частиц материала. С помощью буферных емкостей, подавляющих пульсацию давления газа на входе и выходе прибора .и катушки индуктив- т J ности обеспечивается точный замер р расходных газовых показателей, не- б прерывный контроль хода физико-химических изменений материала, т.е. исследование кинетики различных процессов, протекающих с участием твердой и газообразной фаз. очным и разгрузочным кранами, трубами для подвода и отвода газов, холодильником и приемником для закалкипроб, отличающийся ем, что, с целью расширения технолоических и эксплуатационных возможостей, он снабжен буферными емкосями, расположенными на трубках для одвода и отвода газов гасителем корости частиц, размещенным в верхней части реактора перед холодильником, катушкой индуктивности, охваывающей реактор и установленной между гасителем скорости и диафрагмой, причем верхняя часть реактора между диафрагмой и гасителем скороси выполнена в виде двух коаксиально асположенных труб, контактирующих оковыми поверхностями, нижний торец внутренней трубы фиксирует диафрагму, а ее внутренний диаметр равен внутреннему диаметру реактора для диафрагмы.

2. Прибор по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что гаситель скорости выполнен в виде двух усеченных конусов, соединенных по большому диаметру, причем угол наклона образующей

30. нижнего коь са равен 60-65О а диаУ метр, гасителя составляет (2, 5-3,0) диаметра реактора.

Формула из обр ет ения

1. Прибор для исследования физикохимических и газодинамических процессов, содержащий трубчатый реактор с впаянной конусной диафрагмой, загруо

Составитель В. Костюков

Редактор С.Патрушева Техред Л. Сердюкова Корректор C.Щекмар

Заказ 436 Тираж 410 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101