ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Примеры процессов, использующих плазменную технику из "Машиностроение энциклопедия Раздел IV Расчет и конструирование машин ТомIV-12 Машины и аппараты химических и нефтехимических производств" Область применения плазмохимических установок чрезвычайно велика плазменная металлургия получение синтез-газа из природного метана получение оксида азота из воздуха, получение цианистых и фтористых соединений и т. п. [c.449] При гомогенном плазмохимическом процессе, например при пиролизе метана, важным фактором, определяющим его эффективность, является задача смешения исходного газообразного сырья с плазмой, его нагрев до температуры реакции и химические взаимодействия в реакторе. Применяют три способа ввода исходных веществ в поток плазмы спутный, поперечный и под углом к потоку. Для газообразного сырья наиболее эффективна поперечная подача через отверстия в реакционном канале. По такой схеме построены реакторы известных мировых производителей (рис. 4.6.7). [c.449] Электроразрядный реактор фирмы Хюльс (рис. 4.6.7, а), предназначенный для пиролиза природного газа, выполнен на базе линейного плазмотрона постоянного тока мощностью 8,2 МВт с холодным катодом и вихревой стабилизацией разряда. Между катодом диаметром 150 мм и трубчатым анодом длиной 1500 мм и диаметром 100 мм в вихревую камеру подают метан (природный газ). В результате его пиролиза на выходе получают до 14,5 % ацетилена и 63,4 % водорода при расходе электроэнергии 103 кВт ч на 1 кг ацетилена. [c.449] Реактор фирмы Дюпон (Франция) (рис. 4.6.7, б) коаксиального типа имеет графитовый катод, непрерывно подаваемый в плазмотрон, а также магнитную систему 10 вращения дуги. Ввиду высокой частоты вращения дуги (8000 об/мин ) происходит более равномерный прогрев сырья, что увеличивает выход ацетилена до 16... 18 %. Кроме того, появляется существенная доля этилена в выходном газе (до 5...7%). [c.449] Плазма разогревает монокристапличе-скую затравку и создает на ее поверхности зону расплава 4. Сбоку в плазменную струю подается исходный материал в виде прутка 5, который, попадая в высокотемпературную зону, оплавляется, и жидкий металл каплями 6 стекает в зону расплава на торце монокристал-лической затравки, обеспечивая тем самым непрерывную подпитку расплава. Одновременно с процессом подпитки расплава жидким металлом происходит опускание затравки монокристалла со скоростью, обеспечивающей нормальный процесс кристаллизации. [c.450] Процесс выращивания монокристаллов с помощью плазменной дуги предъявляет к конструкции плазмотрона специфические требования. С одной стороны, нужно обеспечить аксиальную устойчивость плазменной дуги, что достигается ее газодинамическим сжатием. [c.450] С другой стороны, для обеспечения равномерного прогрева зоны расплава в радиальном направлении и уменьшения кривизны фронта кристаллизации необходимо иметь более широкую дугу вблизи анода. [c.451] Этим требованиям в достаточной степени удовлетворяет электродуговой плазмотрон, входящий в комплект промышленной установки плазменного выращивания монокристаллов тугоплавких металлов Монокристалл ПД-3 (рис. 4.6.9). Он состоит из вольфрамового катода 1 с держателем 2 и формирующего сопла 3. Вторым электродом плазменной горелки (анодом) служит выращиваемый монокристалл. Мощность такого плазмотрона составляет 30 кВт, которой достаточно для получения монокристаллов вольфрама диаметром 50 мм [11]. [c.451] Плазменный метод позволяет также проводить процессы выращивания монокристаллов оксидов металлов, в частности оксидов алюминия, и получать конечный продукт технического и ювелирного качества. В этом случае становится крайне необходимым выполнение требований к чистоте плазменной струи, поэтому применяют безэлектродные ВЧ-плазмотроны, плазма которых не загрязнена продуктами эрозии электродов. Они позволяют проводить процесс выращивания монокристаллов в особо чистых условиях. Кроме того, большой ресурс работы ВЧ-плазмотронов снимает ограничения по длительности проведения процесса, что дает возможность, не форсируя технологический режим, получать кристаллы высокого качества. ВЧ-плазменная установка для выращивания монокристаллов рубина и сапфира состоит из высокочастотной катушки 9 (индуктора), внутри которой находится кварцевая разрядная камера (рис. 4.6.10). Исходный материал в виде тонкодисперсного порошка оксида алюминия подается в центральную зону плазмы 2 с помощью специального устройства. [c.451] Производительность такой установки относительно высокая при мощности ВЧИ-разряда всего 6,5 кВт удается сфероидизи-ровать 1,5...2 кг/ч порошка оксида алюминия с исходным размером фракций 63... 100 мкм. Для сравнения отметим, что при аналогичной производительности мощность дугового плазмотрона должна быть порядка 100 кВт. В высокочастотной плазме, характеризующейся низкими скоростями газа, обрабатываемые частицы двигаются медленно (2...5 м/с), что значительно повышает эффективность их обработки (табл. 4.6.1)137]. [c.452] Эффективность сфероидизации (тепловой КПД нагрева порошка, %) при различных способах нагрева приведена ниже. [c.453] Из многообразия технологического применения плазмохимических установок с центробежными реакторами можно отметить процессы получения плавленного оксида алюминия, тугоплавкого стекла, а также различных металлов и других веществ из руд [10]. [c.454] Тарата. Л. Изд-во ЛГУ, 1976. 240 с. [c.454] Вернуться к основной статье