Использование электротермического псевдоожиженного слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора
Перспективными устройствами для проведения высокотемпературных процессов являются реакторы с электротермическим псевдоожиженным слоем. Одним из таких реакторов является разработанный в Институте газа НАН Украины лабораторный реактор, где в качестве внешнего нагревательного элемента используется коль...
Збережено в:
| Дата: | 2015 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут газу НАН України
2015
|
| Назва видання: | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127466 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Использование электротермического псевдоожиженного слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора / К.В. Семейко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2015. — № 1. — С. 58-64. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-127466 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1274662017-12-23T03:03:15Z Использование электротермического псевдоожиженного слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора Семейко, К.В. Приборы и оборудование Перспективными устройствами для проведения высокотемпературных процессов являются реакторы с электротермическим псевдоожиженным слоем. Одним из таких реакторов является разработанный в Институте газа НАН Украины лабораторный реактор, где в качестве внешнего нагревательного элемента используется кольцевой электротермический псевдоожиженный слой. В данном реакторе проводился пиролиз смеси углеводородных газов на основе пропана c целью получения капсулированного пироуглеродом кварцевого песка, который используется как модель микросферического ядерного топлива (микротвэла). Также полученный материал планируется использовать для дальнейшего карботермического восстановления кремния. Приведены схема реактора и принцип работы, принципиальная технологическая схема, результаты проведенных опытов, расчеты тепловых характеристик, основные расходные показатели реактора. Дана оценка эффективности реактора при осуществлении пиролиза смеси углеводородных газов на основе пропана. Разработанный реактора возможно использовать для термической обработки материалов, которые не проводят электрический ток (диэлектриков). Перспективними пристроями для проведення високотемпературних процесів є реактори з електротермічним псевдозрідженим шаром. Одним з таких реакторів, є розроблений в Інституті газу НАН України лабораторний реактор, де у якості зовнішнього нагрівального елементу використовується кільцевий електротермічний псевдозріджений шар. У даному реакторі проводився піроліз суміші вуглеводневих газів на основі пропану. Метою проведення даного процесу є одержання капсульованого піровуглецем кварцевого піску, який використовується як модель мікросферичного ядерного палива (мікротвела). Також даний матеріал планується використовувати для подальшого карботермічного відновлювання кремнію. У статті наведені: схема реактору і принцип роботи, принципова технологічна схема, результати проведених дослідів, розрахунки теплових характеристик, основні витратні показники реактору. Дана оцінка ефективності реактору при проведенні піролізу суміші вуглеводневих газів на основі пропану. Серед можливих варіантів використання розробленого реактора є термічна обробка матеріалів, які не проводять електричний струм (діелектриків) Promising of high-temperature devices is the reactors with electrothermal fluidized bed. One of such reactors was developed at the Gas Institute of NAS of Ukraine. It is the laboratory reactor applying circular electrothermal fluidized bed as the external heating element. Pyrolysis of mixture of hydrocarbon gases on the basis of propane was carried out in this reactor. The purpose of this process is to obtain quartz sand encapsulated with pyrolytic carbon, which is used as the model of microspherical nuclear fuel (coated particle fuel). Besides, this material is planned o be used for further carbothermic reduction of silicon. The article presents: the scheme of the reactor and its operational principle, process flow diagram, the experimental result, the calculations of the thermal characteristics, the basic consumption parameters of the reactor. The efficiency of the reactor while carrying out the pyrolysis of mixture of hydrocarbon gases on the basis of propane. Thermal processing of materials that do not conduct the current (dielectric materials) is one of the possible kinds of application of developed reactor. 2015 Article Использование электротермического псевдоожиженного слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора / К.В. Семейко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2015. — № 1. — С. 58-64. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0235-3482 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127466 66.096.5 ru Энерготехнологии и ресурсосбережение Інститут газу НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Приборы и оборудование Приборы и оборудование |
| spellingShingle |
Приборы и оборудование Приборы и оборудование Семейко, К.В. Использование электротермического псевдоожиженного слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| description |
Перспективными устройствами для проведения высокотемпературных процессов являются реакторы с электротермическим псевдоожиженным слоем. Одним из таких реакторов является разработанный в Институте газа НАН Украины лабораторный реактор, где в качестве внешнего нагревательного элемента используется кольцевой электротермический псевдоожиженный слой. В данном реакторе проводился пиролиз смеси углеводородных газов на основе пропана c целью получения капсулированного пироуглеродом кварцевого песка, который используется как модель микросферического ядерного топлива (микротвэла). Также полученный материал планируется использовать для дальнейшего карботермического восстановления кремния. Приведены схема реактора и принцип работы, принципиальная технологическая схема, результаты проведенных опытов, расчеты тепловых характеристик, основные расходные показатели реактора. Дана оценка эффективности реактора при осуществлении пиролиза смеси углеводородных газов на основе пропана. Разработанный реактора возможно использовать для термической обработки материалов, которые не проводят электрический ток (диэлектриков). |
| format |
Article |
| author |
Семейко, К.В. |
| author_facet |
Семейко, К.В. |
| author_sort |
Семейко, К.В. |
| title |
Использование электротермического псевдоожиженного слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора |
| title_short |
Использование электротермического псевдоожиженного слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора |
| title_full |
Использование электротермического псевдоожиженного слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора |
| title_fullStr |
Использование электротермического псевдоожиженного слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора |
| title_full_unstemmed |
Использование электротермического псевдоожиженного слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора |
| title_sort |
использование электротермического псевдоожиженного слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора |
| publisher |
Інститут газу НАН України |
| publishDate |
2015 |
| topic_facet |
Приборы и оборудование |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127466 |
| citation_txt |
Использование электротермического псевдоожиженного слоя в качестве внешнего нагревательного элемента реактора / К.В. Семейко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2015. — № 1. — С. 58-64. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| work_keys_str_mv |
AT semejkokv ispolʹzovanieélektrotermičeskogopsevdoožižennogosloâvkačestvevnešnegonagrevatelʹnogoélementareaktora |
| first_indexed |
2025-07-09T07:04:05Z |
| last_indexed |
2025-07-09T07:04:05Z |
| _version_ |
1837151973679300608 |
| fulltext |
References
1. Sanner B. Oberflaechennahe Geothermie –
Waerme- und Kaelteversorgung aus dem
Untergrund, BBR : Brunnenbau, Bau
Wasserwerk, Rohrleitugsbau, 1998 (10), pp.
34–40. (De)
2. Zabarnij G.M., Kudrja S.O., Masljukova Z.V.,
Primak A.². Sezone akumuljuvannja teploti v
p³dzemnih akumuljatorah. Kiev : V²OL-PRINT,
2009, 278 p.( Ukr.)
3. Klymenko V.V., Kornienko V.N. Racional’noe
ispol’zovanie termicheskoj neravnovesnosti na-
ruzhnogo vozduha, Holodil’naja tehnika, 1989 (6),
pp. 25–30. (Rus.)
4. Vadjunina A.F., Korchagina Z.A. Metody
issledovanija fizicheskih svojstv pochv, Moscow :
Agropromizdat, 1986, 416 p. (Rus.)
5. Chudnovskij A.F. Teploobmen v dispersnyh sredah,
Moscow : Nedra, 1976, 349 p. (Rus.)
6. Pat. 33302 Ukrajni., IPC F 24 J 3/08. Geotermal’nij
akumuljator teploti / Yu.P.Morozov, V.G.Olijni-
chenko, A.O.Aleksandrov, V.V. Velichko. — Publ.
10.06.2008, Bul. ¹ 11. (Ukr.)
7. Lykov A.V. Teorija teploprovodnosti, Moscow :
Vyshaja hkola,1967, 599 p. (Rus.)
8. Ïàò. UA 97104 U, IPC F 24 J 3/08. Gruntovij
teploakumuljator / V.V. Klymenko, V.I.Kravchen-
ko, M.L.Zocenko, V.P.Soldatenko, M.V.Kubkin. —
Publ. 25.02.2015, Bul. ¹ 4. (Ukr.)
9. Zocenko M.L.,Velikodnij Yu.J., Klymenko V.V.
Gruntocementni protyfil’tracijni zavisi dlja
gidrotehnichnih sporud , Materiali Mizhnarodnoj
naukovo-praktichnoi konferencij «Problemi
rozvitku dorozhn’o-transportnogo budivel’nogo
kompleksiv» (Kirovograd, 3–5 zhovtnja 2013).
Kirovograd : Kirovograd National Technical Univer-
sity, 2013, pp. 305–308. (Ukr.)
10. Fedorov P.O., Fedorova A.P. Tehniko-
jekonomicheskie harakteristiki sistemy teplosnabzhenija
na baze vozobnovljaemyh istochnikov jenergii v
realijah pridneprovskogo regiona, Jenergosberezhenie.
Jenergetika. Jenergoaudit, 2013 (7), pp. 29–36.
11. Daniel Pahud. The design of a borehole thermal en-
ergy storage requires dynamic system simulation, es-
pecially for a system without heat pump,
SUPSI-DCT-LEE Laboratoria di Energia,
Ecologia ed Economia , 12/05/2002, pp. 66–81.
Received January 12, 2015
58 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 1
ÓÄÊ 66.096.5
Ñåìåéêî Ê.Â., êàíä. òåõí. íàóê
Èíñòèòóò ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
óë. Äåãòÿðåâñêàÿ, 39, 03113 Êèåâ, Óêðàèíà, e-mail: k_simeyko@ukr.net
Èñïîëüçîâàíèå ýëåêòðîòåðìè÷åñêîãî
ïñåâäîîæèæåííîãî ñëîÿ â êà÷åñòâå
âíåøíåãî íàãðåâàòåëüíîãî ýëåìåíòà ðåàêòîðà
Ïåðñïåêòèâíûìè óñòðîéñòâàìè äëÿ ïðîâåäåíèÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ïðîöåññîâ ÿâëÿ-
þòñÿ ðåàêòîðû ñ ýëåêòðîòåðìè÷åñêèì ïñåâäîîæèæåííûì ñëîåì. Îäíèì èç òàêèõ ðåàê-
òîðîâ ÿâëÿåòñÿ ðàçðàáîòàííûé â Èíñòèòóòå ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû ëàáîðàòîðíûé ðåàê-
òîð, ãäå â êà÷åñòâå âíåøíåãî íàãðåâàòåëüíîãî ýëåìåíòà èñïîëüçóåòñÿ êîëüöåâîé ýëåê-
òðîòåðìè÷åñêèé ïñåâäîîæèæåííûé ñëîé.  äàííîì ðåàêòîðå ïðîâîäèëñÿ ïèðîëèç ñìå-
ñè óãëåâîäîðîäíûõ ãàçîâ íà îñíîâå ïðîïàíà c öåëüþ ïîëó÷åíèÿ êàïñóëèðîâàííîãî ïè-
ðîóãëåðîäîì êâàðöåâîãî ïåñêà, êîòîðûé èñïîëüçóåòñÿ êàê ìîäåëü ìèêðîñôåðè÷åñêîãî
ÿäåðíîãî òîïëèâà (ìèêðîòâýëà). Òàêæå ïîëó÷åííûé ìàòåðèàë ïëàíèðóåòñÿ èñïîëüçî-
âàòü äëÿ äàëüíåéøåãî êàðáîòåðìè÷åñêîãî âîññòàíîâëåíèÿ êðåìíèÿ. Ïðèâåäåíû ñõåìà
ðåàêòîðà è ïðèíöèï ðàáîòû, ïðèíöèïèàëüíàÿ òåõíîëîãè÷åñêàÿ ñõåìà, ðåçóëüòàòû ïðî-
âåäåííûõ îïûòîâ, ðàñ÷åòû òåïëîâûõ õàðàêòåðèñòèê, îñíîâíûå ðàñõîäíûå ïîêàçàòåëè
ðåàêòîðà. Äàíà îöåíêà ýôôåêòèâíîñòè ðåàêòîðà ïðè îñóùåñòâëåíèè ïèðîëèçà ñìåñè
óãëåâîäîðîäíûõ ãàçîâ íà îñíîâå ïðîïàíà. Ðàçðàáîòàííûé ðåàêòîðà âîçìîæíî èñïîëü-
çîâàòü äëÿ òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè ìàòåðèàëîâ, êîòîðûå íå ïðîâîäÿò ýëåêòðè÷åñêèé
òîê (äèýëåêòðèêîâ). Áèáë. 10, ðèñ. 5, òàáë. 1.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ýëåêòðîòåðìè÷åñêèé ïñåâäîîæèæåííûé ñëîé, âûñîêîòåìïåðàòóðíàÿ
îáðàáîòêà, ïèðîëèç, ïèðîóãëåðîä, ïðîïàí.
� Ñåìåéêî Ê.Â., 2015
Äëÿ ïðîâåäåíèÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ïðî-
öåññîâ (êîòîðûå íå ïðåäóñìàòðèâàþò âçàèìî-
äåéñòâèÿ ñ âîçäóõîì) â îñíîâíîì èñïîëüçóþò
ñëåäóþùèå óñòðîéñòâà: ïå÷è ñîïðîòèâëåíèÿ,
èíäóêöèîííûå ïå÷è, ýëåêòðîäóãîâûå ïëàçìîòðî-
íû. Îñíîâíàÿ ïðîáëåìà ïå÷åé ñîïðîòèâëåíèÿ
— îêèñëåíèå íàãðåâàòåëüíîãî ýëåìåíòà. Ê íå-
äîñòàòêàì èíäóêöèîííûõ ïå÷åé îòíîñÿòñÿ áîëü-
øèå ðàçìåðû äîáàâî÷íîãî îáîðóäîâàíèÿ, íåîá-
õîäèìîñòü âûñîêî÷àñòîòíîãî òîêà, à òàêæå
ñëîæíîñòü èçãîòîâëåíèÿ èíäóêòîðà. Ñîâðåìåí-
íûå ãåíåðàòîðû ïëàçìû, ïëàçìîòðîíû, ïîçâîëÿ-
þò ëþáîé ãàç íàãðåòü äî òåìïåðàòóðû îò 3000
äî 10000–15000 Ê [1], îäíàêî èõ ýêñïëóàòàöèÿ
òðåáóåò áîëüøîãî ïîòðåáëåíèÿ ýëåêòðîýíåðãèè.
Îäíèì èç ïåðñïåêòèâíûõ óñòðîéñòâ äëÿ
ïðîâåäåíèÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ïðîöåññîâ
ÿâëÿþòñÿ ðåàêòîðû ñ ýëåêòðîòåðìè÷åñêèì ïñåâ-
äîîæèæåííûì ñëîåì (ÝÒÏÑ). Çíà÷èòåëüíûì
ïðåèìóùåñòâîì ïñåâäîîæèæåííûõ ñèñòåì ÿâëÿ-
åòñÿ âûñîêàÿ èíòåíñèâíîñòü ïåðåíîñà òåïëà îò
ñëîÿ ê ïîâåðõíîñòè òåïëîîáìåíà (èëè â îáðàò-
íîì íàïðàâëåíèè), ÷òî äàåò âîçìîæíîñòü ïðèìå-
íÿòü àïïàðàòû ñ ïñåâäîîæèæåííûì ñëîåì â ïðî-
öåññàõ, ãäå íåîáõîäèìà âûñîêàÿ èíòåíñèâíîñòü
òåïëîîáìåíà ìåæäó ðåàãåíòàìè.
 áîëüøèíñòâå ðåàêòîðîâ ñ ýëåêòðîòåðìè-
÷åñêèì ïñåâäîîæèæåííûì ñëîåì ïðèìåíÿåòñÿ
óñòàíîâêà ýëåêòðîäîâ â ðåàêöèîííóþ çîíó ðåàê-
òîðà [2–6].  ýòîì ñëó÷àå îïðåäåëåííîå âëèÿ-
íèå íà ïðîâåäåíèå âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ïðî-
öåññîâ îêàçûâàåò ïëàçìà ìèêðîðàçðÿäà [4, 7],
êîòîðàÿ íàáëþäàåòñÿ ïðè ïðî-
õîæäåíèè ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà
÷åðåç ñëîé ïñåâäîîæèæåííûõ
÷àñòèö. Îäíàêî îáÿçàòåëüíûì
óñëîâèåì íàãðåâàíèÿ ÷àñòèö ÿâ-
ëÿåòñÿ èõ ýëåêòðîïðîâîäíîñòü.
Ïîýòîìó äàííûé òèï ðåàêòîðà
íåëüçÿ ïðèìåíèòü ê ìàòåðèà-
ëàì-äèýëåêòðèêàì, îñîáåííî â
ïðîöåññàõ, ãäå èñêëþ÷àåòñÿ äî-
áàâëåíèå äðóãèõ ñûïó÷èõ ýëåê-
òðîïðîâîäíûõ ìàòåðèàëîâ (íà-
ïðèìåð, äðîáëåíîãî ýëåêòðîä-
íîãî ãðàôèòà) è äèýëåêòðè÷å-
ñêèå ñâîéñòâà ÷àñòèö ïñåâäî-
îæèæåííîãî ñëîÿ áóäóò îñòà-
âàòüñÿ ñòàáèëüíûìè, à òàêæå
ãäå âëèÿíèå ïðîõîæäåíèÿ ýëåê-
òðè÷åñêîãî òîêà ÷åðåç ÷àñòèöû
ÿâëÿåòñÿ íåæåëàòåëüíûì.Êàê
âàðèàíò âûñîêîòåìïåðàòóðíîé
îáðàáîòêè äèýëåêòðè÷åñêèõ ìà-
òåðèàëîâ ÿâëÿåòñÿ âíåøíèé íà-
ãðåâ ðåàêöèîííîé çîíû.  êà÷å-
ñòâå âíåøíåãî íàãðåâàòåëÿ â
Èíñòèòóòå ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 1 59
Ðèñ.1. Ñõåìà ðåàêòîðà ñ ýëåêòðîòåðìè÷åñêèì ïñåâäîîæè-
æåííûì ñëîåì: 1 — âíåøíèé êîðïóñ; 2, 3 — òåïëîèçîëÿ-
öèÿ; 4 — íàãðåâàòåëüíàÿ êàìåðà ñ êîëüöåâûì ýëåêòðîòåðìè-
÷åñêèì ïñåâäîñæèæåííûì ñëîåì; 5 — ðàáî÷àÿ çîíà; 6 —
âåðõíèé ýëåêòðîä; 7 — êîðîíà âåðõíåãî ýëåêòðîäà; 8 —
íèæíèå ýëåêòðîäû; 9 — ãàçîïðîâîäíûå òðóáêè; 10 — ãàçî-
ðàñïðåäåëèòåëüíûå êîëïà÷êè; 11 — öåíòðàëüíàÿ ãàçîïðî-
âîäíàÿ òðóáêà; 12 — ïàòðóáîê îòõîäÿùèõ ãàçîâ; 13 — òåð-
ìîïàðû; 14 — øòóöåð äëÿ âûõîäà ãàçà; 15 — òðóáêà äëÿ çà-
ãðóçêè ìàòåðèàëà; 16 — êðàí äëÿ âûãðóçêè ìàòåðèàëà;
17 — ìåõàíèçì ðåãóëèðîâêè âûñîòû ýëåêòðîäà.
Ðèñ.2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ òåõíîëîãè÷åñêàÿ ñõåìà ðàáîòû ðåàêòîðà: 1 — ðåàêòîð; 2
— áàëëîí ñ èíåðòíûì ãàçîì; 3 — áàëëîí ç ðåàêöèîííûì ãàçîì; 4, 5, 14, 15, 27 —
âåíòèëè; 6, 7, 26 — ðîòàìåòðû; 8 — âûòÿæêà; 9, 10, 12, 13 — âåíòèëè äëÿ âîäû;
11 — ðàñïðåäåëèòåëü âîäû; 16, 17 — àâòîìàòè÷åñêèå âûêëþ÷àòåëè; 18 — ñèëîâîé
òðàíñôîðìàòîð; 19 — ïàòðóáîê äëÿ âûõîäà èíåðòíîãî ãàçà; 20 — ïàòðóáîê äëÿ âû-
õîäà ãàçîâ èç ðàáî÷åé çîíû; 21 — âåíòèëü äëÿ âûõîäà ãàçà íà àíàëèç; 23 — êàíàë
äëÿ âûãðóçêè ìàòåðèàëà; 24 — ñëèâ; 25 — ãîðåëêà.
ïðåäëîæåíî èñïîëüçîâàòü êîëüöåâîé ÝÒÏÑ. Íà
îñíîâå ýòîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî ðåøåíèÿ ðàçðà-
áîòàí è ñêîíñòðóèðîâàí ëàáîðàòîðíûé ðåàêòîð
(ðèñ.1) [8].
Îñíîâíîé öåëüþ ðàçðàáîòàííîãî ðåàêòîðà
ÿâëÿåòñÿ ïðîâåäåíèå ïèðîëèçà óãëåâîäîðîäíûõ
ãàçîâ äëÿ ïîëó÷åíèÿ êàïñóëèðîâàííîãî ïèðîóã-
ëåðîäîì êâàðöåâîãî ïåñêà, êîòîðûé èñïîëüçó-
åòñÿ êàê ìîäåëü ìèêðîñôåðè÷åñêîãî ÿäåðíîãî
òîïëèâà (ìèêðîòâåëà). Òàêæå äàííûé ìàòåðè-
àë ïëàíèðóåòñÿ èñïîëüçîâàòü äëÿ äàëüíåéøåãî
êàðáîòåðìè÷åñêîãî âîññòàíîâëåíèÿ êðåìíèÿ.
Êðàòêî î ïðèíöèïå ðàáîòû ðåàêòîðà: â íà-
ãðåâàòåëüíóþ êîëüöåâóþ êàìåðó çàãðóæàþò
ñëîé ýëåêòðîïðîâîäÿùèõ ÷àñòèö, êîòîðûé îæè-
æàþò èíåðòíûì ãàçîì (àçîò), ÷åðåç âåðõíèé
ýëåêòðîä ïîäàþò òîê, êîòîðûé ðàçîãðåâàåò ðå-
àêòîð äî 800–1200 �C. Â ðåàêöèîííóþ êàìåðó
ïîäàþò ðåàêöèîííûé ãàç (ñìåñü óãëåâîäîðîäîâ
íà îñíîâå ïðîïàíà) è çàãðóæàþò êâàðöåâûé ïå-
ñîê. Ïðèíöèïèàëüíàÿ òåõíîëîãè÷åñêàÿ ñõåìà
ïðèâåäåíà íà ðèñ.2.
Íà îïèñàííîì âûøå ðåàêòîðå ïðîâåäåíà ñå-
ðèÿ îïûòîâ ïî ïîëó÷åíèþ êàïñóëèðîâàííîãî
ïèðîóãëåðîäîì êâàðöåâîãî ïåñêà. Â ðåçóëüòàòå
íàãðåâà ÷åðåç ãðàôèòîâóþ ñòåíêó ðàáî÷åé çîíû
ñîçäàþòñÿ óñëîâèÿ äëÿ ïðîâåäåíèÿ ïèðîëèçà óã-
ëåâîäîðîäíûõ ãàçîâ. Ïðè ýòîì ïèðîóãëåðîä
îñàæäàåòñÿ íà ÷àñòèöàõ êâàðöåâîãî ïåñêà
(ðèñ.3), íà òåðìîïàðå, ðàçìåùåííîé â ðàáî÷åé
çîíå (ðèñ.4), à òàêæå íà ñòåíêàõ âíóòðåííåé
÷àñòè ðåàêòîðà.
Ïðè òåìïåðàòóðå 1000 �Ñ, ñîãëàñíî äàííûì
õðîìàòîãðàôè÷åñêîãî àíàëèçà, âûäåëÿåòñÿ îêî-
ëî 63 % (îá.) âîäîðîäà, êîòîðûé ìîæåò èìåòü
øèðîêóþ îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ. Ñîãëàñíî òåðìî-
äèíàìè÷åñêèì ðàñ÷åòàì, ñ óâåëè÷åíèåì òåìïå-
ðàòóðû âûõîä âîäîðîäà áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ.
Äëÿ ïîñòðîåíèÿ ãðàôèêà äèíàìèêè íàãðåâà
ðåàêòîðà íà îñíîâå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ
ðàññ÷èòàíî çíà÷åíèå òåìïåðàòóðû ñ ó÷åòîì ïî-
ãðåøíîñòåé [9] ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììû Microsoft
Office Excel. Äàííûå äëÿ ïîñòðîåíèÿ ãðàôèêà è
êðèòåðèè ïîãðåøíîñòè ïðèâåäåíû â òàáëèöå.
Ãðàôèê çàâèñèìîñòè òåìïåðàòóðû îò âðå-
ìåíè íàãðåâà ïðèâåäåí íà ðèñ.5. Âûõîä íà ðåæèì
áîëåå 900 �Ñ ïðîõîäèò ïðèìåðíî çà 35 ìèí.
Ñ öåëüþ îöåíêè òåïëîâîãî ÊÏÄ, îïðåäåëå-
íèÿ ñòðóêòóðû è õàðàêòåðà ðàñïðåäåëåíèÿ ýëåê-
òðè÷åñêîé ìîùíîñòè, îïðåäåëåíèÿ ïóòåé äëÿ îï-
òèìèçàöèè òåïëîâîé ðàáîòû ðåàêòîðà áûë ðàñ-
ñ÷èòàí òåïëîâîé áàëàíñ ðåàêòîðà. Òåïëîâîé áà-
ëàíñ ðàññ÷èòûâàëñÿ ïðè ñëåäóþùèõ óñëîâèÿõ:
60 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 1
Ðèñ.3. Êàïñóëèðîâàíûé ïèðîóãëåðîäîì êâàðöåâûé ïåñîê
(óâåëè÷åíèå â 50 ðàç, ïîëó÷åííîå íà ðàñòðîâîì ýëåêòðîííîì
ìèêðîñêîïå ZEISS EVO SO).
Ðèñ.4. Ïèðîóãëåðîä, îñàæäåííûé íà òåðìîïàðå (óâåëè÷åíèå
â 100 ðàç, ïîëó÷åííîå ðàñòðîâûì ýëåêòðîííûì ìèêðîñêîïîì
ZEISS EVO SO).
Çíà÷åíèå òåìïåðàòóðû îò âðåìåíè íàãðåâà è
ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ïîãðåøíîñòåé
Âðåìÿ, ìèí t, �Ñ Q-êðèòåðèé �-êðèòåðèé
0 20 – –
10 341 0,160 0,727
15 490 0,673077 1,032
20 670 0,091 0,531
25 762 0,290 1,835
30 836 0,516 1,647
35 897 0,136 1,499
Ðèñ.5. Äèíàìèêà íàãðåâà ðåàêòîðà.
Ò = 960 �Ñ, ð = 0,1 ÌÏà, ðàñõîä àçîòà — 2,5
ì3/÷, ðàñõîä ðåàêöèîííîãî ãàçà — 0,84 ì3/÷.
Óðàâíåíèå òåïëîâîãî áàëàíñà ðåàêòîðà ñ
ÝÒÏÑ âûãëÿäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì [10]:
Q0 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 +
+ Q6 + Q7 + Q8 � �Q. (1)
Îáîçíà÷åíèÿ ïðèâåäåíû íèæå:
Q0 – êîëè÷åñòâî ââåäåííîé òåïëîòû
Ïîòåðÿ òåïëîòû:
Q1 – íà íàãðåâ ðåàêöèîííîãî ãàçà
Q2 – íà íàãðåâ àçîòà
Q3 – íà ïîêðûòèå ýíäîòåðìè÷åñêèõ ýôôåêòîâ ðåàêöèé
Q4 – íà íàãðåâ çàãðóæàåìîãî êâàðöåâîãî ïåñêà
Q5 – ñ îõëàæäàþùåé âîäîé
Q6 – ÷åðåç òåïëîèçîëÿöèþ ðåàêòîðà
Q7 – ñ ãàçàìè, ïîêèäàþùèìè ðåàêòîð
Q8 – ñ ïåñêîì, êîòîðûé âûãðóæàåòñÿ
�Q – äèñáàëàíñ
Êîëè÷åñòâî ââåäåííîé òåïëîòû — ýëåêòðè-
÷åñêàÿ ìîùíîñòü, êîòîðàÿ ïîäâîäèòüñÿ â ðåàê-
òîð, — îïðåäåëÿåòñÿ ïî âîëüòàìïåðíîé õàðàê-
òåðèñòèêå:
Q0 = U I; (2)
Q1 = Gã Ñã (Ò2 – Ò1), (3)
ãäå Gã — ðàñõîä ðåàêöèîííîãî ãàçà, ì3/÷; Ñã
— òåïëîåìêîñòü ðåàêöèîííîãî ãàçà,
êêàë/(ì3.Ê), òåïëîåìêîñòü ðåàëüíîãî ãàçà; Ò2
— òåìïåðàòóðà ïðîöåññà, Ê; Ò1 — òåìïåðàòóðà
ðåàêöèîííîãî ãàçà ïåðåä ïîäà÷åé â ðåàêòîð, Ê.
Q2 = Gà Ñà (Ò2 –Ò1), (4)
ãäå Gà — ðàñõîä àçîòà, ì3/÷; Ñà — òåïëîåì-
êîñòü àçîòà, êêàë/(ì3.Ê); Ò2 — òåìïåðàòóðà
ïðîöåññà Ê; Ò1 — òåìïåðàòóðà àçîòà ïåðåä ïî-
äà÷åé â ðåàêòîð, Ê.
Q3 = Gã �bi ñi �Hi298, (5)
ãäå
�bi = biï – biê, (6)
ãäå biï — íà÷àëüíàÿ äîëÿ ðåàêöèîííîãî ãàçà, %
(îá.); biê — êîíå÷íàÿ äîëÿ ðåàêöèîííîãî ãàçà,
% (îá.); �i — ïëîòíîñòü ðåàêöèîííîãî ãàçà,
êã/ì3; �Hi298 — òåïëîòà îáðàçîâàíèÿ êîìïî-
íåíòà, êêàë/êã.
Q4 = Gçï Ñêï (Ò2 – Ò1), (7)
ãäå Gçï — ñêîðîñòü çàãðóçêè êâàðöåâîãî ïåñêà,
êã/÷; Ñêï — òåïëîåìêîñòü êâàðöåâîãî ïåñêà,
êêàë/(êã.Ê); Ò1 — òåìïåðàòóðà çàãðóæàåìîãî
ïåñêà, Ê; Ò2 — òåìïåðàòóðà ïðîöåññà, Ê.
Q5 = Gâ Ñâ (Ò2 – Ò1), (8)
ãäå Gâ — ðàñõîä âîäû, ì3/÷; Ñâ — òåïëîåì-
êîñòü âîäû, êêàë/(ì3.Ê); Ò1 — íà÷àëüíàÿ òåì-
ïåðàòóðà âîäû, Ê; Ò2 — êîíå÷íàÿ òåìïåðàòóðà
âîäû, Ê;
Q6 = (Ò2 – Ò1)/�(Li/ i Fi), (9)
ãäå Ò1 — òåìïåðàòóðà âíåøíåé ñòåíêè ðåàêòîðà,
Ê; Ò2 — òåìïåðàòóðà ïðîöåññà, Ê; L³ — òîëùèíà
ñëîÿ òåïëîèçîëÿöèè, ì; i — òåïëîïðîâîäíîñòü
ìàòåðèàëà òåïëîèçîëÿöèè, Âò/(ì.�Ñ); Fi — ïëî-
ùàäü ïîâåðõíîñòè ñëîÿ òåïëîèçîëÿöèè, ì2,
Fi = (FÇØ + FÂØ)/2, (10)
ãäå FÇØ — ïëîùàäü ïîâåðõíîñòè âíåøíåãî ñëîÿ
òåïëîèçîëÿöèè; FÂØ — ïëîùàäü ïîâåðõíîñòè
âíóòðåííåãî ñëîÿ òåïëîèçîëÿöèè.
Ñîîòâåòñòâåííî êîíñòðóêöèè ðåàêòîðà äëÿ
ðàñ÷åòà ðàçäåëèì ðåàêòîð íà òðè çîíû: Q6
1,
Q6
2, Q6
3:
Q6 = Q6
1 + Q6
2 + Q6
3; (11)
Q7 = G³ ѳ (Ò2 – Ò1), (12)
ãäå Gi - ðàñõîä ãàçà (ì3/÷); ѳ — òåïëîåìêîñòü
ãàçà, êêàë/(ì3.K); Ò2 — òåìïåðàòóðà ãàçà íà
âûõîäå èç ðåàêòîðà, Ê; Ò1 — íà÷àëüíàÿ òåì-
ïåðàòóðà ãàçà, Ê.
Q8 = Gâï Ñêï (Ò2 –Ò1), (13)
ãäå Gâï — ñêîðîñòü âûãðóçêè ïåñêà, êã/÷; Ò2
— òåìïåðàòóðà âûãðóæåííîãî ïåñêà, Ê; Ò1 —
òåìïåðàòóðà âíåøíåé ñðåäû, Ê.
Èç ðàñ÷åòà òåïëîâîãî áàëàíñà ïðè ñëåäóþ-
ùèõ óñëîâèÿõ: Ò = 960 �Ñ, ð = 0,1 ÌÏà, ðàñ-
õîä àçîòà — 2,5 ì3/÷, ðàñõîä ðåàêöèîííîãî ãà-
çà — 0,84 ì3/÷ — ïîëó÷åíû òàêèå ðåçóëüòàòû:
Q0 = 9000 Âò;
Q1 = 547 êêàë/÷ = 636 Âò;
Q2 = 589 êêàë/÷ = 685 Âò;
Q3 = 1843 êêàë/÷ = 2141 Âò;
Q4 = 73 êêàë/÷ = 85 Âò;
Q5 = 2173 êêàë/÷ = 2525 Âò;
Q6 = 2041 Âò;
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 1 61
Q7 = 701 êêàë/÷ = 815 Âò;
Q8 = 3 êêàë/÷ = 4 Âò;
�Q = 68 Âò.
Ìîæíî îòìåòèòü çíà÷èòåëüíóþ ïîòåðþ òåï-
ëîòû ñ îõëàæäàþùåé âîäîé è ÷åðåç òåïëîèçîëÿ-
öèþ ðåàêòîðà.
Òåðìè÷åñêèé ÊÏÄ ðàññ÷èòàí êàê îòíîøå-
íèå ïîëåçíî çàòðà÷åííîé òåïëîòû ê îáùåìó
îáúåìó òåïëà:
ÊÏÄ = (Q1 + Q3 + Q4)/Q0
31,8 %. (14)
Îñíîâíûå ðàñõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè óñòà-
íîâêè: èíåðòíûé ãàç (àçîò)
2,08 ì3/÷, ìîù-
íîñòü
9 êÂò, âîäà äëÿ îõëàæäåíèÿ
0,10 ì3/÷.
Âûâîäû
Âûñîêîòåìïåðàòóðíûé ÝÒÏÑ ìîæíî
èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà òåïëîòû äëÿ
ïîëó÷åíèÿ äîñòàòî÷íî âèñîêîãî òåìïåðàòóðíîãî
óðîâíÿ â îòäåëåííîé îò íåãî ðåàêöèîííîé êàìå-
ðå (ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà 1200 �Ñ, ïîëó-
÷åííàÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî, — äàëåêî íå ïðå-
äåë). Äèíàìèêà íàãðåâà ïîêàçûâàåò îòíîñèòåëü-
íî áûñòðûé âûõîä íà ðåæèì, îäíàêî, ñîãëàñíî
äàííûì òåïëîâîãî áàëàíñà, îñíîâíîé ðàñõîä òå-
ïëîòû ïðèõîäèòüñÿ íà íàãðåâ îõëàæäàþùåé âî-
äû è òåïëîèçîëÿöèè — ïîòåðè, ïðèñóùèå âñåì
òåïëîâûì àïïàðàòàì. Ñëåäîâàòåëüíî, äàííûé
ðåàêòîð èìååò íåâûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü (òåð-
ìè÷åñêèé ÊÏÄ
31,8 %) ïðè åãî èñïîëüçîâà-
íèè äëÿ ïðîöåññîâ ïîëó÷åíèÿ êàïñóëèðîâàííîãî
ïèðîóãëåðîäîì êâàðöåâîãî ïåñêà. Ïðèìåíåíèå
åãî ìîæåò áûòü îïðàâäàííûì, åñëè ïðè ýòîì
ó÷èòûâàòü äîïîëíèòåëüíîå ïîëó÷åíèå âîäîðîä-
ñîäåðæàùåãî ãàçà. Îäíèì èç ïðåèìóùåñòâ äàí-
íîãî ðåàêòîðà, ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü âûñîêî-
òåìïåðàòóðíîé îáðàáîòêè äèýëåêòðè÷åñêèõ ìà-
òåðèàëîâ.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Øàïîâàëîâ Â.Î., Øåéêî ².Â., Ðåì³çîâ Ã.Î. / Çà
ðåäàêö³ºþ àêàäåì³êà Á.ª. Ïàòîíà / Ïëàçìîâ³
ïðîöåñè òà óñòàòêóâàííÿ â ìåòàëóð㳿. — Êè¿â :
Õ³ìäæåñò, 2012. — 384 ñ.
2. Ìàõîðèí Ê.Å., Êàðï È.Í., Êîæàí À.Ï. Âûñîêî-
òåìïåðàòóðíàÿ ïå÷ü ñ ýëåêòðîòåðìè÷åñêèì êèïÿ-
ùèì ñëîåì äëÿ íàãðåâà âîäîðîäà // Èíôîðìàöè-
îííîå ïèñüìî Èíñòèòóòà ãàçà ÀÍ ÓÑÑÐ. — 1970.
— ¹ 15. — 32 ñ.
3. Pat. 4543240 A USA, B 01 J 12/00, Fluidized beds,
silicon carbide production / William M.
Goldberger // Applicant and patent holder: Supe-
rior Graphite Co. — ¹ 06/691,076; applic. date:
14.01.1985; publ. date: 24.09.1985.
4. Áîðîäóëÿ Â.À., Âèíîãðàäîâ Ë.Ì., Ãðåáåíüêîâ
À.Æ., Ìèõàéëîâ À.À., Ðàáèíîâè÷ Î.Ñ. Ñèíòåç
ìåëêîçåðíèñòîãî êàðáèäà êðåìíèÿ ìåòîäîì êàð-
áîòåðìè÷åñêîãî âîññòàíîâëåíèÿ êðåìíåçåìà â
ýëåêòðîòåðìè÷åñêîì êèïÿùåì ñëîå // Òåç.
äîêë. IX Ìåæäóíàð. êîíô. «Êðåìíèé-2012»,
Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, 9–13 èþëÿ 2012 ã. — ÑÏá. :
Ôèç.-òåõí. èí-ò. èì. À.Ô.Éîôôå ÐÀÍ, 2012. —
C. 280.
5. Áîãîìîëîâ Â.À., Êîæàí À.Ï., Áîíäàðåíêî Á.È.,
Õîâàâêî À.È., Ñåìåéêî Ê.Â. Êàïñóëèðîâàíèå
êâàðöåâîãî ïåñêà ïèðîóãëåðîäîì â ýëåêòðîòåðìè-
÷åñêîì ïñåâäîîæèæåíîì ñëîå // Ýíåðãîòåõíîëî-
ãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. — 2013. — ¹ 5. —
Ñ. 36–40.
6. Gubynskyi M.V., Barsukov I.V., Fedorov S.S.,
Livitan M.V., Gogotsi O.G., Upendra S. Rohatgi
Study of aerodynamic properties of continuous high
temperature reactors // Conference ASME 2013
Fluids Engineering Division Summer Meeting, In-
cline Village, NV, July 2013. — 7 p.
7. Simeyko K. Thermal influence of microdischarge
plasma on the process of receiving of quartz sand en-
capsulated by pyrocarbon // Proccedings of the
National Aviation University. — 2014. — ¹ 2. —
P. 131–135.
8. Ïàò. 86131 Óêð., ÌÏÊ (2013.01) B 01 J 8/18
(2006.01), B 01 J 12/00. Ðåàêòîð äëÿ âèñîêîòåì-
ïåðàòóðíèõ ïðîöåñ³â / Â.Î.Áîãîìîëîâ, Á.².Áîí-
äàðåíêî, Î.Ï.Êîæàí, Ê.Â.ѳìåéêî; çàÿâíèê ³ ïà-
òåíòîâëàñíèê: ²íñòèòóò ãàçó ÍÀÍ Óêðà¿íè. – ¹
u201309320; çàÿâë. 25.07.2013. — Îïóáë.
10.12.13, Áþë. ¹ 23.
9. ×óìàê Â.Ë., ²âàíîâ Ñ.Â., Ìàêñèìþê Ì.Ð. Îñíîâè
íàóêîâèõ äîñë³äæåíü. — Êèåâ : Íàö. àâèàö. óí-ò,
2009. — 304 ñ.
10. Áîãîìîëîâ Â.À. Èññëåäîâàíèå ïðîöåññà è ðàçðà-
áîòêà òåõíîëîãèè ïèðîëèçà ïðèðîäíîãî ãàçà â äèñ-
ïåðñíûõ ñðåäàõ : Àâòîðåô. äèñ. … êàíä. òåõí. íà-
óê. — Êèåâ, 1982. — 21 ñ.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 17.02.15
62 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 1
References
1. Shapovalov V.O., Shejko ².V., Rem³zov G.O. / Ed.
by academician B.E.Paton, Plazmov³ procesi ta
ustatkuvannja v metalurg³¿ [Plasma processes and
equipment in metallurgy]. Kiev: H³mdzhest, 2012,
384 p. (Ukr.)
2. Makhorin K.E., Karp I.M., Kozhan A.P.
Vysokotemperaturnaja pech’ s jelektrotermicheskim
kipjashhem sloem dlja nagreva vodoroda [High-tem-
perature furnace with electrothermal fluidized bed
for hydrogen heating], Informacionnoe pis’mo
Instituta gaza AN USSR [Information Letter of
Gas Institute of Academy of Sciences of Ukrainian
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 1 63
ѳìåéêî Ê.Â., êàíä. òåõí. íàóê
²íñòèòóò ãàçó ÍÀÍ Óêðà¿íè, Êè¿â
âóë. Äåãòÿð³âñüêà, 39, 03113 Êè¿â, Óêðà¿íà, e-mail: k_simeyko@ukr.net
Âèêîðèñòàííÿ åëåêòðîòåðì³÷íîãî ïñåâäîçð³äæåíîãî øàðó
ÿê çîâí³øíüîãî íàãð³âàëüíîãî åëåìåíòà ðåàêòîðà
Ïåðñïåêòèâíèìè ïðèñòðîÿìè äëÿ ïðîâåäåííÿ âèñîêîòåìïåðàòóðíèõ ïðîöåñ³â º ðåàêòîðè ç
åëåêòðîòåðì³÷íèì ïñåâäîçð³äæåíèì øàðîì. Îäíèì ç òàêèõ ðåàêòîð³â, º ðîçðîáëåíèé â
²íñòèòóò³ ãàçó ÍÀÍ Óêðà¿íè ëàáîðàòîðíèé ðåàêòîð, äå ó ÿêîñò³ çîâí³øíüîãî
íàãð³âàëüíîãî åëåìåíòó âèêîðèñòîâóºòüñÿ ê³ëüöåâèé åëåêòðîòåðì³÷íèé ïñåâäîçð³äæåíèé
øàð. Ó äàíîìó ðåàêòîð³ ïðîâîäèâñÿ ï³ðîë³ç ñóì³ø³ âóãëåâîäíåâèõ ãàç³â íà îñíîâ³ ïðîïà-
íó. Ìåòîþ ïðîâåäåííÿ äàíîãî ïðîöåñó º îäåðæàííÿ êàïñóëüîâàíîãî ï³ðîâóãëåöåì êâàðöå-
âîãî ï³ñêó, ÿêèé âèêîðèñòîâóºòüñÿ ÿê ìîäåëü ì³êðîñôåðè÷íîãî ÿäåðíîãî ïàëèâà
(ì³êðîòâåëà). Òàêîæ äàíèé ìàòåð³àë ïëàíóºòüñÿ âèêîðèñòîâóâàòè äëÿ ïîäàëüøîãî êàðáî-
òåðì³÷íîãî â³äíîâëþâàííÿ êðåìí³þ. Ó ñòàòò³ íàâåäåí³: ñõåìà ðåàêòîðó ³ ïðèíöèï ðîáîòè,
ïðèíöèïîâà òåõíîëîã³÷íà ñõåìà, ðåçóëüòàòè ïðîâåäåíèõ äîñë³ä³â, ðîçðàõóíêè òåïëîâèõ
õàðàêòåðèñòèê, îñíîâí³ âèòðàòí³ ïîêàçíèêè ðåàêòîðó. Äàíà îö³íêà åôåêòèâíîñò³ ðåàêòîðó
ïðè ïðîâåäåíí³ ï³ðîë³çó ñóì³ø³ âóãëåâîäíåâèõ ãàç³â íà îñíîâ³ ïðîïàíó. Ñåðåä ìîæëèâèõ
âàð³àíò³â âèêîðèñòàííÿ ðîçðîáëåíîãî ðåàêòîðà º òåðì³÷íà îáðîáêà ìàòåð³àë³â, ÿê³ íå ïðî-
âîäÿòü åëåêòðè÷íèé ñòðóì (ä³åëåêòðèê³â). Á³áë. 10, ðèñ. 5, òàáë. 1.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: åëåêòðîòåðì³÷íèé ïñåâäîçð³äæåíèé øàð, âèñîêîòåìïåðàòóðíà îáðîá-
êà, ï³ðîë³ç, ï³ðîâóãëåöü, ïðîïàí.
Simeiko K.V., Candidate of Teñhnical Sciences
The Gas Institute of National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev
39, Degtyarivska Str., 03113 Kiev, Ukraine, e-mail: k_simeyko@ukr.net
Applying of Electrothermal Fluidized Bed
as the Outer Heating Element of Reactor
Promising of high-temperature devices is the reactors with electrothermal fluidized bed.
One of such reactors was developed at the Gas Institute of NAS of Ukraine. It is the lab-
oratory reactor applying circular electrothermal fluidized bed as the external heating ele-
ment. Pyrolysis of mixture of hydrocarbon gases on the basis of propane was carried out
in this reactor. The purpose of this process is to obtain quartz sand encapsulated with
pyrolytic carbon, which is used as the model of microspherical nuclear fuel (coated parti-
cle fuel). Besides, this material is planned o be used for further carbothermic reduction
of silicon. The article presents: the scheme of the reactor and its operational principle,
process flow diagram, the experimental result, the calculations of the thermal characteris-
tics, the basic consumption parameters of the reactor. The efficiency of the reactor while
carrying out the pyrolysis of mixture of hydrocarbon gases on the basis of propane. Ther-
mal processing of materials that do not conduct the current (dielectric materials) is one
of the possible kinds of application of developed reactor. Bibl. 10, Fig. 5, Table 1.
Key words: electrothermal fluidized bed, high temperature processing, pyrolysis,
pyrocarbon, propane.
Soviet Socialist Republic]. Kiev: Naukova Dumka,
1970, (15), 32 p. (Rus.)
3. Pat. 4543240 A USA, B 01 J 12/00. Fluidized beds,
silicon carbide production / William M. Goldberger
// Applicant and patent holder: Superior Graphite
Co. — ¹ 06/691,076; applic. date: 14.01.1985;
publ. date: 24.09.1985.
4. Borodulya V.A., Vinogradov L.M., Grebenkov A.G.,
Mikhailov A.A., Rabinovich O.S. Sintez
melkozernistogo karbida kremnija metodom
karbotermicheskogo vosstanovlenija kremnezjoma v
jelektrotermicheskom kipjashhem sloe [Synthesis of
fine silicon carbide by carbothermal reduction of sil-
ica in the electrothermal fluidized bed]. Tezisy
dokladov IX Mezhdunarodnaja konferencija
«Kremnij-2012» [IX International Conference «Sil-
icon-2012». Book of abstracts]. St.Petersburg, 9–13
July 2012. St.Petersburg : Fiziko-tehnicheskij
institut [Ioffe Institute], 2012, p. 280 (Rus.)
5. Bogomolov V.O. Kozhan A.P., Bondarenko B.I.,
Khovavko O.I., Simeyko K.V. Kapsulirovanie
kvarcevogo peska pirouglerodom v jelektroter-
micheskom psevdoozhizhenom sloe [Research of the
process of quartz sand encapsulation by pyrolytic car-
bon]. Jenergotehnologii i resursozberezhenie [Energy
Technologies and Resource Saving], 2013, (5), pp.
36–40. (Rus.)
!6. Gubynskyi M.V., Barsukov I. V., Fedorov S.S.,
Livitan M. V., Gogotsi O.G., Upendra S. Rohatgi
Study of aerodynamic properties of continuous high
temperature reactors // Conference ASME 2013
Fluids Engineering Division Summer Meeting, In-
cline Village, NV, July 2013, 7 p.
7. Simeyko K. Thermal influence of microdischarge plasma
on the process of receiving of quartz sand encapsulated
by pyrocarbon. Proccedings of the National Aviation
University. 2014, (2), ðð. 131–135. (Eng.)
8. Pat. 86131 Ukraine, B 01 J 8/18 (2006.01), B 01 J
12/00. Reaktor dlja visokotemperaturnih proces³v
[Reactor for high temperature processes] / V.O.
Bogomolov O.P. Kozhan, B.I. Bondarenko, K.V.
Simeyko; Applicant and patent holder: Gas institute
of National academy of science of Ukraine. — ¹
u201309320; applic. date: 25.07.2013; publ. date:
10.12.2013. — Bull ¹ 23. (Ukr.)
9. Chumak V.L. ²vanov S.V., Maksimjuk M.R. Osnovi
naukovih dosl³dzhen’ [Bases of scientific re-
searches]. Kiev : Nacionalnyi aviacionnyi
universitet, 2009, 304 p. (Ukr.)
10. Bogomolov V.A. Issledovanie processa i razrabotka
tehnologii piroliza prirodnogo gaza v dispersnyh
sredah [Research of process and technology develop-
ment of pyrolysis of natural gas in dispersion
phases] : dissertation of the candidate of technical
sciences. Kiev, 1982, 211 p. (Rus.)
Received February 17, 2015
64 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2015. ¹ 1
ÓÄÊ 621.184.4/.5
Ãàëÿí÷óê ².Ð., Ìèñàê É.Ñ., äîêò. òåõí. íàóê., ïðîô.,
Êóçíåöîâà Ì.ß., êàíä. òåõí. íàóê
Íàö³îíàëüíèé óí³âåðñèòåò «Ëüâ³âñüêà ïîë³òåõí³êà»
âóë. Ñ. Áàíäåðè, 12, 79013 Ëüâ³â, Óêðà¿íà, å-mail: kuznetsovam83@gmail.com
Âèçíà÷åííÿ íàñë³äê³â ðåæèìíèõ çì³í
ïîâ³òðîï³ä³ãð³âà÷à êîòëà ÒÏ-100
Ðîçãëÿíóòî îñíîâí³ ïðîáëåìè, ÿê³ âèíèêàþòü ï³ä ÷àñ âèð³øåííÿ çàäà÷³ îïòèì³çàö³¿ ðî-
áîòè òåïëîòåõí³÷íîãî óñòàòêóâàííÿ, êîëè â óìîâàõ åêñïëóàòàö³¿ ôàêòè÷íèé ñòàí éîãî
³ñòîòíî â³äð³çíÿºòüñÿ â³ä ïðîåêòíîãî. Çàñòîñîâàíî ìåòîä ðåæèìíèõ ðîçðàõóíê³â, ÿêèé
äຠçìîãó âèçíà÷èòè íàñë³äêè âíåñåíèõ çì³í ó òåïëîïåðåäàâàëüíó ñèñòåìó íà îñíîâ³
â³äîìèõ ò³ëüêè âõ³äíèõ òà âèõ³äíèõ òåìïåðàòóð òåïëîíîñ³¿â ó ïî÷àòêîâîìó ðåæèì³.
Êîòåë ÒÏ-100 çîáðàæåíî ó âèãëÿä³ ïîºäíàííÿ êîíâåêòèâíèõ ïîâåðõîíü íàãð³âó
(ïîâ³òðîï³ä³ãð³âà÷, åêîíîìàéçåð, ïåðâèííèé ïàðîïåðåãð³âà÷ òà ïðîì³æíèé ïàðîïå-
ðåãð³âà÷), ÿê³ ðîçãëÿäàþòüñÿ ÿê êîíâåêòèâíà òåïëîïåðåäàâàëüíà ñèñòåìà êîòëà. Ðîç-
ðîáëåíî ñïåö³àëüíó ñòðóêòóðíó ñõåìó òà â³äïîâ³äíó ìàòåìàòè÷íó ìîäåëü ïîâ³ò-
ðîï³ä³ãð³âà÷à êîòëà ÒÏ-100 ÿê ñèñòåìè âçàºìîçâ’ÿçàíèõ òåïëîîáì³ííèê³â. Îòðèìàí³
ðåçóëüòàòè ìîæíà âèêîðèñòàòè ÿê íîâèé ìåòîäè÷íèé àïàðàò ðîçðàõóíê³â ïîâ³òðî-
ï³ä³ãð³âà÷³â, à òàêîæ ÿê àïàðàò äëÿ âèÿâëåííÿ ìîæëèâèõ óäîñêîíàëåíü îá’ºêòó.
Á³áë. 7, ðèñ. 3, òàáë. 2.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: òåïëîïåðåäàâàëüíà ñèñòåìà, ïîâåðõí³ íàãð³âó, ðåæèìí³ ðîçðàõóíêè,
òåìïåðàòóðà òåïëîíîñ³¿â, ïîâ³òðîï³ä³ãð³âà÷.
� Ãàëÿí÷óê ².Ð., Ìèñàê É.Ñ., Êóçíåöîâà Ì.ß., 2015
|