ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Плазмохимические процессы в химической технологии из "Теоретические основы химической электротермии" Значительные перспективы имеются в области получения чистых и высОкочистых, например полупроводниковых, материалов, так как в плазмохимических процессах, протекающих в ВЧ- и СВЧ-плазме, чистота продуктов определяется только чистотой исходного сырья. [c.51] Большинство представляющих практический интерес плазмохимических процессов с технологической точки зрения одностадийны и, кроме того, они хорошо моделируются, оптимизируются, управляются. Управлять низкотемпературной плазмой можно газо- и электродинамическими методами, применение которых позволяет уменьшить и смягчить требования к конструкционным материалам плазмотрона и реактора. Важное достоинство плазмохимических процессов — общность их технологической организации в области создания и управления реактором. [c.51] Однако следует всегда учитывать, что проблемы подготовки сырья и выделения целевого продукта остаются, а иногда именно они становятся главным препятствием на пути внедрения и освоения плазмохимической технологии. [c.52] Плазмохимические процессы условно можно разделить на-две группы квазиравновесные и неравновесные [3 с. 4, 411— 433]. Для первых характерно, что акт кТ. Химическая реакция, являющаяся по своему существу неравновесным процессом, не вносит существенных изменений в равновесное распределение частиц по энергиям. В системе сохраняется практически невозмущенное МБ-распределение частиц по энергиям и скорости. Поэтому при описании квазиравновесных плазмохимических процессов можно использовать основные положения химической кинетики и, в частности, уравнение Аррениуса, устанавливающее связь между коэффициентом скорости химической реакции и температурой. Для выбора оптимальных условий необходимо знать термодинамические и кинетические особенности процессов и правильно решить вопрос закалки целевых продуктов реакции. [c.52] Для описания плазмохимических процессов, протекающих в неравновесных условиях, пользоваться обычными представлениями химической кинетики нельзя. В этой ситуации необходимо знать законы распределения частиц по энергиям, эволюцию этих законов во времени, сечения различных процессов и реакций, зависимость их от энергии. [c.52] К квазиравновесным плазмохимическим процессам относятся такие высокотемпературные процессы, как пиролиз углеводородов, хлоруглеводородов, фторуглеводородов получение окислов азота восстановления элементов из руд, окислов, хлоридов получения тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, окислов). Эти процессы проводят обычно при 1000—5000 К и близких к атмосферному давлениях. Конечный результат и характер химических превращений, происходящих при температурах порядка нескольких тысяч градусов в квазиравновесных условиях, в значительной степени определяются термодинамическими свойствами веществ, участвующих в той или иной из ее стадий [3 4, с. 411—433]. [c.52] Квазиравновесные плазмохимические процессы в свою очередь могут быть разделены на две группы в зависимости от того, являются ли целевые продукты промежуточными или конечными при химическом взаимодействии. Для анализа процессов первого типа существенно изучение кинетических закономерностей и определение времени контакта. Требования к закалке вытекают из кинетики процесса. К этому типу процессов относится, в частности, получение ацетилена из углеводородов. [c.52] Понижение температуры сменяется повышением вследствие выделения теплоты при образовании углерода. По мере роста температуры процесс разложения ацетилена ускоряется. Поэтому повышение температуры плазменной струи нежелательно. Для его устранения необходимо провести принудительную закалку. [c.53] Характер изменения кривой скорости плазменной струи объясняется тем, что оно зависит не только от температуры, но и от состава газовой смеси (концентраций различных компонентов и их молекулярных масс). [c.54] Анализ полученных результатов, и сравнение их с данными по кинетике таких же реакций, протекающих в неподвижной среде, показывают, что струя играет роль переносчика химических реакций. Газодинамические явления практически не изменяют кинетических соотношений для изучаемых реакций и характерных интервалов продолжительности их отдельных стадий, а лишь в большей или меньшей степени растягивают эти реакции в пространстве. В то же время химические реакции, протекающие в плазменной струе, оказывают существенное влияние на динамику движения, т. е. температуру, плотность, вязкость струи, а следовательно, и ее скорость. Вследствие этого влияния начальная скорость потока газа должна быть выше некоторого критического значения. При очень малых скоростях значительное понижение температуры плазменной струи, сопровождаемое также значительным понижением скорости, может привести к нарушению режимов в струе. [c.54] При получении ацетилена плазмохимическим методом в качестве исходного сырья можно использовать различные виды углеводородов природный газ, легкий бензин, газоконденсаты, газойль, нефть, нафта, бурый уголь. Возможность использования широкого спектра исходных углеводородов для синтеза.ацетилена является одним из преимуществ плазмохимического процесса. [c.54] К процессам, в которых целевые продукты образуются на промежуточных стадиях химических превращений, относится также совместное получение ацетилена и цианистого водорода из природного газа в азотной плазме [10]. Как следует из рис. П1.3, концентрации целевых продуктов резко зависят от температуры максимуму для ацетилена соответствует 2000 К, а цианистого водорода — 4200 К. [c.54] В группе, где целевые продукты являются конечными термодинамическими продуктами химических превращений, можно выделить процессы окисления и процессы восстановления. [c.54] При организации процесса совместного получения окислов азота и фосфора сжиганием элементарного фосфора или печных газов фосфорного производства в воздушной плазме наблюдается снижение энергозатрат на 20—30% по сравнению с плазмохимическим процессом получения только окислов азота из воздуха. При этом появляется воз- можность разработки технологии производства комплексных фосфор-азотсодержаших удобрений. [c.55] К окислительным квазиравновес- 1Л ным плазмохимическим процессам относится также получение пигментной двуокиси титана окислением тетрахлорида титана в плазме. Термодинамическая оценка про-цесса показывает, что равновесие сдвинуто в сторону желательных продуктов уже при комнатной температуре. Однако скорость реакции в этих условиях ничтожно мала. [c.55] При 1000—1500 К скорость реакции резко возрастает и она протекает за времена 10 —10 с. [c.55] Известный интерес представляют плазмохимические процессы получения тонкодисперсного порошка окиси алюминия окислением в ВЧ-плазме кислородом порошка алюминия окислов молибдена, урана, ниобия, тантала и др. окислением их хлоридов в плазме синтез озона образование фторидов азота и кислорода в плазме [11]. [c.55] Исследование поведения твердых частиц в плазме позволило разработать способы получения порошков вольфрама, молибдена, титана, ванадия, циркония восстановлением соответствующих окислов в плазменной струе водорода. Исследованы технологические параметры процессов на лабораторных установках спроектированы укрупненные плазменные установки [12]. [c.56] Экспериментально изучено восстановление тетрахлоридов кремния, германия и титана, хлорида и фторида бора, хлоридов тантала и ниобия. В настоящее время накоплен известный опыт получения порошков тугоплавких карбидов, нитридов, бо-ридов, силицидов в низкотемпературной плазме. [c.56] Изучение процессов образования в азотной плазме нитридов алюминия, титана, циркония, молибдена, вольфрама из металлов показало, что основными стадиями здесь являются плавление металла растворение атомарного азота в расплаве непосредственно химическая реакция. Лимитирующая стадия — диффузия атомов азота. [c.56] Вернуться к основной статье