Прибор для исследования физико-химических и газодинамических процессов Советский патент 1991 года по МПК G01N33/22 

Изобретение относится к металлу - гии, в частности к устройствам для исследования физико-химических и газодинамических процессов при термохимической обработке диспергированных материалов во взвешенно-фонтани- рующем слое.

Цель изобретения - расширение технологических и эксплуатационных возможностей.

На чертеже приведено схематическое изображение прибора.

Прибор для исследования физико- химических и газодинамических процессов состоит из реактора 1, диафрагмы 2, термопарного чехла 3, загрузочного крана 4, разгрузочного крана ,5, холодильника 6, закалочного при- емника -7, газоподводящей трубки 8, газоотводящей трубки 9, силитовой печи 10, гасителя 11 скорости час- 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 внутрен- нему диаметру нижней .трубки реактора. Гаситель 11 скорости частиц предназначен для предотвращения выноса частиц материала и выполнен в виде двух усеченных конусов, конусность которых больше угла естественного откоса исследуемого материала (для сыпучих материалов, используемых во взвешен- но-фонтанирующем слое, 60-65 ), сва

0 5

Q

Q

5

5

5

ренных по большому диаметру, равному (2,5-3,0)d реактора, 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 из 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 закалочньй приемник 7с трубками для подвода и отвода холодного очищенного азота (аргона) . В реактор впаян термопарный чехол 3, служащий для установки термопары для измерения температуры внутри реактора.

В верхней части реактора выше диафрагмы расположена катушка 12 индуктивности, охватывающая реактор и выполненная из платинового провода. Катушка предназначена для непрерывного измерения физико-химических свойств материала, изменяющихся впро-г цессе термообработки. Она расположена на реакторе- так, чтобы измерения

516

проводить в центральной части фЪн- тана.

На газоподводящей трубке 8 и га- зоотводящей трубке 9, расположенных соответственно в нижней части реактора и в верхней после холодильника, установлены буферные емкости 13, представляющие собой цилиндры, единичный объем которых равен соответственно: 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 следовательно, обеспечивается точность измерений. Установлено, что увеличение объемов буферных емкостей не влияет на точность измерений, тогда как уменьшение объемов резко снижает точ- ность измерений,

Реактор помещен в силитовуга пень 10, служащую для его нагрева до заданной температуры.

Прибор работает следующим образом

В реакторе 1, помещенный в сили- товую 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-фоитанирующем слое. При проведении исследований с горючими газами реактор предварительно продувают нейтральным газом (агоном, азотом) . На поток рабочего газа с помощью загрузочного крана 4 подается навеска исследуемого материала (измельченная руда, рудно-топливные гранулы металлические порошки и т.п.). Материал обрабатывается рабочим газом во взвешенно-фонтанирующем слое, образующемся за счет перепада давления на конусной диафрагме 2. При термической обработке происходят химические реакции (восстановительные или окислительные), сопровождающиеся из0

84

5

5

0

0

5

0

5

0

5

3 6

менением расхода газа на выходе из реактора. Скорость химических еакций 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 б 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 электрических колебаний и па начальной стадии физико-химического процесса обладает начальной индуктивностью, которая непрерывно изменяется при термической обработке материала и постоянно регистрируется. Изменение электрических параметров (индуктивности) 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, гт;е частицы, осевшие на конус, скатываются в реактор. Благодаря наличию буферных см- . костей 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 (эксперимента) прекращается при полном его завершении или прерывается на каком-то.характерном участке, который выбирается при непрерывном контроле измерения индуктивности 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 рен- тгенофазовых исследований.

Предложенные конструктивные доработки прибора позволяют существенно повысить его технологические и экс

71

плуатационные возможности. Разборная конструкция реактора с оперативной заменой диафрагм и введение в прибор гасителя скорости частиц обеспечивают значительное расширение диапазона исследуемого материала по крупности частиц, так как создают возможность изучения процессов обработки во взве шенно-фонтанирующем слое материалов, имеющих различную скорость витания, обеспечивают возможность проведения исследований с различными рабочими газами, имеющими разную плотность, исключают вынос частиц материала. С помощью буферных емкостей, подавляющих пульсацию давления газа на входе и выходе приборами катушки индуктивности обеспечивается точный замер расходных газовых показателей, непрерывный контроль хода физико-химических изменений материала, т.е. исследование кинетики различных процессов, протекающих с участием твердой и газообразной фаз.

Формула изобретения

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

8

5

5

0

0

зочным и разгрузочным кранами, трубками для подвода и отвода газов, холодильником и приемником для закалки проб, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических и эксплуатационных возможностей, он снабжен буферными емкостями, расположенными на трубках для подвода и отвода газов гасителем скорости частиц, размещенным в верхней части реактора перед холодильником, катушкой индуктивности, охватывающей реактор и установленной между гасителем скорости и диафрагмой, причем верхняя часть реактора между диафрагмой и гасителем скорости выполнена в виде двух коаксиально расположенных труб, контактирующих боковыми поверхностями, нижний торец внутренней трубы фиксирует диафрагму, а ее внутренний диаметр равен внутреннему диаметру реактора для диафрагмы.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что гаситель скорости выполнен в виде двух усеченных конусов, соединенных по большому диаметру, причем угол наклона образующей нижнего коьуса равен 60-65°, а диаметр гасителя составляет (2,5-3,0) диаметра реактора.

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