Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
системы улавливания целевых продуктов, узла подготовки и подачи плазмообразующего газа (воздуха) и воды, а также систем электропитания и зажигания плазмотронов.
Растворы солей в плазмохимическии реактор, как правило, подаются при помощи пневматического или механического распылителя. При этом диспергированные капли раствора в процессе взаимодействия с плазменным теплоносителем претерпевают сложные физико-химические превращения: нагрев до температуры равновесного испарения растворителя и его испарение, кристаллизацию соли (или смеси солей), термическое разложение образовавшейся соли, нагрев продуктов реакции до заданных температур. Скорость протекания этих превращений зависит от интенсивности тепломассообмена диспергированной жидкости с плазмой и существенно влияет на формирование кристаллической структуры, формы и размера, а также на химическую активность получаемых оксидов.
В этой связи выбор правильной схемы взаимодействия потоков сырья и плазменного теплоносителя, а также конструктивное решение плазмохимического реактора, обеспечивающего оптимальные условия смешения капельножидкого сырья с потоком плазменного теплоносителя и дальнейшую его переработку, влияют на свойства целевых продуктов, технологические и технико-экономические показатели процесса в целом.
Многочисленные исследования в области аппаратурного оформления плазмохимических гетерогенных процессов проводились в основном для процессов с твердой фазой [17, 21], в то время как сведения по аппаратурному оформлению плазмохимических процессов с жидкой фазой практически отсутствуют. Однако такие основные требования, как способность эффективно передавать тепловую энергию плазмы обрабатываемому материалу, продолжительность контакта, необходимое соотношение теплоносителя и обрабатываемого сырья, а также его распределение по сечению реактора, высокий термический к. п. д. и др., предъявляемые к плазмохимическии реакторам для обработки дисперсных материалов [9], применимы и к реакторам для обработки сырья в капель-но-жидком диспергированном состоянии.
Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют плазмохимические реакторы проточного типа на основе многоструйной камеры смешения, работающей с несколь-
49
Рис. б. Схемы взаимодействия плазменного потока с диспергированной жидкостью в камере смешения реактора (а — г) и многоструйного тазмохимического реактора для термолиза растворов солей (о): / — форсунка; 2 — камера смешения; 3 — реактор.
кими плазмотронами [22]. Некоторые схемы взаимодействия плазменного потока в многоструйном реакторе с диспергированным жидким сырьем представлены на рис. 6. В настоящее время распространена и исследована схема многоструйного плазмохимического реактора с радиальной подачей плазменных струй в камеру смешения [17, 23]. Однако при вводе в камеру смешения капель-но-жидкого сырья в виде двухфазной струи более выгодным, с точки зрения оптимальных условий смешения и распределения компонентов по сечению реактора, является подача плазменных струй в камеру смешения под некоторым углом относительно друг друга.
Исследования [24—26] камеры смешения прямоточного многоструйного плазмохимического реактора показали, что в результате соударения направленных под углом к оси реактора трех плазменных струй формируется высокотемпературный поток теплоносителя с распределением газодинамических • параметров, характерным для струйных течений (рис. 7)
коПпГМиЛ*ГаТЫ измеРений, обработанные в безразмерных координатах (рис. 8), указывают на то, что эксперимен;
с?оуйныйП^°ФИЛИ Г/Г- Р"2/Р«- имеют типичны»
струйный хаоактер, точку перегиба и ?увеличением Р*с
Рис 7. Поля статических (а), полных (б) давлений и температур (а) по сечению камеры смешения на различном расстоянии (x/D) от места столкновения плазменных струй.
Рнс. 8. Профили безразмерных скоростей (а), температур (б) и динамических напоров (в) в камере смешения плазмохнмического реактора.
стояния от места столкновения плазменных струй становятся все шире. При этом профили газодинамических параметров, представленные в безразмерных координатах, друг от друга отличаются незначительно и описываются зависимостью следующего вида:
-#-=11-(1)? (88)
51
.no \A — значение измеряемого параметра в точк* координатой у; ААт - значение измеряемого параметр на о?и высокотемпературного потока; І = ^05 ,тРа текущая координата; уо,ь - координата точки, в когощ Іначение измеряемого пар аметра равно 0,5).
Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод том что на начальном участке многоструйного плазм* химического реактора (в камере смешения) в результате столкновения трех плазменных струй формируеТСя высокотемпературный турбулентный поток газасрас. пределением газодинамических параметров, характер, ным для струйных течений. Однако в отличие от свобод-ных единичных струй поток неизобаричный и в нем ОТ-сутствует так называемый начальный участок {и = const), характерный для свободных струйных течений [27, 281 Наличие больших градиентов температур и скоростей как по сечению, так и по длине высокотемпературного п тока приводит к интенсивному тепло- и массопереносу, в результате которого поперечный размер потока быстро увеличивается в направлении его движения, а профили газодинамических параметров становятся более плавными. При X D ^ 2 поперечный размер потока соизмерим с поперечным размером реакционного канала, а распределение температур и полных давлений по сечению имеет вид, характерный для потоков, движущихся в цилиндрических каналах.
