Промышленные технологии и инновации. Оборудование для наноиндустрии и технология его изготовления. Ткачев А.Г - 20 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

I II III IV
5
10
15
20
25
30
Потребление, т
2005 2–3 года 4–6 лет 7–10 лет
τ, годы
Рис. 17. Кривая прогнозирования
и следовательно, дополнительных расходов на модернизацию уже используемого технологического оборудования. В
совокупности с неизбежным снижением цен на УНМ, по мере появления новых производителей и совершенствования
технологий их получения это резко увеличит экономическую привлекательность в использовании УНМ, а следовательно, и
спрос на УНМ.
На основании вышеуказанных соображений, а также с учётом определённых рисков, связанных с отсутствием в данное
время рынка УНМ в Российской Федерации, был установлен объём выпуска УНМ, соответствующий начальной стадии
организации индустриального производства – 2000 кг/год. Данная производительность может быть принята в качестве
исходной единичной мощности реактора.
1.3.2. ЁМКОСТНОЙ РЕАКТОР СИНТЕЗА УНМ С НЕПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ
КАТАЛИЗАТОРА
Несмотря на определённую экзотичность синтезируемого продукта, к реакторам для синтеза УНМ можно в полной
мере применить известные классификационные признаки химических реакторов, которые позволяют установить единые
подходы к методике их проектирования.
Для всех рассматриваемых вариантов осуществления CVD-процесса образования углеродных наноструктур общим
является то, что синтез ведётся в нестационарном режиме протекания гетерокаталитических, эндотермических,
массообменных процессов, в среде инертных газов. Обязательным условием является наличие в реакционной зоне
углеродсодержащих компонентов в газовой фазе.
Отсутствие инвариантности в установлении обозначенных выше признаков реактора связано с обязательными
условиями осуществления процесса образования и роста углеродных, табулированных наноструктур из пироуглерода,
получаемого при каталитическом разложении углеводородов.
Наиболее приемлемыми вариантами конструктивного оформления реакторов CVD-синтеза УНМ для производства
наноуглерода в промышленных объёмах являются:
− непрерывно действующие аппараты трубчатого типа с перемещаемым слоем катализатора;
− реакторы с ожиженным слоем катализатора периодического и непрерывного действия;
− ёмкостные реакторы периодического или полунепрерывного принципа действия с неподвижным слоем
катализатора.
Во всех этих реакторах предполагается использование мелкодисперсного сыпучего катализатора.
Неоднозначность выбора конкретного типа оборудования объясняется тем, что каждый из них имеет свои очевидные
преимущества и недостатки.
Несмотря на кажущуюся привлекательность использования конструктивно простой и технологичной трубчатой формы
аппарата, в процессе реального проектирования проявляется целый ряд труднопреодолимых препятствий, которые ставят
под сомнение рациональность такого решения.
Так, в условиях осуществления синтеза УНМ в проточных трубчатых реакторах практически невозможно
стабилизировать условия синтеза по длине аппарата, что приводит к стохастическому изменению кинетических параметров
процесса и, как следствие, неуправляемому варьированию морфологических и иных качественных характеристик,
получаемых УНМ.
Для исключения возможного уноса частиц катализатора в трубчатых реакторах устанавливают малые скорости газа,
соответствующие ламинарным режимам течения, что часто не обеспечивает оптимальные режимы протекания процесса
синтеза УНМ. Кроме того, при ламинарном режиме движения газового потока наблюдается градиент скоростей по сечению
аппарата, что приводит к проскоку газа в центральной зоне.
Вариант размещения катализатора на внутренней цилиндрической поверхности трубчатого реактора с его
последующим вибротранспортом вдоль реакционной зоны не обеспечивает постоянства толщины слоя и сопровождается
соударениями, вызывающими деформацию или частичное разрушение растущих нанотрубок.
Представляет интерес сравнительный анализ трубчатых и ёмкостных реакторов (рис. 18), в которых рост УНМ
происходит в тонком слое сыпучего катализатора. Анализ накопленных исследователями данных позволяет сделать

Страницы