Конструкция и методика расчета реактора для получения углеродных наноструктурных материалов в виброожиженном слое

• Автор: Меметов, Нариман Рустемович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Структура нанотрубок и нановолокон

1.2 Обзор способов синтеза углеродных нанотрубок и нановолокон

1.3 Пиролиз углеводородов

1.4 Сравнительный анализ методов и конструкций установок получения наноматериалов пиролиз углерод содержащих газов

1.5 Образование виброкипящего слоя

1.6 Образование виброкипящего слоя в движущемся потоке среды

1.7 Поведение материала под действием вибрации

1.8 Выводы и формулировка задачи исследования

ГЛАВА 2. ПОВЕДЕНИЕ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА ПОД ДЕЙСТВИЕ

ВИБРАЦИИ В АППАРАТАХ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Определение функции распределения материала в объеме реактора
3.2 Определение основных режимных параметров процесса пиролиза
с целью получения УНМ
3.3 Пиролиз пропан-бутановой смеси в
виброожиженном слое катализатора
ГЛАВА IV. РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ РЕАКТОРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОВОЛОКОН В ВИБРООЖИЖЕННОМ СЛОЕ И МЕТОДИКИ
ИХ РАСЧЕТА
4.1 Новые конструкции реакторов с виброожиженным слоем катализатора
4.2 Способ получения углеродных нановолокон в
виброожиженном слое
4.3 Рекомендации для проектирования опытно-промышленного
реактора
4.4 Методика расчета реакторов для получения углеродных нановолокон в виброожиженном слое
4.5 Реализация результатов работы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
у - функция тока, м2/с;
ф - потенциал скорости, м2/с;
р - функция распределения массы в объеме, 1/с;
Н- высота виброожиженного слоя, м;
коэффициент поглощения энергии слоем, 1/м; ки - коэффициент избытка газа;
кц - коэффициент изменения высоты слоя в зависимости от ускорения вибрации;
g — ускорение свободного падения, м/с2; со - частота колебаний, рад/с;
А - амплитуда колебаний, м;
У - относительное ускорение вибрации;
ус - относительное ускорение вибрации на поверхности слоя;
тКЯТ - масса катализатора, кг;
Уг - расход газа, м3/с;
кг - удельный расход газа, м3/кг-с;
У„р - объем виброожиженного слоя, м3;
/ - время, с;
- время выхода реактора на режим, с;
- время проведения процесса пиролиза, с;
/з - время охлаждения реактора, с;
и - время на перезагрузку реактора, с;
//-удельный выход, г/гкат;
£> - диаметр реакционной зоны, м;
с1ч - диаметр частиц, м;
рнас - насыпная плотность, кг/м3;
му - радиальная скорость частиц, м/с;
му - осевая скорость частиц, м/с;
мг - скорость газа, м/с;
м>у - скорость уноса частиц, м/с;
мур - критическая скорость газа, м/с.
При рассмотрении модели сыпучей среды вводится понятие квазитемпературы, пропорциональной дисперсии скорости частиц (средней энергии хаотического движения). Для наиболее простого случая возбужденной среды методами физической кинематики для макровеличин (средней плотности в точке, средней скорости в точке и квазитемпературы в точке) получены уравнения движения (Навье-Стокса), неразрывности и теплопроводности. На основе рассмотрения взаимодействия частиц с вибрирующими стенками получены граничные условия для этой системы уравнений. Модель хорошо описывает интенсивные режимы подбрасывания • («виброкипящий слой»).
1.8. Выводы и формулировка задачи исследования.
В результате анализа способов получения углеродных наноматериалов установлено, что данные продукты получают следующими основными методами:
- дуговое распыление графитового электрода;
- лазерная абляция;
- диспропорционирование СО;
- каталитический пиролиз углеродсодержащего сырья.
По результатам исследований сделаны выводы, что наиболее перспективным и сравнительно легко масштабируемым при промышленном производстве углеродных нановолокон является метод каталитического пиролиза газообразных углеводородов в виброожиженном продуваемом слое катализатора.
Основными параметрами технологического процесса являются: температура пиролиза, время пребывания катализатора в зоне реакции, расход' углеродсодержащего газа, размер частиц катализатора, параметры вибрации. Анализ моделей поведения сыпучего материала в виброожиженном слое