УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2005 года по МПК B01J20/20 C01B31/08 D01F9/12 

Изобретение относится к области получения углеволокнистых адсорбентов, а именно к устройствам активирования углеволокнистых материалов.

Известен вертикальный аппарат непрерывного действия (Английский патент №1310011, кл. С 01 В 31/07, 31/30, 1973), в котором в одной камере совмещены процессы активирования и карбонизации материала. Нагрев в нем осуществляется электронагревательными элементами, закрепленными на двух панелях, между которыми подается в виде ленты обрабатываемый материал; сюда же подается по трубке окисляющий газ.

Процесс активирования в таком аппарате трудно осуществить в контролируемых условиях, так как регулировать состав газовой фазы в зоне активирования практически невозможно из-за наличия в ней наряду с окисляющим газом широкого спектра газообразных продуктов пиролиза исходного материала, образующихся при его карбонизации.

Это является следствием совмещения в одном аппарате двух совершенно разных процессов - карбонизации и активирования.

Отрицательно сказывается на качество получаемого углеволокнистого активированного материала и отсутствие в аппарате устройства подготовки окисляющего газа, а также нерациональная схема нагрева рабочей камеры.

Известно также устройство парогазового активирования углеродсодержащей ткани (Авторское свидетельство СССР №441032, кл. В 01 J 1/00, 1972, опубл. в БИ №32, 1974).

Это устройство состоит из печи, в которой размещена камера активирования и карбонизации, а также приводной узел с подающими роликами и приемным бункером, причем камера выполнена в виде усеченной призмы с отверстиями для подачи пара, а сопла для подвода и отвода активирующего агента расположены с двух противоположных концов оснований призмы.

Недостатком такого устройства является то, что активирование ткани осуществляется только на узкой полоске, прилегающей в данный момент к соплу камеры, к которому подается пар. Здесь также трудно достичь высокого качества активирования ткани из-за отсутствия устройства для дополнительного подогрева пара.

Наиболее близкой к заявленному устройству является печь для получения активированной угольной ткани (Японская заявка №61-29885 кл. С 01 В 31/10, В 01 J 20/20, 1983), с которой соединено впускное отверстие для подачи водяного пара. Печь вертикальной конструкции имеет глухое дно, а вход и выход для активируемой ленты находятся в верхней ее части на одном уровне. Внутри печи, в горячей зоне смонтирован отклоняющий ролик, а остальные узлы протяжного механизма вынесены за пределы рабочего пространства. Печь снабжена устройством для получения пара, в котором имеется частично погруженный в воду элемент из материала, по которому поднимается испаряемая вода. В элемент встроен электрический нагреватель.

Недостатком такой печи является то, что она имеет глухое дно, а вход и выход находятся в верхней части на одном уровне. Это предопределяет нерациональную схему прохождения материала в печи с задействованием отклоняющего ролика в нижней ее части. При такой схеме в случае обрыва в печи материала значительная часть его теряется (сгорает или уходит в брак). Выход из строя или даже небольшая неисправность узла ролика требует полной остановки и охлаждения печи для ремонта, что увеличивает затраты на производство материала. Повторная заправка материала при его обрыве в горячей печи затруднена.

Устройство для получения пара является практически нерегулируемым, так как количество поступающей на испаритель воды зависит только от капиллярной структуры погружного элемента и обеспечить подачу пара в необходимых пределах объемов не удается. Получить в таком устройстве перегретый “активный пар”, необходимый для качественного активирования, невозможно из-за отсутствия паронагревателя.

Это существенно снижает возможность получения углеволокнистых активированных материалов с высокими характеристиками пористой структуры и прочности.

Задачей настоящего изобретения является создание такой установки для получения активированного углеродного волокнистого материала, которая обеспечивала бы непрерывный процесс обработки углеродного материала перегретым водяным паром с получением высоких прочностных свойств и пористой структуры активированной ткани, была простой в монтаже, надежной в эксплуатации.

Описание установки

Патентуемая установка для получения активированного углеродного материала содержит вертикальную печь 1 (фиг.1) для активирования углеродной ткани (на фиг.1 не показана) с приемным устройством 2 и связанный с ней парогенератор 3, которые подключены к источнику электропитания 4 и блоку управления 5.

Печь (фиг.2) содержит сквозной обогреваемый муфель 6, который предназначен для непрерывного прохождения через него активируемой углеродной ткани 7, разъемный теплоизолирующий корпус 8 с расположенными на нем нагревательными элементами 9 и передвижную емкость 10 с водой, причем муфель 6 расположен внутри теплоизолирующего корпуса 8.

Парогенератор 3 (фиг.1) содержит испаритель 11 и паронагреватель 12. Испаритель 11 (фиг.3) имеет корпус 13 с крышкой 14, в которую вварены стальные трубки 15. В них вставлены нагревательные элементы, которые выполнены, например, в виде галогеновых кварцевых ламп 16. Испаритель 11 снабжен термопарой 17, предохранительным клапаном 18, датчиком давления 19, манометром 20 и краном 39.

Испаритель 11 (фиг.1) связан с пароподогревателем 12, содержащим теплоизолирующий каркас 21 (фиг.4), на внутренней поверхности которого расположены нагревательные элементы, выполненные, например, в виде трубчатых галогеновых кварцевых ламп 22, а между ними смонтирован трубчатый паропровод 23, выполненный в виде змеевика.

Муфель 6 (фиг.2) состоит из рабочей части 24 и соединенных с ней верхнего отсека 25 и нижнего отсека 26.

Рабочая часть 24 муфеля 6 может быть отлита из жаростойкой стали, а отсеки 25 и 26 могут быть изготовлены из нержавеющей стали. Муфель 6 имеет в сечении, например, прямоугольную форму.

Верхний отсек 25 муфеля 6 снабжен затвором 27, выполненным в виде крышки 28 с параллельно расположенными на ней водоохлаждаемыми трубками 29, зазор между которыми может регулироваться.

Крышка 28 опущена в карман 30, приваренный к верхнему отсеку 25 муфеля 6 и заполненный, например, песком.

Корпус 8 печи 1 представляет собой сварной каркас 31, закрытый снаружи съемными панелями 32 и футерованный изнутри шамотными волокнистыми плитами 33, на внутренней стороне корпуса 8, обращенной к муфелю 6, смонтированы нагревательные элементы, выполненные, например, в виде галогеновых кварцевых ламп 9. По высоте печи 1 галогеновые лампы 9 разделены на три зоны с независимым нагревом.

Корпус 8 выполнен разъемным и состоит из двух симметричных относительно вертикальной оси печи 1 частей, которые могут раздвигаться по направляющим (на фиг.2 не показаны), для чего они снабжены роликами 34.

Такая конструкция корпуса 8 удобна для монтажа, ремонта и обслуживания печи 1.

Внизу рабочей части 24 муфеля 6 по его внутреннему периметру установлена парораспределительная труба 35 с отверстиями, подсоединенная к паронагревателю 12.

Передвижная емкость 10 с водой снабжена направляющими роликами 36, сливным патрубком 37 с краном 38.

Работа установки

Вертикальную печь 1, приемное устройство 2 и парогенератор 3 подключают через блок управления 5 к источнику электропитания 4. При этом происходит нагрев галогеновых кварцевых ламп 9 печи 1, а от них - муфеля 6. В испарителе 11 галогеновые кварцевые лампы 16 нагревают расположенные в крышке 14 металлические трубки 15, от которых нагревается находящаяся в корпусе 13 испарителя 11 вода. Образующийся пар поступает в паропровод 23 пароподогревателя 12. Температуру галогеновых кварцевых ламп 16 испарителя 11 контролируют термопарой 17, давление пара измеряют манометром 20. Предохранительный клапан 18 служит для сброса избыточного давления пара, а датчик давления 19 служит для регулирования рабочего режима испарителя 11.

Пароподогреватель 12 обеспечивает подогрев пара до заданной температуры за счет конвективного нагрева от паропровода 23, который, в свою очередь, нагревается от галогеновых кварцевых ламп 22, Подогретый пар поступает затем через парораспределительную трубку 35 в муфель 6.

После выхода печи 1 и парогенератора 3 на заданный технологический режим в муфель 6 подают активируемую углеродную ткань 7. При этом ее пропускают между трубками 29 в крышку 28 затвора 27 муфеля 6, через его верхний отсек 25 в рабочую часть 24, где собственно и происходит активирование ткани 7, далее через петлю пароразделительной трубки 35, нижний отсек 26 ткань 7 подают в емкость 10 с водой, где она охлаждается и через направляющие ролики 36 поступает на приемное устройство 2, которое обеспечивает заданную скорость протягивания ткани 7 через муфель 6.

Так как нижний конец муфеля 6 опущен в воду емкости 10, обеспечивается герметичность его рабочего пространства. Этому способствует также создание избыточного давления в муфеле 6 парогазовой смеси, состоящей из перегретого пара и продуктов окисления углерода, избыток которых удаляется через зазор между трубками 29 верхнего затвора 27.

Вода в емкость 10 поступает непрерывно и переливается в сливной патрубок 37, чем обеспечивается постоянство ее уровня в емкости 10.

Целесообразно производить активирование углеродной ткани круглосуточно (лучше до 30 суток), после чего установку можно остановить для профилактического осмотра или (при необходимости) ремонта. При этом возможно разъединить и раздвинуть по направляющим на роликах 34 части корпуса 8, чтобы иметь доступ к муфелю 6 и галогеновым лампам 9.

Преимущества установки

Патентуемая установка отличается простотой конструкции, обеспечивающей надежную эксплуатацию, удобство обслуживания и ремонта.

Она экономична, так как в ней предусмотрено регулируемое расходование электроэнергии в зависимости от заданного температурно-временного режима, а нагрев галогеновыми кварцевыми лампами позволяет вести процесс при минимальных затратах мощности.

Наличие сквозного муфеля позволяет осуществлять рациональную непрерывную схему получения материала, а конструкция испарителя и паронагревателя дает возможность обеспечить установку “активным паром” с заданными теплофизическими параметрами, что существенно повышает качество и снижает стоимость активированного материала.

Установка позволяет получать углеродный волокнистый активированный материал с уникальными эксплуатационными характеристиками: высокоразвитой пористой структурой с заданным распределением микро-, мезо- и макропор, большой удельной поверхностью, повышенной прочностью. Такой материал находит применение в устройствах очистки воды и воздуха, средствах защиты человека при экстремальных ситуациях, в химической, металлургической промышленности, в энергетике, медицине и других отраслях.

Изобретение относится к области получения углеволокнистых адсорбентов, а именно к устройствам активирования углеволокнистых материалов. Установка содержит вертикальную печь для активирования углеродной ткани и связанный с ней парогенератор, которые подключены к источнику питания и блоку управления, а на выходе печи установлено приемное устройство, при этом печь содержит сквозной обогреваемый муфель, предназначенный для непрерывного прохождения через него обрабатываемой углеродной ткани, причем муфель расположен внутри разъемного теплоизолирующего корпуса печи, на внутренней стороне которого расположены нагревательные элементы, и, кроме того, на выходе печь снабжена передвижной емкостью с водой, в которую погружен нижний конец сквозного муфеля. Изобретение позволяет создать такую установку для получения активированного углеродного волокнистого материала, которая будет обеспечивать непрерывный процесс обработки углеродного материала перегретым водяным паром с получением высоких прочностных свойств и пористой структуры активированной ткани, будет простой в монтаже и надежной в эксплуатации. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Установка для получения углеродного волокнистого активированного материала, содержащая вертикальную печь для активирования углеродной ткани и связанный с ней парогенератор, которые подключены к источнику питания и блоку управления, а на выходе печи установлено приемное устройство, отличающаяся тем, что печь содержит сквозной обогреваемый муфель, предназначенный для непрерывного прохождения через него обрабатываемой углеродной ткани, причем муфель расположен внутри разъемного теплоизолирующего корпуса печи, на внутренней стороне которого расположены нагревательные элементы, кроме того, на выходе печь снабжена передвижной емкостью с водой, в которую погружен нижний конец сквозного муфеля.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что парогенератор содержит испаритель и связанный с ним паронагреватель.3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что испаритель содержит корпус с набором трубок, в каждой из которых расположен нагревательный элемент.4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что паронагреватель содержит теплоизолирующий каркас, на внутренней поверхности которого расположены нагревательные элементы, а между ними смонтирован трубчатый паропровод, выполненный в виде змеевика.5. Установка по пп.1, 3, 4, отличающаяся тем, что нагревательные элементы выполнены в виде трубчатых галогеновых кварцевых ламп.6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сквозной муфель в верхней части снабжен затвором.7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что затвор выполнен в виде крышки с параллельно расположенными водоохлаждаемыми трубками, зазор между которыми регулируется.8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что по внутреннему периметру муфеля внизу его рабочей части установлена парораспределительная трубка с отверстиями, подсоединенная к паронагревателю.