УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАФИТА ТЕРМОРАСШИРЕННОГО Российский патент 2020 года по МПК C01B32/225 H05B6/78 

Изобретение может быть использовано в атомной, авиационной, судостроительной, химической промышленности. Предлагаемое устройство позволяет получать графит терморасширенный из его окисленных форм с помощью ЭМП СВЧ диапазона, полученный графит может быть применен в качестве адсорбента газов, нефтепродуктов, функциональной добавки к связующим стеклопластиков, компаундов и другим полимерным материалам, изготовления прокладок и набивок.

Уровень техники

Известно устройство для получения расширенного графита (патент FR №1585066, кл. С01В 31/04, опубл. 1970), состоящие из теплоизолированного корпуса и трубчатых нагревателей, тепло которых передается частицам окисленного графита, поступающих в эти нагреватели, в результате чего регулярная кристаллическая структура природного графита разрушается с образованием вспененного графита малой насыпной плотности.

Недостатком известных устройств является высокая энергоемкость и температура процесса (до 1300°С), невозможность одновременного прогрева всей массы окисленного графита до температуры расширения, низкое качество получаемого продукта, характеризующееся большим разбросом значений насыпной плотности - до 40%, необходимость нагрева рабочей поверхности камеры до температуры свыше 1000°С обуславливает высокую энергоемкость процесса, низкий выход готового продукта (до 50% по массе) по отношению к исходному.

Известно устройство для получения расширенного графита (А.с. СССР №1630213, кл. С01В 31/04, опубл. 1990) содержащее последовательно бункер-питатель окисленного графита, емкость для его смешения с подогретым газом-носителем, рабочую камеру с трубчатым нагревателем, трубку для подачи смеси окисленного графита с подогретым газом-носителем и выходной бункер-накопитель.

Данное устройство позволяет получать расширенный графит с насыпной плотностью 0,3-6,0 г/л в количестве 1,5-5,0 кг/ч, при этом удельная затрата электроэнергии составляет более 1 квт. ч на 1 кг расширенного графита.

Недостатком известного устройства является невозможность одновременного прогрева всей массы окисленного графита до температуры расширения и, как следствие этого, низкое качество получаемого продукта, характеризующееся большим разбросом значений насыпной плотности - до 40%.

Кроме того, необходимость нагрева рабочей поверхности камеры до температуры свыше 1000°С обуславливает высокую энергоемкость процесса и большой процент потерь (до 50%) из-за частичного сгорания исходного графита, а также применение дорогостоящих жаропрочных конструктивных материалов.

Известен способ и установка для производства терморасширенного графита (патент RU 2524933, кл. С01В 31/04, Н05В 6/54, опубл. 10.08.2014) содержащая загрузочное устройство, волновод, бункер-накопитель, устройство подачи продувочного газа, СВЧ-генераторы, отличающаяся тем, что в качестве волновода выбран круглый волновод, который снабжен газовыми клапанами, при этом волновод разделен на секции, содержащие по одному рупорному излучателю, имеет продольные щели и окна связи с изолирующими кварцевыми вставками и соединен с бункером-накопителем; в качестве СВЧ-генераторов выбраны магнетронные генераторы, которые расположены со стороны нижней части круглого волновода и соединены с ним через рупорные излучателей и окна связи; установка выполнена в виде ленточного конвейера, имеющего нижнюю и верхнюю ленты из кварцевой ткани, содержит формирователи лент, обеспечивающие формирование транспортировочного рукава круглого сечения, а также, по крайней мере, два рупорных излучателя, со стороны верхней части круглого волновода расположено вытяжное устройство, соединенное с ним через вентиляционный канал и продольные щели, внутри круглого волновода расположены изолирующие кварцевые кольца.

Недостатками известной установки является: сложность аппаратурного оформления не обеспечивающая безопасную и бесперебойную ее работу, отсутствие стойки управления не позволяет оптимально контролировать и управлять работой устройства при наличии нескольких СВЧ-генераторов.

Сущность изобретения

Наиболее близким по технической сущности является устройство для получения расширенного графита из его окисленных форм (патент RU 2125015, кл. С01В 31/04, Н05В 6/54, опубл. 20.01.1999), включающее бункер-питатель, соединенный с рабочей камерой, связанной с бункером накопителя, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена в виде вращающейся диэлектрической трубы, проходящей через волновод, вход которого соединен с СВЧ-генератором, а выход - с поглотителем энергии СВЧ, при этом вне волновода диэлектрическая труба размещается в металлическом корпусе, состыкованном с волноводом, при этом вход диэлектрической трубы сочленен желобом с питателем и через штуцер - с устройством подачи воздуха, а выход - с бункером накопителя. Расположение диэлектрической трубы по отношению к горизонту регулируется от 15 до 30° подъемным устройством.

Недостатком данного устройства является размещение СВЧ-генератора вне корпуса устройства, что снижает безопасность персонала при эксплуатации устройства и увеличивает его габариты, возможность смещения диэлектрической трубы в рабочей камере при изменении угла ее наклона относительно горизонта, невозможность оптимального поддержания заданного пространственного расположения диэлектрической трубы при заданных параметрах ее вращения и наклона относительно горизонта. Отсутствие стойки управления не позволяет оптимально контролировать и управлять работой устройства.

Технической задачей настоящего изобретения является обеспечение безопасности персонала, оптимизация процесса управления, обеспечение безотказности работы устройства.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в устройстве для получения графита терморасширенного содержащей раму, кожух, рабочую камеру, волноводные фильтры, втулки, диэлектрическую трубу, опорные ролики, упорные ролики, ведущие ролики, волновод, водяную нагрузку, генератор ЭМП СВЧ диапазона, волноводный ферритовый вентиль, шнековый бункер-питатель, желоб, электропривода вращения шнекового питателя и ведущих роликов, источника тока, стойку управления и контроля, бункер-накопитель, компрессор и систему подачи воздуха, подъемное устройство с электроприводом, новым является то, что генератор ЭМП СВЧ диапазона расположен внутри устройства за съемным кожухом, при этом на выходе генератора ЭМП СВЧ диапазона установлен волноводный ферритовый вентиль, диэлектрическая труба на входе и выходе проходит через втулки, при этом втулка на входе опирается на ведущие и упорные ролики, а втулка на выходе опирается на опорные ролики, источник тока размещен внутри стойки управления и контроля.

На фиг.1 показан эскиз устройства для получения графита терморасширенного. Заявляемое устройство состоит из рамы 1, кожуха 2, рабочей камеры 3, волноводных фильтров 4, втулок 5, диэлектрической трубы 6, опорных роликов 7, упорных роликов 8, ведущих роликов 9, волновода 10, водяной нагрузки 11, генератора ЭМП СВЧ диапазона 12, волноводного ферритового вентиля 13, шнекового бункера-питателя 14, желоба 15, электроприводов вращения шнекового питателя и диэлектрической трубы (не показаны), источника тока 16, стойки управления и контроля 17, бункер-накопитель (не показана), компрессора и системы подачи воздуха (не показаны), подъемного устройства с электроприводом (не показаны).

Основание 1 представляет собой раму, сваренную из прямоугольных труб, на которых располагаются основные узлы установки, при этом рама закрыта съемным защитным металлическим кожухом 2, рабочая камеры 3 с одной стороны посредством волновода 10 и через волноводный ферритовый вентиль 13 соединена с генератором ЭМП СВЧ диапазона 12, с другой стороны рабочая камера соединена с водяной нагрузкой 11. Волноводный ферритовый вентиль 13 и водяная нагрузка 11 предназначены для защиты генератора ЭМП СВЧ диапазона 12 при отсутствии окисленного графита в диэлектрической трубе 6. Диэлектрическая труба 6 свободно проходит через втулки 5, волноводные фильтры 4, рабочую камеру 3 и имеет возможность вращения с помощью ведущих роликов 9 и электропривода (не показан). Волноводные фильтры 4 предотвращают утечку ЭМП СВЧ диапазона из рабочей камеры 3. Втулка 5 установленная на выходе диэлектрической трубой 6 вместе с последней свободно расположены на опорных роликах 7, втулка 5 установленная на входе диэлектрической трубы 6 вместе с последней свободно упирается в упорные ролики 8 предотвращающие смещение диэлектрической трубой при изменении угла ее наклона относительно горизонта с помощью подъемного устройства (не показано).

Шнековый бункер-питатель 14 предназначен для загрузки и подачи окисленного графита с помощью электропривода (не показан) по желобу 15 на вход диэлектрической трубы 6, компрессор и системы подачи воздуха (не показаны) обеспечивают перемещение окисленного графита, а в последующем и терморасширенного графита внутри диэлектрической трубы 6. Источник тока 16 обеспечивает питанием генератор ЭМП СВЧ диапазона 12 и электропривода шнекового питателя, диэлектрической трубы, подъемного устройства (не показаны), аппаратуру управления и контроля расположенной в стойке управления и контроля 17. Стойка управления и контроля 17 предназначена для размещения источника тока 16, аппаратуры управления и контроля технологическими параметрами работы устройства, емкость для сбора обработанного материала (не показана) предназначена для сбора полученного терморасширенного графита, подъемное устройство с электроприводом (не показаны) обеспечивает угол наклона диэлектрической трубы 6 относительно горизонта.

Пример реализации

Заявляемое техническое устройство работает следующим образом: Исходный материал (окисленный графит) загружается в шнековый бункер-питатель 14, с помощью стойки управления и контроля 17 включается источник тока 16, генератор ЭМП СВЧ диапазона 12, компрессор и системы подачи воздуха (не показаны), электропривода вращения шнекового питателя и диэлектрической трубы (не показаны). Из шнекового бункера-питателя 14 через желоб 15 окисленный графит поступает во вращающуюся диэлектрическую трубу 6 и под действием подаваемого компрессором (не показан) через систему подачи (не показана) на вход диэлектрической трубы 6 воздуха, вращения и наклона диэлектрической трубы 6 окисленный графит перемещается вдоль диэлектрической трубы 6. В процессе перемещения окисленный графит проходит через рабочую камеру 3, где происходит его СВЧ-нагрев с последующим расширением. Расширенный графит под действием подаваемого воздуха, наклона и вращения диэлектрической трубы 6 поступает в бункер-накопитель (не показан). Скорость перемещения окисленного графита материала, а следовательно и время воздействия на него ЭМП в рабочей камере определяется давлением воздуха на входе диэлектрической трубы 6 создаваемым компрессором системы подачи воздуха (не показаны), углом наклона к горизонту диэлектрической трубы регулируемым подъемным устройством с электроприводом (не показаны) и скоростью ее вращения. При этом втулки 5, ведущие ролики 9, опорные ролики 7, упорные ролики 8 позволяют обеспечить заданное пространственное расположение диэлектрической трубы 6 в рабочей камере 3, обеспечить заданные параметры вращения и предотвращают ее смещение при изменении угла ее наклона относительно горизонта.

Указанное выше функционирование устройства находится в причинно-следственной связи с технологическим процессом получения графита терморасширенного.

Устройство успешно прошло лабораторные испытания.

В качестве устройства применялась установка, мощностью 5 кВт, производитель - АО «НИКИМТ-Атомстрой».

Основные характеристики устройства приведены в таблице 1.

В качестве исходного сырья - окисленный графит марок EG-400 и EG-802H группы компаний «ХИМПЭК».

Физико-химические показатели полученного графита терморасширеннго приведены в таблице 2. Для получения графита терморасширенного с насыпной плотностью 5 кг/м³ удельные затраты энергии составили 0,5 кВт⋅час/кг.

Размещение источника тока в стойке управления позволило улучшить эргономику обслуживания и управления устройством. Размещение генератора ЭМП СВЧ диапазона внутри устройства за съемным кожухом позволило обеспечить безопасность персонала при эксплуатации устройства, а также повысить компактность устройства. Применение волноводного ферритового вентиля, установленного на выходе генератор ЭМП СВЧ диапазона гарантированно обеспечивает долговременную безотказную работу данного генератора при отсутствии обрабатываемого материала в рабочей камере. Применение втулок, ведущих, упорных и опорных роликов позволяет обеспечить заданное пространственное расположение диэлектрической трубы в рабочей камере, обеспечить заданные параметры вращения и предотвращает ее смещение при изменении угла ее наклона относительно горизонта.

Устройство относится к атомной, авиационной, судостроительной и химической промышленности и может быть использовано при изготовлении прокладок и набивок, адсорбентов газов или нефтепродуктов, функциональных добавок к связующим стеклопластиков и компаундов. Устройство содержит раму 1, съёмный кожух 2, рабочую камеру 3, выполненную в виде вращающейся диэлектрической трубы 6, волноводные фильтры 4, втулки 5, опорные ролики 7, упорные ролики 8, ведущие ролики 9, волновод 10, водяную нагрузку 11, генератор 12 ЭМП СВЧ диапазона, волноводный ферритовый вентиль13, шнековый бункер-питатель 14, жёлоб 15, источник тока 16, стойку 17 управления и контроля. Техническим результатом является обеспечение безопасности персонала, оптимизация процесса управления, обеспечение безотказности работы устройства. 1 ил., 2 табл.

Устройство для получения графита терморасширенного, включающее рабочую камеру, выполненную в виде вращающейся диэлектрической трубы, проходящей через волновод, вход которого соединен с СВЧ-генератором, а выход - с поглотителем энергии СВЧ, отличающееся тем, что генератор ЭМП СВЧ диапазона расположен внутри устройства за съемным кожухом, при этом на выходе генератора ЭМП СВЧ диапазона установлен волноводный ферритовый вентиль, диэлектрическая труба на входе и выходе проходит через втулки, при этом втулка на входе опирается на ведущие и упорные ролики, а втулка на выходе опирается на опорные ролики, источник тока размещен внутри стойки управления и контроля.