УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОГРАФИТА Российский патент 1997 года по МПК C10B47/24 C10B31/04 

Изобретение относится к области деструктивной перегонки углеродсодержащих материалов в аппаратах с косвенным или комбинированным обогревом, а более конкретно к теплообменным устройствам для получения пенографита методом теплового удара в псевдоожиженном состоянии. Изобретение может быть использовано в черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, на производствах с экологически опасными процессами для быстрого приготовления порошка пенографита, являющегося эффективным поглотителем токсичных веществ, нефтепродуктов, солей тяжелых металлов, а также исходным сырьем для получения гибких графитовых и композиционных материалов.

Известен трубчатый теплообменный аппарат, в котором возможно получение пенографита, состоящий из теплоизолированного корпуса и трубчатых нагревателей, тепло которых передается вспениваемому порошку окисленного графита [1] Недостатком известного устройства является низкая эффективность вспенивания графита и высокие температуры, обусловливающие применение дорогостоящих конструкционных материалов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является известное устройство для получения пенографита, содержащее последовательно вертикально расположенные камеру смешения графита с подогретым газом, теплоизолированную камеру нагрева и камеру охлаждения [2]
Недостаток известного устройства неоднородный прогрев окисленного графита до температуры вспенивания и, как следствие этого, высокая насыпная плотность продукта. Необходимость нагревания рабочей поверхности камеры до температуры свыше 1000^oC и, как следствие этого, высокие энергоемкость оборудования и стоимость конструкционных материалов, применяемых для его изготовления.

Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат на производство пенографита, использование конструкционных материалов меньшей термостойкости, повышение производительности установки и качества пенографита.

Для достижения указанного технического результата устройство для получения пенографита, содержащее последовательно вертикально расположенные камеру смешения графита с подогретым газом, теплоизолированную камеру нагрева и камеру охлаждения, снабжено вакуумной камерой, расположенной перед камерой смешения графита с подогретым газом, и ультразвуковым излучателем, расположенным в камере охлаждения непосредственно под камерой нагрева.

Дно камеры охлаждения выполнено наклонным от камеры нагрева к отверстию для выгрузки пенографита. Дно камеры охлаждения расположено под углом 30-45^o к горизонтальной плоскости.

Ультразвуковой генератор выполнен с возможностью генерирования колебаний 500-3000 кГц.

В камере нагрева вертикально установлен трубчатый нагреватель, полость которого по торцам соединена с камерами смешения и охлаждения, а последняя выполнена с диаметром, превышающим в 10-20 раз диаметр полости трубчатого нагревателя.

Ультразвуковой излучатель установлен в камере охлаждения под нижним торцом трубчатого нагревателя.

На чертеже схематично изображено устройство для получения графита.

Устройство для получения пенографита содержит последовательно вертикально расположенные вакуумную камеру 1 со шнековым питателем для предварительного вакуумирования и подачи окисленного графита в камеру 2 смешения графита с подогретым газом, теплоизолированную цилиндрическую камеру 3 нагрева и камеру 6 охлаждения.

В камере 3 нагрева вертикально установлен трубчатый нагреватель 4, полость которого по торцам соединена с камерами смешения 2 и охлаждения 6. Камера 6 охлаждения выполнена с диаметром, превышающим в 10-20 раз диаметр полости трубчатого нагревателя. Нагреватель 4 выполнен из карбида кремния с концентричной нагревателю изоляционной алундовой трубкой 5. Дно 12 камеры 6 охлаждения выполнено наклонным от камеры 3 нагрева к отверстию для выгрузки пенографита в накопитель 8 для сбора пенографита. Дно 12 камеры охлаждения расположено под углом 30-45^o к горизонтальной плоскости. В камере 6 имеются решетка 7 и ультразвуковой излучатель 17. Излучатель 17 расположен в камере 6 охлаждения непосредственно под камерой 3 нагрева. Ультразвуковой излучатель выполнен с возможностью генерирования колебаний 500-3000 кГц. Излучатель 17 установлен в камере 6 под нижним торцом трубчатого нагревателя. Камера 6 подсоединена к вытяжному вентилятору (не показан). Камера 2 смешения установлена в защитном кожухе 9 на верхнем торце 10 камеры 3 нагрева. Патрубок 11 для подачи холодного газа-носителя в камеру 3 расположен на боковой стенке 13 камеры 3. Патрубок 14 для подачи подогретого газа-носителя в камеру 2 смешения установлен тангенциально и соединен с верхним торцом 15 камеры 3. Средство для подачи подогретой газографитовой смеси выполнено в виде патрубка 16, соединяющего камеру 2 смешения с полостью трубчатого нагревателя 4.

Устройство работает следующим образом.

Холодный газ (воздух, азот и т.п.) подается через патрубок 11 в камеру 3 нагрева, где нагревается до температуры 300-500^oC, и через патрубок 14 тангенциально подается в камеру 2 смешения. В камеру 2 одновременно шнековым питателем из камеры 1 подается высушенный и вакуумированный окисленный графит. В камере 2 осуществляется смешение горячего газа-носителя с окисленным графитом. Затем из камеры 2 полученная смесь нисходящим потоком подается в полость трубчатого нагревателя 4, где происходит нагрев графита до 650-1000^oC и его вспенивание. Затем расширенный графит поступает в камеру 6, где за счет превышения ее диаметра в 10-20 раз диаметра нагревателя создается перепад давления, и графит дополнительно расширяется. В момент дополнительного расширения на пенографит воздействуют ультразвуком частотой 500-3000 кГц с помощью излучателя 17. Обработанный ультразвуком пенографит скапливается на дне камеры 6. Газообразные продукты удаляют через решетку 7, а пенографит попадает в накопитель 8.

Пример. Графит любой марки (ГСМ, ГТ, ГАК, ГК, ГЛ) в количестве 1 кг загружают в кислотостойкий реактор и обрабатывают смесью 1,4-1,6 л концентрированной серной кислоты и 120 г бихромата калия, смесь вакуумируют при 10^-2 мм рт. ст. и перемешивают в течение 60 мин. Затем добавляют 10 л холодной воды, перемешивают и отфильтровывают окисленный графит с одновременной промывкой горячей водой до нейтральной реакции фильтрата и высушивают. Высушенный окисленный графит загружают в камеру 1 со шнековым питателем и подают со скоростью 2 кг/ч в камеру 2 смешения, где окисленный графит смешивается с подогретыми до 400^oC воздухом. Смесь окисленного графита с воздухом подается в полость трубчатого нагревателя 4 с внутренним диаметром 14-15 мм, нагретого до 800^oC. Время пребывания каждой частицы окисленного графита в зоне нагрева 5-7 с. В нагревателе происходит вспенивание, и далее пенографит попадает в камеру 6 с наклонным (40^o) дном 12, где за счет перепада давления и воздействия ультравзвукового излучения с частотой 2000 кГц осуществляются дополнительное расширение графита и удаление отходящих газов. После камеры 6 пенографит попадает в накопитель, где удаляется остаток газов.

Предварительное вакуумирование окисленного графита и воздействие ультразвука в процессе вспучивания дают возможность вести процесс при более низких температурах горячего воздуха (400^oC) и нагревателя (800^oC) и уменьшают затраты электроэнергии по сравнению с известными способами в 1,5-2,0 раза.

Использование: для деструктивной перегонки углеродсодержащих материалов, в частности для получения пенографита. Сущность изобретения: устройство снабжено вакуумной камерой 1, расположенной перед камерой 3 смешения графита с подогретым газом. В камере 3 нагрева вертикально установлен трубчатый нагреватель 4, полость которого по торцам соединена с камерами смешения 3 и охлаждения 6. В камере 6 под нижним торцом нагревателя 4 установлен ультразвуковой излучатель 17, генерирующий колебания 500-3000 кГц. В нагревателе 4 происходит вспенивание графита, а камере 6 под воздействием ультразвукового излучения осуществляется дополнительное расширение графита. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для получения пенографита, содержащее последовательно вертикально расположенные камеру смешения графита с подогретым газом, теплоизолированную камеру нагрева и камеру охлаждения, отличающееся тем, что оно снабжено вакуумной камерой, расположенной перед камерой смешения графита с подогретым газом, и ультразвуковым излучателем, расположенным в камере охлаждения непосредственно под камерой нагрева. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дно камеры охлаждения выполнено наклонным от камеры нагрева к отверстию для выгрузки пенографита. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дно камеры охлаждения расположено под углом 30 45^o к горизонтальной плоскости. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ультразвуковой излучатель выполнен с возможностью генерирования колебаний 500 3000 кГц. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в камере нагрева вертикально установлен трубчатый нагреватель, полость которого по торцам соединена с камерами смешения и охлаждения, а последняя выполнена с диаметром, превышающим в 10 20 раз диаметр полости трубчатого нагревателя. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что ультразвуковой излучатель установлен в камере охлаждения под нижним торцом трубчатого нагревателя.