Прибор для исследования физико-химических и газодинамических процессов

.И.Ходаков8 8) тво СССР7, 1961. е С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ПРИБОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ И ГАЗОДИНАМ 11 ЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ(57) Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам дисследования физико-химических и газодинамических процессов. Цель изобретения - расширение технологическихи эксплуатационных возможностей. Вреактор 1, помещенный в силитовуюпечь 10, нагретую до заданной температуры, через газоподводящую трубку1629843 510 15 с буферной емкостью 13 йодается Рабочий газ. На поток газа с помощьюзагрузочного крана 4 подается навеска исследуемого материала. Материалобрабатывается газом во вэвешеннофонтанирующем слое, образующемся засчет перейада давления на конуснойдиафрагме 2. Скорость химических реакций непрерывно Фиксируется с помощью вторичных приборов, исключаяколебания показаний расходомеровза счет буферных емкостей 13. Обработанный газ охлаждается холодильникоми отводится с помощью газоИзобретение относится к металлургии, в частности к устройствам дляисследования физико-химических и газодинамических процессов при термохимической обработке диспергированных материалов во взвешенно-фонтаниРующем слое,Цель изобретения - расширение технологических и эксплуатационных возможностей,На чертеже приведено схематическое 30изображение прибора,Прибор для исследования физикохимических и газодинамических про-.цессов состоит из реактора 1, диафрагмы 2, термопарного чехла 3, загрузочного крана 4, разгрузочного крана.печи 10, гасителя 11 скорости частиц, катушки 12 индуктивности, буферных емкостей 13. Реактор 1 представляет собой сварную конструкцию двух кварцевых труб сваренных одна в другую 11, Торцы 45 нижней трубы служат основанием для конусной диафрагмы 2. Диафрагма сверху Фиксируется торцами трубы, плотно входящей в верхнюю трубу реактора с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру нижней трубки реактора. Гаситель 11 скорости частиц предназначен для предотвращения выноса частиц материала и вьпюлнен в виде двух усеченных конусов конусность котоФ55 рых больше угла естественного откоса исследуемого материала (для сыпучих материалов, используемых во взвешенно-фонтанирующем слое, 60-65 ), сваотводной трубки 9 с буферной емкостью 13. Катушка индуктивности 12, подключенная к автогенератору, меняет свои параметры в зависимости от физико-химических превращений материала, что позволяет непрерывно контЪропиревать ход процесса, Гаситель скорости 11 исключает вынос материала с обработанным газом. Разборная конструкция реактора с оперативной заменой диафрагмы расширяет диапазон исследуемых материалов по крупности.1 зепе ф лыр 1 илренных по большому диаметру, равному (2,5-3,0)д реактора, и имеет на выходе течку, входящую в верхний конус, Размер диаметра гасителя скорости рассчитан таким для того, чтобы обеспечить уменьшение газового потока до величины, меньшей скорости питания самых мелких частиц, При диаметре гасителя менее 2,5 й реактора наблюдается вынос мелких фракций из прибора, при диаметре больше 3 Й реактора и сохранении угла наклона поверхности конуса увеличивается высота гасителя скорости, а следовательно, и габариты прибора.Гаситель скорости частиц сочленен с водоохлаждаемым холодильником 6, служащим для охлаждения отходящих иэ реактора горячих газов. В верхней части над холодильником расположен загрузочный кран 4, а в нижней части реактора - разгрузочный кран 5. Для отбора и закалки проб ниже загрузочного крана расположен закалочный приемник 7 с трубками для подвода и отвода холодного очищенного азота (аргона), В реактор впаян термопарный чехол 3, служащий для установки термопары для измерения температуры внутри реактора. В верхней части реактора вьппе диафрагмы расположена катушка 12 индуктивности, охватывающая реактор и выполненная из платинового провода. Катушка предназначена для непрерывного измерения Физико-химических: свойств материала, изменяющихся в про цессе термообработки. Она расположена на р еакт ор е, так, чт обы измер ения5 162986проводить в центральной части Фонтана.На газоподводящей трубке 8 и газоотводящей трубке 9, расположенных5соответственно в нижней части реактора и в верхней после холодильника,установлены буферные емкости 13,представляющие собой цилиндры, единичный объем которых равен соответственно: нижний - объему реактора додиафрагмы, а верхний - объему реактора выше диагфрагмы, Буферные емкостипредназначены для стабилизации давления газа при измерении расхода газана входе и выходе прибора. Равенствообъемов буферных емкостей и реактораобусловлены тем, что при измерениирасходов газа не наблюдается колебаний менисков манометров, а следовательно, обеспечивается точность измерений. Установлено, что увеличениеобъемов буферных емкостей не влияетна точность измерений, тогда какуменьшение объемов резко снижает точность измерений,Реактор помещен в силитовую печь10, служащую для его нагрева до заданной температуры.Прибор работает следующим образом. В реакторе 1, помещенный в силитовую печь 10, нагретую до заданной температуры, которую замеряют термопарой 3, через газоподводящую трубку 8 с буферной емкостью 13 подается рабочий газ. Состав и расход газа задаются в зависимости от характера изучения процесса, определенного технологическим регламентом проводимых исследований (восстановление рудных материалов, окисление диспергированных материалов, обработка парогазовыми или газовыми смесями и т.д.) во взвешенно-фонтанирующем слое. При проведении исследований с горючими газами реактор предварительно продувают нейтральным газом (агоном, азотом), На поток рабочего газа с помбщью загрузочного кранач подается на- , веска исследуемого материала (измельченная руда, рудно-топливные гранулы, металлические порошки и т,п,), Материал обрабатывается рабочим газом во взвешенно-фонтанирующем слое, образующемся за счет перепада давления на конусной диафрагме 2. При термической обработке происходят химические реакции (восстановитепьные или окислительные), сопровождающиеся из 354050 менением расхода газа на выхоце из реактора. Скорость химических 1.еакций непрерывно Фиксируется с помощью вторичных приборов по разности массовых скоростей газового потока до прибора и после него, исключая колебания показаний расходомеров за счет буферных емкостей 13.Обработанный газ охлаждается холодильником 6 и отводится с помощью газоотводной трубки 9 с буферной емкостью 13.Катушка 12 индуктивности, охватывающая витками рабочуюзону реактора 1, своими отводами подключена к авто- генератору высокочастотных электри-. ческих колебаний и на начальной стадии Физико-химического процесса обладает начальной индуктивностью, которая непрерывно изменяется при термической обработке материала и постоянно регистрируется, Изменение электрических параметров (индуктинности) катушки строго функционально связано с Физико-химическими превращениями непосредственно в материале, что позволяет непрерывно контролировать ход процесса.Гаситель 11 скорости частиц исключает вынос материала с отработанным газом. Это происходит за счет резкого снижения скорости потока в области расширяющегося конуса, где частицы, осевшие на конус, скатываются в реактор. Благодаря наличию буферных емкостей 13, которые стабилизируют давление на входе и выходе реакционной системы,производится (с помощью вторичных приборов) точный непрерывный замер и запись расхода газа (расходомерами) и его состава (хроматографом)., Ход процесса (эксперимента) прекращается при полном его завершении или прерывается на каком-то.характерном участке, который выбирается при непрерывном контроле измерения индуктивносги катушки 12, соответствующей изменению химического составаматериала, Материал с помощью разгрузочного крана 5 переводится в закалочный приемник 7, Охлажденный продукт отдают на проведение химического анализа, петрографических и рентгенофазовых исследований.Предложенные конструктивные доработки прибора позволяют существенно повысить его технологические и экс71629843 плуатационные возможности. Разборная з конструкция реактора с оперативнойк заменой диафрагм и введение в прибор гасителя скорости частиц обеспечивают значительное расширение диапазона т5 исследуемого материала по крупности г частиц, так как создают возможность н изучения процессов обработки во взве- т шенно-Фонтанирующем слое материалов, п имеющих различную скорость витания, с обеспечивают возможность, проведения исследований с различными рабочими газами, имеющими разную плотность, т исключают вынос частиц материала. С помощью буферных емкостей, подавляющих пульсацию давления газа на входе и выходе прибора и катушки индуктив- т)ности обеспечивается точный замер р расходных газовых показателей, не- б прерывный контроль хода физико-химических изменений материала, т.е, исследование кинетики различныхпроцессов, протекающих с участиемтвердой и газообразной фаз. очным и разгрузочным кранами, трубами для подвода и отвода газов,холодильником и приемником для закалкипроб, отличающийсяем, что, с целью расширения технолоических и эксплуатационных возможостей, он снабжен буферными емкосями, расположенными на трубках дляодвода и отвода газов гасителемкорости частиц, размещенным в верхней части реактора перед холодильником, катушкой индуктивности, охваывающей реактор и установленноймежду гасителем скорости и диафрагмой, причем верхняя часть реакторамежду диафрагмой и гасителем скороси выполнена в виде двух коаксиальноасположенных труб, контактирующихоковыми поверхностями, нижний торецвнутренней трубы фиксирует диафрагму, а ее внутренний диаметр равенвнутреннему диаметру реактора длядиафрагмы.2. Прибор по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что гаситель скоростивыполнен в виде двух усеченных конусов, соединенных по большому диаметру, причем угол наклона образующей 30.нижнего конуса равен 60-65 О а диайметр гасителя составляет (2,5-3,0)диаметра реактора. Формула изобр ет ения 1. Прибор для исследования физико- химических и газодинамических процессов, содержащий трубчатый реактор с впаянной конусной диафрагмой, загру- о Составитель В. Костюков Редактор С.Патрушева Техред Л. Сердюкова Корректор С.Шекмар, Заказ 436 Тираж 410 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101