СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ПОРИСТОЙ МАССЫ В ГАЗОВОМ БАЛЛОНЕ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F17C11/00 

Изобретение относится к производству газовых баллонов с пористой массой.

Способы наполнения и уплотнения химических аппаратов пористой массой описаны в книге Касаткина А.Г. "Основные процессы и аппараты химической технологии". М. Химия, 1973. Необходимое уплотнение пористой массы достигается ее утромбовыванием механическим способом и последующим поджатием пористой массы жестко укрепленными в нижней и верхней частях корпуса аппарата решетками или сетками.

Известен способ уплотнения пористой массы в ацетиленовом баллоне /И.И. Стрижевский. Технологические основы и безопасность производства ацетилена. Л. Химия, 1968/. Способ уплотнения заключается в воздействии на зерна пористой массы силы инерции при движении баллона с ускорением и последующим резким остановом. Установка, работающая по известному способу, состоит из платформы с ацетиленовым баллоном. Платформа с помощью специального механизма вибрирует таким образом, чтобы баллон совершал колебательные движения в вертикальной плоскости. При движении баллона вниз в результате удара о платформу происходит уплотнение зерен пористой массы. Зерна пористой массы в ацетиленовом баллоне должны быть уложены так плотно, чтобы зазоры между ними были меньше критических пламягасящих. Поэтому пористую массу уплотняют долго и с большой силой.

Недостатком известного способа и установки является частичное разрушение зерен пористой массы из-за длительной тряски и ударов. Зерна превращаются в пыль и теряют свою адсорбционную способность, что в конечном итоге отрицательно сказывается на газовбираемости ацетиленового баллона.

Технический результат, достигается заявленным изобретением, заключается в повышении эффективности уплотнения пористой массы в газовом баллоне, что достигается однократным воздействием на нее импульса повышенного давления детонационной волны газообразного ацетилена. Импульс давления детонационной волны формируется в установке, содержащей так называемую ударную трубу с инициирующим взрывной распад ацетилена устройством.

Для заполнения баллона и ударной трубы ацетиленом, вакуумирования и контроля ударная труба снабжена соответствующими газовыми коммуникациями, запорной арматурой и приборами.

На первоначально неуплотненную пористую массу в баллоне воздействуют взрывным импульсом такой формы, чтобы давление было как можно больше, а время действия как можно меньше. При этом зерна пористой массы уплотняются друг с другом, но разрушиться не успевают, так как действие волны кратковременно. В качестве рабочего взрывного газа, импульсом которого уплотняют пористую массу, авторы предлагают использовать ацетилен по следующим причинам:
форма импульса взрывного давления удовлетворяет требованию к уплотнению пористой массы, т.е. имеет большую амплитуду и высокую частоту;
ацетилен способен к взрывному распаду, в том числе и к детонации, в чистом виде без добавок каких-либо других газов-окислителей. Это упрощает установку, облегчает ее эксплуатацию, повышает надежность и безопасность работы;
мощность взрыва, необходимая для требуемого уплотнения пористой массы, достигается при невысоких начальных давлениях ацетилена;
на практике большое количество газовых баллонов с пористой массой предназначено для хранения и транспортирования ацетилена, поэтому будет логично, если в производственном цикле в технологическом процессе заполнения баллонов пористой массой найдет применение именно ацетилен.

Авторами предлагаемого изобретения экспериментально установлены номинальные значения начального давления газообразного ацетилена перед инициированием взрыва: 0,5.0,9 МПа. Нижний предел начального давления ацетилена 0,5 МПа обусловлен минимальным силовым действием детонационной волны на пористую массу, при котором еще происходит достаточно уплотнение пористой массы, равное 300.380 г/л /ТУ 6-21-38-78 "Ацетиленовые баллоны для растворенного ацетилена"/. Верхний перед начального давления ацетилена 0,9 МПа обусловлен силовым импульсом детонационной волны, при действии которого на пористую массу структура ее зерен начинает разрушаться.

На фиг. 1 показана принципиальная схема установки для уплотнения пористой массы в газовом баллоне, например активированного угля в ацетиленовом баллоне.

Установка состоит из газового баллона 1 с пористой массой 2 и ударной трубы 3, один конец которой с помощью соединения 4 крепится к баллону 1, а другой конец закрыт заглушкой 5. Ударная труба 3 имеет инициирующее взрыв устройство 6 /например, плавкая металлическая нить/ и манометр 7, защищенный от взрыва огнепреградителем 8 и запорным вентилем 9. Кроме того, ударная труба 3 снабжена вакуумирующим патрубком с вентилем 10, газоподводящим патрубком с вентилем 11 и сбросным патрубком с вентилем 12.

Работает установка следующим образом. К газовому баллону 1 с неуплотненной пористой массой 2 подсоединяют ударную трубу 3. С помощью вакуум-насоса через патрубок с вентилем 10 из баллона 1 и трубы 3 удаляют воздух. Затем баллон 1 и трубу 3 через патрубок с вентилем 11 заполняют газообразным ацетиленом до давления 0,5.0,9 МПа. Контроль за давлением в системе осуществляется по манометру 7. Если в момент заполнения произойдет случайное воспламенение ацетилена, то пламя задержится огнепреградителем 8.

После заполнения баллона 1 и ударной трубы 3 ацетиленом вентили 9, 10, 11 и 12 должны быть закрыты. На инициирующее устройство 6 подается электрическое напряжение, и в ударной трубе 3 происходит воспламенение ацетилена. Известно, что в трубах распад ацетилена происходит преимущественно в детонационном режиме /Б.А. Иванов. Физика взрыва ацетилена. М. Химия, 1979/. В баллон 1 из ударной трубы 3 входит детонационная волна, представляющая собой комплекс зоны химической реакции распада ацетилена и движущейся впереди ударной волны. Ударная волна производит уплотнение пористой массы в газовом баллоне.

После проведения взрыва открывается вентиль 12, и продукты распада ацетилена выбрасываются в атмосферу. Затем вентиль 12 закрывается, открывается вентиль 10, и вакуум-насосом удаляют оставшиеся в баллоне 1 продукты распада. Открывают вентиль 12, и давление в баллоне выравнивается с атмосферным. Отсоединяют от баллона 1 ударную трубу 3.

Экспериментальным путем авторы определили, что для газового баллона емкостью 0,04 м³ достаточный для уплотнения пористой массы силовой импульс при детонации ацетилена с давлением 0,5.0,9 МПа формируется в ударной трубе с внутренним диаметром 0,015 м и длиной 2 м.

Повышенная эффективность предлагаемых способа и установки уплотнения пористой массы в газовом баллоне заключается в следующем:
уменьшение энергозатрат;
ускорение процесса уплотнения;
сохранение целостности зерен пористой массы.

Сущность изобретения: способ заключается в воздействии на пористую массу импульса детонационной волны распада ацетилена с начальным давлением 0,5. . . 0,9 МПа. Установка состоит из газового баллона на платформе с крепежными приспособлениями и ударной трубы с инициирующим взрыв ацетилена устройством с газовыми коммуникациями, запорной арматуры и приборов. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ уплотнения пористой массы в газовом баллоне, представляющий силовое воздействие, отличающийся тем, что силовое воздействие осуществляется однократным импульсом детонационной волны взрывного распада ацетилена с начальным давлением 0,5 0,9 МПа. 2. Установка уплотнения пористой массы в газовом баллоне, содержащая газовый баллон с платформой и крепежными приспособлениями, отличающаяся тем, что она имеет подсоединенную к горловине баллона ударную трубу с внутренним диаметром 0,015 м и длиной 2 м с газоподводящими и газоотводящими патрубками, манометром с огнепреградителем и расположенным на противоположном от баллона конце трубы инициирующим взрывной распад газообразного ацетилена устройством.