Способ генерирования дисперсных частиц Советский патент 1993 года по МПК G01N15/00 

Изобретение относится к области переработки веществ в низкотемпературной плазме и может найти применение в плазмохимической технологии.

Известны способы регулирования гранулометрического состава продуктов плазмохимических процессов, основанные На изменении линейных размеров .плазменной стрУи и на изменении диаметра исходных частиц или распыляемой проволоки, i

Основные недостатки известных способов. Малый диапазон изменения гранулометрического coctaea: Невозможность направленного изменения размеров дисперсных частиц в сочетании с плохой воспроизводимостью результаTOSi Трудность поддержания оптимального режима процесса при изменении гранулометрического состава частиц.

Наиболее близким к предлагаемому является способ генерирования сферических Частиц распылением материала в виле проволоки в газоразрядной плазме с управляемыми параметрами, с последую1чей коагуляцией частиц фиксированного размера.

.В этом способе размер частиц регулируется изменением тока дуги, расхода плазмообразующего газа и скорости подачи проволоки. Температура плазмы поддерживается выше температуры плавления частиц.

К недостаткам способа следует OT-I нести сложность процесса управления гранулометрическим составом, так как размеры частиц определяются тремя выше названными параметрами процесса. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа,- т.е. расширение диапазона фиксированных размеров получаемых частиц. Поставленная цель достигается тем что в зоне переработки дисперсных продуктов формируют взвешенный слой путем подами дисперсного порошка навстречу потоку плазмообразующего газа, а генерацию воздействующей на перерабатываемые продукты плазмы осуществляют с помощью газового разряда возбуждаемого электромагнитным полем в виде дисперсных импульсов с регулируемой длительностью и частотой следования;, с целый (Экспериментального исследования йбзможности управления грануломе:трическим составом продуктов плазМо)ймимеских реакций проводились эксперименты по переработке дйсперсны с частиц Alj в плазмохимическом реакторе взвешенного слоя. Выбор сорта частиц обусловлен -их высокой химической стойкостью, что позволило избежать влияния химических реакций на продукты переработки. Механизм процесса состоит из четырех стадий: нагрев дисперсных частиц, плавление, коагуляция расплавленных частиц и охлаждение. Использование плазмохимического реактора взвешенного слоя для проведения процесса связано С тем, что с помощью взвешенного слоя можно удер): ивать частицы в плазмотроне длительное время, что особенно важно для эффективности протекания процесса коагуляции. Процесс переработки дисперсных частиц в высокочастотном плазмо троне взвешенного слоя реализуется следующим образом. I - - . В плазмохимическом реакторе формируются взвешенный слой за счет встречной подачи дисперсного порошка, и плазмообразующего газа. При этом плазмообразующий газ подают снизу вверх, а дисперсный порошок подают в верхнюю часть реактора навстречу по-« току плазмообразующего газа. Генерацию плазйы осуществляют в нижней части реактора с помощью газового разряда возбуждаемого электромагнитным полем. Электромагнитное поле, за счет которого генерируют плазму подают не непрерывно, а в виде дискретных импульсов с регулируемой длительностью и частотой следования. В импульсной плазме температура газа выше температуры плавления частиц только в момент воздействия импульсов. В результате совокупности этих операций дисперсные частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, подвергаются воздействию плазменной струи не постоянно, а периодически с частотой следования импульсов электромагнитного поля. Причем воздействие плазменной струи на частицы определяется длительностью импульсов. Так как в момент воздействия плазменной струи дисперсные частицы расплавляются и начинают укрупняться .в размерах за счет коагуляции, очевидно, что их размеры будут зависеть от времени нахождения в плазме, то есть от длительности импульсов электромагнитного поля и частоты их следования. За счёт воздействия надисперсный порошок, находящийся во взвешенном слое плазмы, генёр|ируемой электромагнитным полем, имеющим форму дискретных импульсов с регулируемой длительностью и частотой следования, процесс коагуляций частиц протекает более интенсивно с увеличением длительности импульсов и с уменьшением частоты их следования. Выбор длительности и частоты дискретных импульсо в определяются в основном тремя факторами: размерами перерабатываемых частиц, концентрацией частиц, теплофизическими свойствами вещества частиц. Необходимь1м условием для успешной реализации данного способа являются л , л. р , где Сц - время нагрева частИц до температуры плавления; длительность импульса} период дискретных импульсов; время температурной релакса ции чactиц. Следовательно, изменяя длительность и частоту следования дискретных импульсов электромагнитного поля, генерирукяцего плазму, можно управлять гранулометрическим составом дисперсных веществ, перерабатываемых в i электроразрядной плазме. Пример. Реализация способа сводится к следующим операциям: вкЛочение импульсного высокочастотного генератора с 5 регулируемой частотой и длительностью следуемых импульсов (f д(,а 2-300000 Гц Симп - 100 МКС - 1,0 с, Pyf 0,2 0,4 КВТ/СМ, включение подачи пяазнообразующего газа через нижнюю часть плазмотрона (с 0,1 - 100 л/мин)J включение подачи дисперсного порошка через верхнюю часть плазмотрона {диа метр частиц от единиц до сотен микрон), регулируя скорость подачи дисперсного порошка и плаймообразующего таза формируют азвёшенный слой, на-. ходящийся под воздействием потока плазмы; переключением частоты еледования и длительности импульсов при ПОМО1.ЧИ молулятора и высокочастотного генератора в плазмохимическом реакторе дисперсные частйць подвергаются воздействию плазменной струи не по;стряннб, а пёр йодйчески с заливаемой частотой следования импуль.сов. (Частота слелования дисперсных иМпулъсов от сотен до единиц Гц). 2 При переработке с исходным средним размером частиц, равным О йкм при скорости подачи перерабатываемого продукта 1,5 - 2 г/с и плазмообразую1чего газа-аргона 5 м/с, температура плазмы равнялась Т, К. Изменяя частоту следования импульсов электромагнитного поляJ поддерживающего плазму, в следующей последовательности: 50 20, 15 Гц (при скважности 2), получаем частицы со слё/1ую11(ими Средними размерами соответственно: Vs, 110, 190 мкм. Использование предлагаемого изобретения позволит значительно увеличить точность и плавность регулирования гранулометрического состава порошкообразных материалов. Кроме того, использование данного способа позволит увеличить экономическую эффективность плазменной переработки веществ, что особенно важно при эксплуатации установок большой мощности.