Стационарный плазмохимический реактор

Союз Советских Социалистнческмх Республнк(22) Заявлено Об . 01. 77 (2 ) 2438319/18-25с присоединением заявкн Нов(51)М. Кл. Н 05 Н 1/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СТАЦИОНАРНЫИ ПЛАВ.ОХИМИЧЕСКИИ РЕАКТОР Изобретение относится к плазменной химической технологии и может быть использовано для проведения диссоциации и синтеза химических элементов, находящихся в различных агрегатных состояниях.Известны устройства, представляющие собой специализированные установки для осуществления химических реакций в плазме с использованием разных видов электрических разрядов 1 1.Недостатки известных плазмохимических реакторов связаны с трудностями выбора оптимального теплового режима электродов и стенок реакционной камеры в условиях изотермической плазмы. Под действием тепловых потоков стенки камеры и электроды горят и подвергаются эрозии, что не позволяет существенно повысить температуру реагирующей среды и.сильно снижает ресурс реактора.Ближайшим техническим устройством к предложенному является стационарный плазмохимический реактор, содержащий металлическую реакционную .камеру, электронную пушку и коллектор, расположенные соосно в торцевых частях камеры, магнитные катушки, создающие магнитное поле вдоль оси электронной пушки, а также аэродинамнческое сопло для ввода рабочеговещества поперек оси электронной пушки 21В зоне пересечения электронногопучка и струи рабочего вещества возникает неизотермическая плазма; температура электронов намного большетемпературы ионов и нейтралов. Электронный пучок в результате плазменнопучковой неустойчивости генерируетв плазме мелкомасштабные турбулентные колебания, приводящие к диссоциации энергии пучка в плазме и к тур булентному нагреву электронов. Частицы газовой струи диссоциируют, сталкиваясь с электронами. Диссоциированные продукты охлаждаются и откачиваются вакуумной системой.20Известно устройство не позволяетповысить производительность реактораза счет увеличения давления нейтрального газа, так как в нем плазменно реакционная зона мала и мощностьэлектронного пучка нельзя полностьюреализовать,Целью изобретения является повышение газовой экономичности и произво,дительности реактора.Эта цель достигается тем, что вреакционной камере вдоль оси электронной пушки по обе стороны оси сопла для ввода рабочего вещества установлены диафрагмы дифференциальнойоткачки,5Лучшие результаты могут быть достигнуты, когда использована электронная пушка, Формирующая магнитныйэлектронный пучок, реакционная камера выполнена с сечением прямоугольной формы и охватывает указаннуюпушку, аэродинамическое сопло выполнено плоским,Ширина сопла устанавливается срасчетом из условия равенства шириныструи рабочего вещества, истекающей 15из сопла, ширине ленточного пучка,а высота - из условия возникновенияпучково-плазменного разряда в струерабочего вещества.Изобретение поясняется чертежом. ЩЛенточная электронная пушка 1установлена внутри металлическойреакционной камеры 2, снаружи которойнамотаны магнитные катушки 3. Аэродинамическое сопло 4 для ввода газаустановлено перпендикулярно ленточному электронному пучку, В месте пересечения газовой струи и электронного пучка образуется плазма. Электронный пучЧк принимается водоохлажденным коллектором 5. Области электронной пушки 1 и коллектора 5 отделены от пространства реакционной зоны диафрагмами б дифференциальнойоткачки. Вакуумная откачка производится из вакуумных камер 7,8 катодаи коллектора вакуумными насосами через трубопровод 9. Прием продуктовреакции осуществляется закалочнымустройством 10. Ввод рабочего газапроизводится по трубопроводу 11. 40Предлагаемое устройство работаетследующим образом. В реакционнуюкамеру 2, помещенную в продольноемагнитное поле пробочной конфигурации (Н = 7 кЭ, Нду,Ноплоские диафрагмы 6 инжектируют ленточный пучок электронов шириной: 10-100 см, равной ширине плоскойгазовой струир толщиной 4 В 01500,2 см и мощностью НВ = (10-100)10 ВтПри помощи аэродинамйческого плоского сопла 4 поперек пучка электронов плотностью и Ы 3 10" см-продуВвают плоскую сверхзвуковую струюгаза шириной Я-100 см, толщиной 55д . = 300,3 см с концентрациейи = 107 - 10 ) см и со скоростью, ст 19Ч - 3104 см сек.В установившемся режиме в зонепересечения ленточного пучка и плос- Окой струи возникает пучково-плазменный разряд. В результате развитияпучковой неустойчивости энергия пучка передается электронами плазмы, .которые нагреваются до тепловой энергии 3-10 эВ, Частицы газовой струи, сталкиваясь с высокотемпературными электронами, диссоциируют. Полученные продукты реакции улавливают в закалочном устройстве.Положительный эффект достигается за счет того, что диафрагмы дифференциальной откачки позволяют поднять давление газа в зоне реакции и одновременно провести пучок электронов по всей длине реакционной камер 1,Однако повышение производительности реактора ограничено размерами зоны реакции, соответствующими глубине эффективной передачи энергии пучка электронов при повышенных плотностях газа.Задача повышения производительности решается в данном реакторе за счет увеличения ширины зоны реакции при сохранении ее оптимальной глубины. Последняя может быть определена расчетным путем по известным в литературе зависимостям. Так, при давлении газа 1-100 мм рт.ст. толщина струи газа должна составлять 30+0,3 см.Ширина струи должна при этом равняться ширине электронного пучка. Так как производительность рабочей системы определяется плотностью перекачиваемого газа, то для реализации заданной мощности электронного пучка надо иметь необходимый расход газа. Этот расход в данной системе обеспечивают развитием ширины струи газаи при проведении реакции диссоциации оценивают из равенстваи й = н, дгде М - мощность электронного пучВка;скорость струи;и - плотность нейтрального газаМв струе;- энергия диссоциации молекул,При указанной мощности пучка идавлении прокачиваемого газа ширинаструи составляет"(10-100) см, чтопозволяет прокачивать через зону2 ъ 24 молекреакции 010 -10 )Данная конструкция реактора позволяет создать в месте пересечения плотной газовой струи и ленточного электронного пучка плазменно-реакционную зону с большим сечением за счет развития ее поперечного размера,что дает возможность существенно увеличить производительность рабочей системы.Формула изобретения1. Стационарный.плазмохимический реактор, содержащий металлическую реакционную камеру, электронную пушку и коллектор электронов, располо637039 Составитель В.ОбРедактор Н.Ахмедова Техред А. Ач ректор Е.Рош 5790/41 Тираж 889ВНИИПИ Государственного компо делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Раушска Подписноеета СССРытий ар де илиал ППП фПатентф, г.ужгород, ул.Проектная женные соосно в торцовых частях камеры, магнитные катушки, создающие вдоль оси электронной пушки магнитное поле, а также аэродинамическое сопло для ввода рабочего вещества поперек оси электронной пушки,. 5 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения газовой экономичности и производительности реактора, в реакционной камере вдоль оси электронной пушки по обе стороны оси 0 сопла установлены диафрагмы дифференциальной откачки.2. Реактор по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что использована элек. тронная пушка, формирующая ленточный электронный йучок, а реакционная камера выполнена с сечением прямоугольной формы и охватывает указанную пушку, аэродинамическое сопло выполнено плоским,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Франции 9 2232905,кл. Н 05 Н 1/00, опублик. 1975. 2. Авторское свидетельство СССРР 490000, кл. Н 05 Н 1/00, 1974.