ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ГЕНЕРАЦИЯ И ДИАГНОСТИКА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ Генераторы низкотемпературной плазмы из "Теоретическая и прикладная плазмохимия" Книга представляет собой обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований в области плазмохимии. В ней изла гаются основы неравновесной химической кинетики, механизмы плазмохимических реакций, способы генерации и диагностики низкотемпературной плазмы, химические реакции в плазменных струях и турбулентных потоках, способы моделирования плазмохимических реакторов, а также многочисленные прикладные плазмохимические процессы. [c.3] Книга представляет интерес для гиирокого круга специалистов — прО подавателей вузов, а также аспирантов и студентов, специализирую-щихся в области плазмохин, низкотемпературной плазмы и физической химии. [c.3] Таблиц 44. Иллюстраций 107. Библиогр. 1072 назв. [c.3] В течение последних 30—35 лет спорадически появлялись отдельные работы по важным вопросам плазмохимии, но оформилась она в самостоятельную науку только за последнее десятилетие. Возникли теоретическая плазмохимия — новый раздел физической химии и плазмохимическая технология — новая область промышленной химической технологии. [c.4] Пришла пора подвести первые, конечно предварительные, итоги бурно развивающейся науки с тем, чтобы в какой-то степени способствовать ее дальнейшему прогрессу. [c.4] Авторы будут считать свою задачу выполненной, если эта книга послужит некоторым катализатором дальнейшего развития плазмохимии. [c.4] Первая и четвертая главы нанисаны А. А. Овсянниковым, вторая — Л. С. Полаком, третья — Д. И. Словецким, пятая глава — Ф. Б. Вурзелем. [c.4] За большую помощь в технической подготовке рукописи авторы благодарят Н. М. Рытову. [c.4] Кальвин. Химическая эволюция. М., Мир , 1971, стр. 229. [c.4] Схема плазмохимического процесса в принципе не отличается от приведенной. Однако в ряде случаев указанные на рис. 1.1 стадии процесса (за исключением, быть может, стадий разделения и очистки) могут совпадать и в пространстве, и во времени. Обусловлено это основной особенностью плазмохимических процессов, заключаюш,ейся в том, что по меньшей мере один из компонентов реакционной смеси находится в состоянии плазмы Таким образом, технологическая схема любого плазмохимического процесса должна включать в себя устройство для преобразования вещ,ества в состояние плазмы — генератор плазмы. [c.5] Выбор генератора плазмы для осуществления данного плазмохимического процесса определяется термодинамическими и кинетическими особенностями этого процесса. Ввиду большого разнообразия возможных плазмохимических процессов для их осуществления требуются генераторы плазмы самых разнообразных типов. С точки зрения организации промышленных многотоннажных плазмохимических процессов наиболее перспективными считаются в настоящее время электродуговые плазмотроны постоянного и переменного тока (промышленной частоты). Достигнутый уровень мощности таких плазмотронов составляет в настоящее время 10 МВт при ресурсе работы 200—300 ч и КПД 0,8. Конструкция этих плазмотронов допускает работу нескольких плазмотронов на общий канал плазмохимического реактора с соответствующим увеличением вкладываемой в плазму мощности. В том случае, когда недопустимо загрязнение плазмы материалами эрозии электродов, имеющее место в электродных дуговых плазмотронах, весьма перспективными генераторами плазмы могут служить безэлектродные ВЧ- и СВЧ-плазмотроны. Хотя достигнутый уровень мощности таких плазмотронов сравнительно невелик (ВЧ-плазмотроны — не более 0,5 МВт, СВЧ — не более 0,05 МВт) и КПД не превышает в лучшем случае 60%, они успешно конкурируют с дуговыми плазмотронами в тех производствах, где важнейшим фактором является стерильность генерируемой плазмы. Кроме того, следует отметить, что ресурс работы таких плазмотронов в принципе всегда превышает ресурс работы дуговых плазмотронов (по крайней мере в настоящее время). [c.6] Устройства, основанные на применении тлеющего, коронного и других видов электрического разряда, менее широко применяются в промышленной плазмохимии, чем дуговые и ВЧ плазмотроны. Их использование тем не менее часто позволяет проводить химические реакции в неравновесной плазме, когда, например, температура тяжелых частиц находится на уровне 300 К, а электроны имеют среднюю энергию порядка нескольких элект роп вольт. Условия проведения химических реакций в такой плазме еще слабо изучены, но накопленные к настоящему времени результаты лабораторных исследований позволяют надеяться, что именно использование неравно-весной плазмы обеспечит возможность проведения сложных плазмохимиче ских синтезов. [c.6] Генераторы плазмы, основанные на применении рентгеновского, у- или лазерного оптического излучения, а также ударных труб, используются в настоящее время лишь в практике лабораторных плазмохимических ис следований. Получаемые с их помощью результаты имеют большое значение для развития плазмохимии, позволяя рассчитывать коэффициенты скорости и определять механизмы плазмохимических реакций. [c.6] В последнее время значительный интерес проявляется к способу генерации низкотемпературной плазмы, основанному на адиабатическом сжатии газов. Результаты, получаемые на установках одноимпульсного адиабатического сжатия, позволяют, как и в случае ударных труб, определять коэффициенты скорости и энергии активации плазмохимических реакций. Создание установок адиабатического сжатия непрерывного действия даст возможность проводить многие плазмохимические процессы с высокой селективностью и большой производительностью. [c.6] Организация плазмохимического процесса на дуговых плазмотронах. [c.7] Требования, предъявляемые промышленностью к дуговым плазмотронам, сводятся в основном к следующему 1) высокий уровень мощности (несколько МВт) 2) длительный ресурс работы (несколько сотен часов) 3) экономичность, т. е. высокий электрический и тепловой КПД 4) возможность нагрева любых газов и газовых смесей до температуры, необходимой для осуществления данного технологического процесса. При организации конкретного плазмохимического процесса к этим общим требованиям может добавляться ряд частных (например, к материалу электродов, габаритам и т. п.). [c.7] Прообразом современных плазмохимических процессов, использующих электродуговые генераторы плазмы, может слул ить процесс электрокрекинга природного газа. На рис. 1.2 представлен один из вариантов схемы электродугового плазмотрона-реактора для процесса электрокрекинга природного газа [7]. Дуга горит между стальными водоохлаждаемыми электродами 1 и 2 в вихревом потоке природного газа, вдуваемого через кольцо закрутки 3. Данное устройство позволило достигнуть довольно высоких уровней мощности (--1—2 МВт) при КПД 75—80%. Однако одно из основных требований к таким установкам не выполнялось — ресурс плазмотрона-реактора составлял всего лишь несколько часов, так как каналы его электродов забивались сажей. Аналогичный результат был получен при недавних полупромышленных испытаниях плазмотрона с двухсторонним истечением конструкции ИТМО АН БССР [8] мощностью 1 МВт. Этот плазмотрон, позволивший получить вполне удовлетворительные результаты в плазмохимическом процессе фиксации атмосферного азота, оказался непригодным для процесса получения ацетилена из природного газа. Как и в случае электрокрекинга, ресурс работы этого плазмотрона не превышал 10 ч вследствие забивки сажей электродных каналов. Все это — результат стремления удовлетворить двум противоречивым требованиям, а именно для поддержания горения дуги в совмещенном плазмотроне-реакторе необходимо нагреть рабочий газ до температуры 10 ° К, метан при такой температуре за времена — сек диссоциирует на элементы — углерод и водород в то же время этот же рабочий газ является и перерабатываемым сырьем в плазмохимическом процесса получения ацетилена и по требованиям этого процесса не должен нагреваться более 2000° К. [c.7] Рассматриваемое выше позволяет сделать по меньшей мере два основных вывода. Во-первых, при организации технологии плазмохимических процессов целесообразно стремиться к максимальной степени развязки отдельных узлов технологической схемы, что позволит оптимизировать режим работы каждого узла, исходя из требований всего процесса в целом. [c.7] Устройство камеры смешения многодугового подогревателя и схема смешения струй впей показаны на рис. 1.4. Оба рисунка заимствованы из монографии [6], выход которой в свет существенно облегчил написание данного раздела работу [6] можно -рекомендовать для изучения специалистам, работающим в области практического использования дуговых плазмотронов. [c.8] Схемы конструкций дуговых плазмотронов. В настоящее время существует довольно большое разнообразие конструкций дуговых плазмотронов, предназначенных для использования как в научных исследованиях, так и в промышленности. [c.8] Вернуться к основной статье