RU2240281C2 - Method of production of singlet oxygen and a device for its realization - Google Patents
Method of production of singlet oxygen and a device for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2240281C2 RU2240281C2 RU2002126090/15A RU2002126090A RU2240281C2 RU 2240281 C2 RU2240281 C2 RU 2240281C2 RU 2002126090/15 A RU2002126090/15 A RU 2002126090/15A RU 2002126090 A RU2002126090 A RU 2002126090A RU 2240281 C2 RU2240281 C2 RU 2240281C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- tank
- singlet oxygen
- injector
- refrigerant
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к лазерной технике, преимущественно к химическим лазерам, и может быть использовано в технологическом кислород-йодном лазере (КИЛ).The invention relates to laser technology, mainly to chemical lasers, and can be used in a technological oxygen-iodine laser (CIL).
Уровень техникиState of the art
При создании способов и устройств получения синглетного кислорода, работающих в течение длительного времени, например, в технологическом кислород-йодном лазере, возникает целый ряд проблем.When creating methods and devices for the production of singlet oxygen, working for a long time, for example, in a technological oxygen-iodine laser, a number of problems arise.
Первая из них связана с прокачкой высокоагрессивной рабочей жидкости - щелочного раствора перекиси водорода (Basic Hydrogen Peroxide - ВНР) через химический реактор.The first of them is connected with pumping a highly aggressive working fluid - an alkaline solution of hydrogen peroxide (Basic Hydrogen Peroxide - ВНР) through a chemical reactor.
Вторая проблема связана с необходимостью отвода значительного количества энергии (Δ Н=155 кДж/моль), выделяющейся при взаимодействии рабочей жидкости (ВНР) с газообразным хлором в химическом реакторе.The second problem is related to the need to divert a significant amount of energy (Δ Н = 155 kJ / mol) released during the interaction of the working fluid (VNR) with gaseous chlorine in a chemical reactor.
Третья проблема связана с необходимостью поддержания температуры жидкости на уровне -15÷ -20° С для уменьшения ее разложения, а также для снижения давления паров воды на выходе до уровня ~1 Торр.The third problem is related to the need to maintain the temperature of the liquid at the level of -15 ÷ -20 ° C to reduce its decomposition, as well as to reduce the pressure of the water vapor at the outlet to the level of ~ 1 Torr.
Известен способ получения синглетного кислорода для кислород-йодного лазера [1], заключающийся в том, что в химический реактор подают газообразный хлор и рабочую жидкость - щелочной раствор перекиси водорода, предварительно приготовленную и охлажденную до температуры -15÷ -20° С. В реакторе струи щелочного раствора перекиси водорода химически взаимодействуют с потоком газообразного хлора, в результате образуется кислород с преимущественно возбужденным первым электронным уровнем (синглетный кислород), который выводят из химического реактора и подают для использования в лазерный объем КИЛ. Отработанную в реакторе жидкость по трубопроводу возвращают в резервуар. Таким образом, осуществляют циркуляцию рабочей жидкости через химический реактор до ее полной выработки при взаимодействии с газообразным хлором.A known method of producing singlet oxygen for an oxygen-iodine laser [1], which consists in the fact that chlorine gas and a working fluid — an alkaline solution of hydrogen peroxide — are prepared and cooled to a temperature of -15 ÷ -20 ° C in a chemical reactor. jets of an alkaline solution of hydrogen peroxide chemically interact with a stream of chlorine gas, resulting in the formation of oxygen with a predominantly excited first electronic level (singlet oxygen), which is removed from the chemical reaction ora and serves for use in the laser volume of the CIL. The liquid spent in the reactor is returned through the pipeline to the tank. Thus, the circulation of the working fluid through a chemical reactor is carried out until it is fully developed when interacting with gaseous chlorine.
Указанный способ получения синглетного кислорода реализован с помощью устройства [1], включающего химический реактор, резервуар со щелочным раствором перекиси водорода и жидкостной насос, объединенные трубопроводами в замкнутый контур, источник хлора и вакуумную систему, соединенные с химическим реактором, теплообменник, подключенный к источнику хладагента (охлажденного этилового спирта). Из-за значительного тепловыделения в химическом реакторе, при взаимодействии между хлором и щелочным раствором перекиси водорода, температура жидкости в резервуаре в процессе работы устройства непрерывно повышается, поэтому для поддержания постоянства ее температуры теплообменник имеет большую теплопередающую поверхность, что увеличивает габариты и массу устройства.The specified method of producing singlet oxygen is implemented using a device [1], including a chemical reactor, a tank with an alkaline solution of hydrogen peroxide and a liquid pump, combined by pipelines in a closed loop, a chlorine source and a vacuum system connected to a chemical reactor, a heat exchanger connected to a refrigerant source (chilled ethyl alcohol). Due to the significant heat release in a chemical reactor, during the interaction between chlorine and an alkaline solution of hydrogen peroxide, the temperature of the liquid in the tank during the operation of the device increases continuously, therefore, to maintain a constant temperature, the heat exchanger has a large heat transfer surface, which increases the dimensions and weight of the device.
Известен способ получения синглетного кислорода для кислород-йодного лазера [2], в котором, в отличие от предыдущего аналога, перед подачей в лазерный объем синглетного кислорода, из него вымораживают пары воды. Основным недостатком указанного способа является то, что необходимость вымораживания паров воды ведет к его усложнению и снижению выхода синглетного кислорода. Способ реализован в устройстве [2], в котором в отличие от [1], резервуар снабжен перемешивающим устройством и подключен к источнику щелочи, а на выходе из реактора установлена криогенная ловушка. При этом источником хладагента служит жидкий азот. За счет использования в качестве хладоносителя жидкого азота и принудительного перемешивания рабочей жидкости эффективность охлаждения и однородность ее температуры в этом устройстве значительно лучше, чем у предыдущего аналога. Больше также и продолжительность работы, благодаря добавлению щелочи в рабочую жидкость по мере ее выработки. В то же время, устройство такого типа обладает рядом недостатков. Из-за наличия между хладагентом и рабочей жидкостью промежуточного элемента - теплообменника, обладающего значительным тепловым сопротивлением, эффективность теплообмена снижается. Кроме того, вследствие большого градиента температур между охлаждаемым рабочим раствором и хладагентом, на элементах теплообменника образуется ледяная “шуба”, которая еще более уменьшает эффективность охлаждения раствора и приводит к повышению расхода хладагента.A known method of producing singlet oxygen for an oxygen-iodine laser [2], in which, unlike the previous analogue, before supplying singlet oxygen to the laser volume, water vapor is frozen out of it. The main disadvantage of this method is that the need for freezing water vapor leads to its complication and lower yield of singlet oxygen. The method is implemented in the device [2], in which, unlike [1], the tank is equipped with a mixing device and is connected to a source of alkali, and a cryogenic trap is installed at the outlet of the reactor. In this case, liquid nitrogen serves as a source of refrigerant. Due to the use of liquid nitrogen as a coolant and forced mixing of the working fluid, the cooling efficiency and uniformity of its temperature in this device are much better than the previous analogue. Also, the duration of the work is longer, due to the addition of alkali to the working fluid as it develops. At the same time, this type of device has several disadvantages. Due to the presence of an intermediate element between the refrigerant and the working fluid, a heat exchanger with significant thermal resistance, the heat transfer efficiency is reduced. In addition, due to the large temperature gradient between the cooled working solution and the refrigerant, an ice “coat” is formed on the elements of the heat exchanger, which further reduces the cooling efficiency of the solution and leads to an increase in the flow rate of the refrigerant.
Известен способ получения синглетного кислорода для кислород-йодного лазера [3], включающий подачу щелочного раствора перекиси водорода и газообразного хлора в химический реактор, вывод из реактора образовавшегося синглетного кислорода и отработанной жидкости. Жидкость из реактора отводят через дополнительные баки, поочередно вакуумируя и наполняя жидкостью каждый из них, с последующим перепуском жидкости в резервуар под действием высокого давления; жидкость в резервуаре поддерживают при атмосферном давлении и охлаждают до рабочей температуры путем инжекции в нее жидкого низкотемпературного хладагента, который подают в резервуар навстречу потоку отработанной жидкости. При реализации данного способа, благодаря инжектированию жидкого низкотемпературного хладагента непосредственно в рабочую жидкость, значительно уменьшается расход хладагента, повышается эффективность охлаждения, что дает возможность стабилизировать температуру раствора при непрерывном режиме работы. Основными недостатками способа являются необходимость поочередного вакуумирования и наполнения жидкостью дополнительных баков с последующим перепуском жидкости в резервуар под действием высокого давления, наличие источника высокого давления и вакуумной системы, приводящие к усложнению способа.A known method of producing singlet oxygen for an oxygen-iodine laser [3], including the supply of an alkaline solution of hydrogen peroxide and gaseous chlorine in a chemical reactor, the withdrawal of the formed singlet oxygen and spent liquid from the reactor. The liquid from the reactor is discharged through additional tanks, alternately evacuating and filling each of them with liquid, followed by transfer of the liquid to the tank under high pressure; the liquid in the tank is maintained at atmospheric pressure and cooled to operating temperature by injecting liquid low-temperature refrigerant into it, which is fed into the tank towards the flow of spent liquid. When implementing this method, due to the injection of liquid low-temperature refrigerant directly into the working fluid, the flow rate of the refrigerant is significantly reduced, the cooling efficiency is increased, which makes it possible to stabilize the temperature of the solution during continuous operation. The main disadvantages of the method are the need for alternating evacuation and filling of additional tanks with liquid, followed by bypassing the liquid into the tank under high pressure, the presence of a high pressure source and a vacuum system, which complicates the method.
Устройство для получения синглетного кислорода с использованием указанного способа [3] включает химический реактор, резервуар со щелочным раствором перекиси водорода и жидкостной насос, источник хлора, соединенный с химическим реактором и источник низкотемпературного хладагента. Оно снабжено, по крайней мере, двумя баками, соединенными с химическим реактором, резервуаром, источником высокого давления и вакуумной системой посредством отсечных клапанов, при этом резервуар снабжен инжектором жидкого низкотемпературного хладагента, устройством слива выработанной жидкости, вывода газифицированного хладагента и подключен к источнику щелочного раствора перекиси водорода. Источник низкотемпературного хладагента и инжектор соединены через регулятор расхода хладагента, на выходном конце трубопровода, соединяющего баки с резервуаром, установлен наконечник с отверстиями, которые выполнены напротив отверстий инжектора. Кроме того, устройство снабжено автоматической системой управления, входы которой соединены с датчиками температуры рабочей жидкости в резервуаре и ее уровня в баках, а выходы - с отсечными клапанами и регуляторами расхода низкотемпературного хладагента. Подключение устройства к источнику щелочного раствора перекиси водорода и снабжение его устройством слива выработанной жидкости позволяет реализовать непрерывный режим работы. Благодаря работе насоса устройства при атмосферном давлении, значительно повышается надежность и долговечность жидкостного насоса, а с ним и всего устройства в целом.A device for producing singlet oxygen using the indicated method [3] includes a chemical reactor, a tank with an alkaline solution of hydrogen peroxide and a liquid pump, a chlorine source connected to the chemical reactor and a source of low-temperature refrigerant. It is equipped with at least two tanks connected to a chemical reactor, a reservoir, a high pressure source and a vacuum system through shut-off valves, while the reservoir is equipped with a liquid low-temperature refrigerant injector, a device for draining the produced liquid, a gasified refrigerant outlet and connected to a source of alkaline solution hydrogen peroxide. The source of low-temperature refrigerant and the injector are connected through a regulator of the flow of refrigerant, at the output end of the pipeline connecting the tanks to the tank, a tip is installed with holes that are made opposite the injector openings. In addition, the device is equipped with an automatic control system, the inputs of which are connected to sensors of the temperature of the working fluid in the tank and its level in the tanks, and the outputs are connected to shut-off valves and flow regulators of low-temperature refrigerant. Connecting the device to the source of an alkaline solution of hydrogen peroxide and supplying it with a device for draining the generated liquid allows for continuous operation. Thanks to the operation of the pump of the device at atmospheric pressure, the reliability and durability of the liquid pump, and with it the entire device as a whole, are significantly increased.
В то же время, устройство такого типа обладает рядом недостатков. Во-первых, наличие поочередно вакуумируемых и наполняемых жидкостью дополнительных баков с последующим перепуском жидкости в резервуар под действием высокого давления, а также источника высокого давления и вакуумной системы, существенно усложняет конструкцию устройства, увеличивает ее габариты, стоимость изготовления и эксплуатации. Во-вторых, применение наконечников с отверстиями для инжектирования жидкого низкотемпературного хладагента, например жидкого азота, не позволяет равномерно распределять хладагент по всему объему резервуара и эффективно охлаждать жидкость. При больших подачах жидкого азота происходит обмерзание наконечников, что приводит к образованию ледяных пробок в отверстиях инжектора и снижению эффективности его работы. В-третьих, наличие большого количества управляемых клапанов и сложной автоматической системы управления, входы которой соединены с датчиками температуры рабочей жидкости в резервуаре и ее уровня в баках, а выходы - с отсечными клапанами и регулятором расхода низкотемпературного хладагента, существенно снижает надежность работы устройства. В-четвертых, при охлаждении рабочего раствора жидким азотом, в резервуаре образуется газожидкостная смесь, насыщенная пузырьками газа, которая нарушает работу насоса и при подаче в реактор снижает выход синглетного кислорода.At the same time, this type of device has several disadvantages. Firstly, the presence of additional tanks alternately evacuated and filled with liquid, followed by transfer of the liquid into the tank under the action of high pressure, as well as a high pressure source and a vacuum system, significantly complicates the design of the device, increases its dimensions, manufacturing and operating costs. Secondly, the use of tips with holes for injecting liquid low-temperature refrigerant, for example liquid nitrogen, does not allow uniform distribution of the refrigerant throughout the tank and effectively cool the liquid. At high flows of liquid nitrogen, the tips freeze, which leads to the formation of ice plugs in the holes of the injector and a decrease in the efficiency of its operation. Thirdly, the presence of a large number of controlled valves and a complex automatic control system, the inputs of which are connected to sensors of the working fluid temperature in the tank and its level in the tanks, and the outputs to shut-off valves and a low-temperature refrigerant flow controller, significantly reduce the reliability of the device. Fourth, when the working solution is cooled with liquid nitrogen, a gas-liquid mixture is formed in the tank, saturated with gas bubbles, which disrupts the pump and, when supplied to the reactor, reduces the output of singlet oxygen.
Указанный способ получения синглетного кислорода и устройства для его осуществления [3], как наиболее близкий по своей технической сущности к предлагаемому техническому решению, выбран в качестве прототипа.The specified method of producing singlet oxygen and a device for its implementation [3], as the closest in its technical essence to the proposed technical solution, is selected as a prototype.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Техническая задача изобретения состоит в создании простого и надежного способа непрерывного получения синглетного кислорода и устройства для его осуществления, повышении эффективности использования жидкого низкотемпературного хладагента путем интенсификации процессов теплообмена, а также в обеспечении безкавитационного режима работы устройства.The technical task of the invention is to create a simple and reliable method for the continuous production of singlet oxygen and a device for its implementation, increasing the efficiency of using liquid low-temperature refrigerant by intensifying heat transfer processes, as well as providing a cavitation-free mode of operation of the device.
Технический результат в предлагаемых способе и устройстве состоит в повышении их надежности и уменьшении расхода хладагента.The technical result in the proposed method and device is to increase their reliability and reduce refrigerant consumption.
Технический результат в способе получения синглетного кислорода достигается тем, что в известном способе, включающем подачу щелочного раствора перекиси водорода и газообразного хлора в химический реактор, вывод из реактора образовавшегося синглетного кислорода и отработанной жидкости, поддержание жидкости в резервуаре при атмосферном давлении и охлаждение до рабочей температуры путем инжекции в нее жидкого низкотемпературного хладагента, новым является то, что низкотемпературный хладагент в процессе инжекции диспергируют и подают равномерно по поперечному сечению жидкости в нижней части резервуара, при этом отработанную жидкость равномерно распределяют по поверхности инжектора, охлажденную жидкость обезгаживают перед подачей в реактор, а образующуюся при инжекции пену разрушают.The technical result in the method for producing singlet oxygen is achieved by the fact that in the known method, comprising feeding an alkaline solution of hydrogen peroxide and gaseous chlorine to a chemical reactor, withdrawing the formed singlet oxygen and spent liquid from the reactor, maintaining the liquid in the tank at atmospheric pressure and cooling to operating temperature by injecting liquid low-temperature refrigerant into it, it is new that the low-temperature refrigerant is dispersed and supplied during the injection process uniformly over the cross section of the liquid in the lower part of the tank, while the spent liquid is evenly distributed on the surface of the injector, the cooled liquid is degassed before being fed into the reactor, and the foam formed during injection is destroyed.
Во втором варианте способа отработанную жидкость вращают относительно оси резервуара.In a second embodiment of the method, the spent liquid is rotated about the axis of the tank.
Технический результат в устройстве для получения синглетного кислорода достигается тем, что в известном устройстве, включающем химический реактор, источник хлора, источник жидкого низкотемпературного хладагента, резервуар со щелочным раствором перекиси водорода с размещенными в нем инжектором жидкого низкотемпературного хладагента, устройствами слива выработанной жидкости и вывода газифицированного хладагента, новым является то, что оно снабжено цилиндрической полостью с размещенными в ней узлом диспергирования жидкого низкотемпературного хладагента, выполненным в виде пористой вставки в инжекторе, установленном на выходе устройства ввода хладагента с возможностью изменения глубины его погружения в жидкости, и узлом равномерного распределения отработанной жидкости, размещенным, с возможностью вращения, на выходе устройства ввода ее в резервуар и над инжектором, а также узлом обезгаживания жидкости, подключенным к реактору и выполненным в виде кольцевого переточного канала, образованного цилиндрической стенкой резервуара и соосной с ней цилиндрической полостью, и узлом разрушения пены, установленным над поверхностью жидкости в резервуаре с возможностью перемещения в вертикальном направлении, при этом устройство ввода хладагента размещено по оси резервуара коаксиально устройству ввода отработанной жидкости.The technical result in the device for producing singlet oxygen is achieved by the fact that in the known device including a chemical reactor, a source of chlorine, a source of liquid low-temperature refrigerant, a tank with an alkaline solution of hydrogen peroxide with an injector of liquid low-temperature refrigerant placed therein, devices for draining the generated liquid and withdrawing gasified gas of refrigerant, new is that it is equipped with a cylindrical cavity with a low-temperature liquid dispersion unit located in it iterative refrigerant made in the form of a porous insert in the injector installed at the outlet of the refrigerant inlet device with the possibility of changing its immersion depth in the liquid, and an evenly distributed waste liquid distribution unit located, with the possibility of rotation, at the outlet of its input device into the reservoir and above the injector, as well as a fluid degassing unit connected to the reactor and made in the form of an annular transfer channel formed by a cylindrical wall of the tank and a cylindrical strip coaxial with it water, and a foam destruction unit installed above the surface of the liquid in the tank with the possibility of moving in the vertical direction, while the refrigerant input device is placed along the axis of the tank coaxially with the waste fluid input device.
Во втором варианте устройства пористая вставка инжектора выполнена из нержавеющей стали с пористостью 25-40% и тонкостью фильтрации 15-20 мкм.In the second embodiment of the device, the porous injector insert is made of stainless steel with a porosity of 25-40% and a filter fineness of 15-20 microns.
В третьем варианте устройства боковые стенки и дно инжектора выполнены в виде вакуумируемой полости.In the third embodiment of the device, the side walls and bottom of the injector are made in the form of an evacuated cavity.
В четвертом варианте устройства узел равномерного распределения отработанной жидкости выполнен в виде турбинки по типу “Сегнерово колесо”, снабженной соплами.In the fourth embodiment of the device, the unit for uniform distribution of the spent liquid is made in the form of a turbine of the “Segner wheel” type, equipped with nozzles.
В пятом варианте устройства узел разрушения пены выполнен в виде многослойной перфорированной конической насадки со смещенными отверстиями и расположенной над ней насадки с кольцами Рашига.In the fifth embodiment of the device, the foam destruction unit is made in the form of a multilayer perforated conical nozzle with offset holes and a nozzle with Rashig rings located above it.
В шестом варианте исполнения устройства ввода хладагента и отработанной жидкости разделены посредством вакуумируемой полости.In a sixth embodiment, the refrigerant and waste fluid input devices are separated by a vacuum cavity.
Указанные отличия позволяют создать более надежно работающие способ и устройство для получения синглетного кислорода со значительно меньшим расходом хладагента, чем у известных аналогов.These differences allow you to create a more reliable working method and device for producing singlet oxygen with a significantly lower refrigerant consumption than known analogues.
Не обнаружены способы получения синглетного кислорода, в которых низкотемпературный хладагент в процессе инжекции диспергируют и подают равномерно по поперечному сечению жидкости в нижней части резервуара. Диспергирование низкотемпературного хладагента в процессе инжекции позволяет организовать его равномерное распределение во всем объеме охлаждаемого раствора и значительно увеличить межфазную поверхность теплообмена. При этом для охлаждения раствора более эффективно используется как теплота фазового перехода жидкость-газ низкотемпературного хладагента, так и низкая температура газифицированного хладагента. Это позволяет отводить тепло из рабочей жидкости в реальном масштабе времени, уменьшив тем самым расход хладагента и реализовав непрерывный режим работы.No methods have been found for producing singlet oxygen in which the low-temperature refrigerant is dispersed and injected uniformly over the liquid cross section in the lower part of the tank during the injection process. Dispersion of the low-temperature refrigerant during the injection process makes it possible to organize its uniform distribution in the entire volume of the cooled solution and significantly increase the interfacial heat exchange surface. In this case, both the heat of the liquid-gas phase transition of the low-temperature refrigerant and the low temperature of the gasified refrigerant are more efficiently used to cool the solution. This allows you to remove heat from the working fluid in real time, thereby reducing the flow of refrigerant and implementing a continuous mode of operation.
Не обнаружены способы получения синглетного кислорода, в которых отработанную жидкость равномерно распределяют по поверхности инжектора, что позволяет подать более теплый отработанный раствор непосредственно на поверхность инжектора, тем самым, предотвратить его обмерзание и повысить надежность способа.No methods have been found for producing singlet oxygen, in which the spent liquid is evenly distributed over the surface of the injector, which makes it possible to supply a warmer spent solution directly to the surface of the injector, thereby preventing freezing and increasing the reliability of the method.
Не обнаружены способы получения синглетного кислорода, в которых охлажденную жидкость обезгаживают перед подачей в реактор. Обезгаживание позволяет устранить насыщение жидкости пузырьками газифицированного хладагента, что уменьшает кавитационные процессы в устройстве и увеличивает надежность способа.No methods have been found for producing singlet oxygen, in which the cooled liquid is degassed before being fed to the reactor. Degassing eliminates the saturation of the liquid with gasified gas bubbles, which reduces cavitation processes in the device and increases the reliability of the method.
Не обнаружены способы получения синглетного кислорода, в которых образующуюся при инжекции пену разрушают. В процессе инжекции хладагента в охлаждаемую жидкость на ее поверхности образуется устойчивый слой пены, который не участвует в процессе охлаждения. Поэтому уменьшение его высоты позволяет повысить эффективность теплообмена и уменьшить расход хладагента.No methods were found for producing singlet oxygen in which the foam formed during injection is destroyed. In the process of injection of refrigerant into the liquid to be cooled, a stable foam layer is formed on its surface, which does not participate in the cooling process. Therefore, reducing its height allows you to increase the efficiency of heat transfer and reduce the flow of refrigerant.
Не обнаружены способы получения синглетного кислорода, в которых отработанную жидкость вращают относительно оси резервуара. Вращение жидкости позволяет ускорить отрыв пузырьков газифицированного хладагента от поверхности инжектора, увеличить время взаимодействия хладагента с охлаждаемой жидкостью. Это позволяет интенсифицировать теплообменные процессы в резервуаре и уменьшить расход хладагента.No methods have been found for producing singlet oxygen in which the spent liquid is rotated about the axis of the tank. The rotation of the liquid allows you to accelerate the separation of bubbles of gasified refrigerant from the surface of the injector, to increase the time of interaction of the refrigerant with the cooled liquid. This allows you to intensify heat transfer processes in the tank and reduce the flow of refrigerant.
Не обнаружены устройства для получения синглетного кислорода, в которых инжектор низкотемпературного хладагента размещен в цилиндрической полости и снабжен узлом диспергирования, выполненным в виде пористой вставки в инжекторе, установленном на выходе устройства ввода хладагента с возможностью изменения глубины его погружения в жидкости. При этом пористая вставка инжектора может быть выполнена из нержавеющей стали с пористостью 25-40% и тонкостью фильтрации 15-20 мкм, а боковые стенки и дно инжектора в виде вакуумированной полости. Выполнение рабочей поверхности инжектора из пористого материала позволяет получить мелкодисперсное равномерное по поперечному сечению распределение жидкого низкотемпературного хладагента (жидкого азота) в охлаждаемом растворе, а также значительно уменьшить диаметр газовых пузырей, образующихся в результате испарения в нем мельчайших частиц хладагента. В результате уменьшения диаметра пузырей скорость их всплытия также уменьшается, при этом межфазная поверхность контакта растет, а насыщенный газовыми пузырями слой жидкости имеет относительно стабильную структуру, исключающую возможность факельных выбросов. Это позволяет повысить эффективность теплообмена и уменьшить расход хладагента. Изменение глубины погружения инжектора в жидкости позволяет оптимизировать работу устройства с точки зрения уменьшения пенообразования при изменении расхода хладагента или уровня жидкости в резервуаре, что повышает надежность работы устройства. В нижней части резервуара под инжектором хладагента в процессе охлаждения рабочей жидкости образуется застойная зона, в которой может произойти обмерзание его днища и боковых стенок, что влечет за собой остановку работы устройства. Выполнение боковых стенок и дна инжектора в виде вакуумируемой полости, позволяет эффективно защитить инжектор от обмерзания и повысить надежность работы устройства.No singlet oxygen producing device was found in which the low-temperature refrigerant injector is placed in a cylindrical cavity and is equipped with a dispersion unit made in the form of a porous insert in the injector mounted at the outlet of the refrigerant inlet device with the possibility of changing the depth of immersion in the liquid. In this case, the porous injector insert can be made of stainless steel with a porosity of 25–40% and a filter fineness of 15–20 μm, and the side walls and bottom of the injector in the form of a vacuum cavity. The execution of the injector working surface made of a porous material makes it possible to obtain a finely dispersed uniform cross-section of the distribution of liquid low-temperature refrigerant (liquid nitrogen) in the cooled solution, as well as significantly reduce the diameter of gas bubbles resulting from the evaporation of the smallest refrigerant particles in it. As a result of a decrease in the diameter of the bubbles, their ascent rate also decreases, while the interfacial contact surface increases, and the liquid layer saturated with gas bubbles has a relatively stable structure, eliminating the possibility of flare emissions. This allows you to increase the efficiency of heat transfer and reduce refrigerant consumption. Changing the depth of immersion of the injector in the liquid allows you to optimize the operation of the device in terms of reducing foaming when changing the flow rate of the refrigerant or the liquid level in the tank, which increases the reliability of the device. In the lower part of the tank under the refrigerant injector, a stagnant zone forms in the process of cooling the working fluid, in which freezing of its bottom and side walls can occur, which entails a stop of the device. The implementation of the side walls and the bottom of the injector in the form of a vacuum cavity, allows you to effectively protect the injector from freezing and increase the reliability of the device.
Не обнаружены устройства для получения синглетного кислорода, которые снабжены узлом равномерного распределения отработанной жидкости, размещенным, с возможностью вращения, на выходе устройства ввода ее в резервуар и над инжектором. Это позволяет осуществить равномерную подачу более теплого отработанного раствора непосредственно на поверхность инжектора и предотвратить его обмерзание, что повышает надежность работы устройства. Выполнение узла в виде турбинки по типу “сегнерово колесо”, снабженной соплами, позволяет осуществить ее вращение за счет напора вытекающей жидкости, ускорить отрыв пузырьков газифицированного хладагента от поверхности инжектора, обеспечить дополнительное перемешивание охлаждаемой жидкости, насыщенной газовыми пузырьками, и, тем самым, увеличить время взаимодействия ее с хладагентом. Благодаря наличию узла равномерного распределения отработанной жидкости повышается эффективность теплообмена и уменьшается расход хладагента.No singlet oxygen producing devices were found, which are equipped with a uniform distribution unit for the spent liquid, which is rotatably located at the outlet of the input device into the reservoir and above the injector. This allows for a uniform supply of warmer spent solution directly to the surface of the injector and to prevent freezing, which increases the reliability of the device. The implementation of the node in the form of a turbine of the “Segner wheel” type, equipped with nozzles, allows it to rotate due to the pressure of the escaping liquid, accelerate the separation of gasified refrigerant bubbles from the injector surface, provide additional mixing of the cooled liquid saturated with gas bubbles, and thereby increase its interaction time with the refrigerant. Due to the presence of a unit for the uniform distribution of the spent liquid, the heat transfer efficiency is increased and the refrigerant consumption is reduced.
Не обнаружены устройства для получения синглетного кислорода, которые снабжены узлом обезгаживания жидкости, подключенным к реактору и выполненным в виде кольцевого переточного канала, образованного цилиндрической стенкой резервуара и соосной с ней цилиндрической полостью. При инжекции в рабочую жидкость низкотемпературного хладагента (жидкого азота) происходит ее насыщение газовыми пузырьками, наличие которых может привести к кавитационным процессам в устройстве и повышению его износа. Использование узла обезгаживания позволяет производить эффективное разделение газожидкостной смеси и устранить возможность возникновения в устройстве кавитационных процессов, то есть повысить его надежность и долговечность.No device for producing singlet oxygen was found, which is equipped with a fluid degassing unit connected to the reactor and made in the form of an annular transfer channel formed by a cylindrical wall of the tank and a cylindrical cavity coaxial with it. When a low-temperature refrigerant (liquid nitrogen) is injected into the working fluid, it is saturated with gas bubbles, the presence of which can lead to cavitation processes in the device and increase its wear. Using the degassing unit allows efficient separation of the gas-liquid mixture and eliminates the possibility of cavitation processes in the device, that is, increase its reliability and durability.
Не обнаружены устройства для получения синглетного кислорода, которые снабжены узлом разрушения пены, установленным над поверхностью жидкости в резервуаре с возможностью перемещения в вертикальном направлении. Использование этого узла позволяет ограничить высоту пенного слоя, образующегося на поверхности жидкости в процессе инжектирования в нее хладагента и снижающего эффективность процесса охлаждения, а также предотвратить факельные прорывы газифицированного хладагента и капельный унос жидкости в атмосферу. Это повышает надежность работы устройства. Перемещение узла разрушения пены в вертикальном направлении позволяет оптимизировать его работу при изменении расхода хладагента или уровня жидкости в резервуаре. Узел разрушения пены может быть выполнен в виде многослойной перфорированной конической насадки со смещенными отверстиями и расположенной над ней насадки с кольцами Рашига [4] (представляют собой отрезки полой трубки, у которых высота кольца равна наружному диаметру трубки), что обеспечивает разрыв пленок жидкости и соединение газовых пузырей в сплошную газовую фазу. Применение этого узла, в целом, позволяет более эффективно использовать низкотемпературный хладагент и, тем самым, уменьшить его расход.No singlet oxygen production devices were found which are equipped with a foam destruction unit mounted above the surface of the liquid in the tank with the possibility of moving in the vertical direction. Using this unit allows you to limit the height of the foam layer that forms on the surface of the liquid during the injection of refrigerant into it and reduces the efficiency of the cooling process, as well as to prevent flare breaks of gasified refrigerant and droplet entrainment of the liquid into the atmosphere. This increases the reliability of the device. Moving the foam destruction unit in the vertical direction allows you to optimize its operation when the refrigerant flow rate or liquid level in the tank changes. The foam destruction unit can be made in the form of a multilayer perforated conical nozzle with displaced holes and a nozzle with Rashig rings located above it [4] (they are segments of a hollow tube whose ring height is equal to the outer diameter of the tube), which ensures rupture of liquid films and connection gas bubbles in a continuous gas phase. The use of this unit, in General, allows more efficient use of low-temperature refrigerant and, thereby, reduce its consumption.
Не обнаружены устройства для получения синглетного кислорода, в которых устройство ввода хладагента размещено по оси резервуара коаксиально устройству ввода отработанной жидкости. Коаксиальное расположение устройств ввода жидкого низкотемпературного хладагента и отработанной жидкости по оси резервуара позволяет обеспечить равномерное распределение жидкого низкотемпературного хладагента в инжекторе, а также равномерную подачу отработанной жидкости из химического генератора за счет вращения узла ее распределения. Разделение устройств ввода жидкого низкотемпературного хладагента и отработанной жидкости вакуумируемой полостью позволяет устранить возможность замерзания рабочей жидкости в устройстве ее подачи и повысить надежность работы устройства.No singlet oxygen production devices were found in which a refrigerant inlet device was arranged along the axis of the tank coaxially with the spent liquid inlet device. The coaxial arrangement of liquid low-temperature refrigerant and waste liquid input devices along the axis of the tank allows for uniform distribution of liquid low-temperature refrigerant in the injector, as well as a uniform supply of waste liquid from the chemical generator due to the rotation of its distribution unit. The separation of the input devices of the liquid low-temperature refrigerant and the spent liquid by the evacuated cavity eliminates the possibility of freezing of the working fluid in the supply device and improves the reliability of the device.
На фиг.1 представлена схема устройства для реализации способа получения синглетного кислорода. На схеме цифрами обозначены основные конструктивные элементы устройства: 1 - химический реактор; 2 - источник хлора; 3 - хлорный трубопровод; 4 - резервуар; 5 - рабочая жидкость (щелочной раствор перекиси водорода - ВНР); 6 - трубопровод; 7 - насос; 8 - отсечной клапан; 9 - синглетный кислород; 10 - трубопровод; 11 - обратный клапан; 12 - устройство ввода в резервуар отработанной жидкости; 13 - источник щелочного раствора перекиси водорода; 14 - устройство слива выработанной жидкости; 15 - отсечной клапан; 16 - устройство вывода газифицированного хладагента; 17 - цилиндрическая полость; 18 - кольцевой переточный канал; 19 - технологическое отверстие цилиндрической полости; 20 - устройство ввода жидкого хладагента; 21 - источник жидкого низкотемпературного хладагента; 22 - регулятор расхода жидкого низкотемпературного хладагента, 23 - источник давления нейтрального газа; 24 - регулятор расхода нейтрального газа; 25 - инжектор низкотемпературного хладагента; 26 - вакуумируемая полость; 27 - пористая вставка инжектора; 28 - жидкий низкотемпературный хладагент; 29 - вакуумируемая полость инжектора; 30 - турбинка по типу “сегнерово колесо”; 31- сопла турбинки; 32 - многослойная перфорированная коническая насадка со смещенными отверстиями; 33 - насадка с кольцами Рашига; 34 - теплоизолирующая рубашка; 35 - смотровое окно; 36 - термопара.Figure 1 presents a diagram of a device for implementing a method for producing singlet oxygen. On the diagram, the numbers indicate the main structural elements of the device: 1 - chemical reactor; 2 - a source of chlorine; 3 - chlorine pipeline; 4 - reservoir; 5 - working fluid (alkaline solution of hydrogen peroxide - VNR); 6 - pipeline; 7 - pump; 8 - shut-off valve; 9 - singlet oxygen; 10 - pipeline; 11 - check valve; 12 - input device into the reservoir of spent liquid; 13 - source of an alkaline solution of hydrogen peroxide; 14 - a device for draining the fluid; 15 - shut-off valve; 16 - output device gasified refrigerant; 17 - a cylindrical cavity; 18 - annular transfer channel; 19 - the technological hole of the cylindrical cavity; 20 is a device for introducing liquid refrigerant; 21 - a source of liquid low-temperature refrigerant; 22 - flow regulator of liquid low-temperature refrigerant, 23 - neutral gas pressure source; 24 - neutral gas flow regulator; 25 - injector low temperature refrigerant; 26 - evacuated cavity; 27 - porous injector insert; 28 - liquid low-temperature refrigerant; 29 - evacuated cavity of the injector; 30 - turbine of the “segner wheel” type; 31- nozzles of the turbine; 32 - multilayer perforated conical nozzle with offset holes; 33 - nozzle with Rashig rings; 34 - heat-insulating shirt; 35 - viewing window; 36 - thermocouple.
На фиг.2 представлены экспериментальные данные по скорости охлаждения перекиси водорода (33%), полученные в одинаковых условиях (расход жидкого азота G=15.5 г/с, объем охлаждаемой в резервуаре жидкости V=7 литров) для прототипа [1] и для предлагаемого технического решения [2], где по оси ординат отложена температура жидкости в градусах Цельсия, а по оси абсцисс - время ее охлаждения в секундах.Figure 2 presents the experimental data on the cooling rate of hydrogen peroxide (33%) obtained under the same conditions (flow rate of liquid nitrogen G = 15.5 g / s, the volume of liquid cooled in the tank V = 7 liters) for the prototype [1] and for the proposed technical solution [2], where the fluid temperature in degrees Celsius is plotted along the ordinate axis, and the cooling time in seconds is plotted along the abscissa axis.
Устройство для получения синглетного кислорода содержит химический реактор 1, первый вход которого соединен с источником хлора 2 трубопроводом 3 для подачи в реактор 1 газообразного хлора. Второй вход реактора 1 соединен с резервуаром 4 со щелочным раствором перекиси водорода 5 посредством трубопровода 6, насоса 7, отсечного клапана 8. При использовании аэрозольно-струйного реактора с закрученным потоком газа [5], имеющего встроенный насос, наличие насоса 7 в устройстве не обязательно. Первый выход химического реактора 1 служит для вывода полученного синглетного кислорода 9, другой выход - для вывода отработанной жидкости в резервуар 4 по трубопроводу 10 с обратным клапаном 11, подключенному к устройству ввода 12. Резервуар 4 подключен к источнику щелочного раствора перекиси водорода 13, а также соединен с устройством слива выработанной жидкости 14 с отсечным клапаном 15 и устройством вывода из него газифицированного хладагента 16. По оси резервуара 4 установлена цилиндрическая полость 17, образующая с внутренней поверхностью резервуара 4 кольцевой переточный канал 18. В днище цилиндрической полости 17 выполнено технологическое отверстие 19, используемое для удаления отработанной жидкости после окончания работы устройства. В цилиндрической полости 17 на выходе устройства ввода жидкого хладагента 20, подключенного к источнику хладагента 21 через регулятор расхода 22, а также к источнику нейтрального газа 23 через регулятор расхода 24, установлен инжектор 25. Устройство ввода хладагента 20 теплоизолировано вакуумируемой полостью 26 от устройства ввода отработанной жидкости 12. Инжектор 25 содержит пористую вставку 27 для диспергирования низкотемпературного хладагента 28 и вакуумируемую полость 29. На выходе устройства ввода отработанной жидкости 12 в резервуар 4 и над инжектором 25 установлена турбинка типа “Сегнерово колесо” 30 с соплами 31. Над поверхностью жидкости в резервуаре 4 установлены многослойная перфорированная коническая насадка со смещенными отверстиями 32 и насадка с кольцами Рашига 33. В резервуаре 4, заключенном в теплоизолирующую рубашку 34, выполнены смотровые окна 35. Контроль над процессом охлаждения жидкости в резервуаре ведется по показаниям установленных в нем термопар 36.A device for producing singlet oxygen contains a
Заявляемые способ получения синглетного кислорода и устройство для его реализации работают следующим образом. Для получения синглетного кислорода из источника хлора 2 в химический реактор 1 по трубопроводу 3 подают газообразный хлор и по трубопроводу 6 насосом 7 - щелочной раствор перекиси водорода. В химическом реакторе 1 при взаимодействии рабочего раствора и газообразного хлора получают кислород с преимущественно возбужденным первым электронным уровнем (синглетный кислород) 9, который выводят из реактора 1 для дальнейшего использования (например, в кислород -йодный лазер). Отработанную в реакторе 1 жидкость выводят по трубопроводу 10 с обратным клапаном 11 через устройство ввода 12 в резервуар 4, в котором жидкость поддерживают при атмосферном давлении с помощью устройства 16 и охлаждают.The inventive method for producing singlet oxygen and a device for its implementation are as follows. To obtain singlet oxygen from a source of chlorine 2, gaseous chlorine is fed into a
Для охлаждения жидкости 5 низкотемпературным хладагентом, его диспергируют в процессе инжекции и подают равномерно по поперечному сечению жидкости в нижней части цилиндрической полости 17 резервуара 4. Охлаждение осуществляют через узел диспергирования, выполненный в виде пористой вставки 27 инжектора 25, в который вводят жидкий азот 28 от источника 21 через регулятор расхода 22 и устройство ввода хладагента 20. Жидкий низкотемпературный хладагент 28, соприкасаясь с рабочим раствором 5, равномерно испаряется в объеме жидкости, отбирает у нее тепло и, тем самым, охлаждает жидкость. Всплывающие пузырьки газифицированного азота дополнительно охлаждают и перемешивают рабочую жидкость 5. При этом отработанную жидкость подают в цилиндрическую полость 17 резервуара 4 и равномерно распределяют по поверхности инжектора 17 через узел ее равномерного распределения, установленный с возможностью вращения и выполненный в виде турбинки типа “сегнерово колесо” 30, снабженной соплами 31, и размещенный на выходе устройства ввода 12. Вращение турбинки 30 обеспечивается за счет реактивной силы, создаваемой потоком жидкости, истекающей из сопл турбинки. Охлажденную рабочую жидкость 5 подают в реактор 1 через узел обезгаживания, выполненный в виде кольцевого переточного канала 18, образованного цилиндрической полостью 17 и стенкой резервуара 4. При инжекции в рабочий раствор диспергированного низкотемпературного хладагента 28, объем жидкости увеличивается в результате насыщения газовыми пузырями, и начинает превышать объем цилиндрической полости 17.To cool the liquid 5 with a low-temperature refrigerant, it is dispersed during the injection process and fed uniformly over the liquid cross section in the lower part of the cylindrical cavity 17 of the tank 4. Cooling is carried out through the dispersion unit made in the form of a porous insert 27 of the injector 25 into which liquid nitrogen 28 is introduced from the
Охлажденную и насыщенную газовыми пузырями жидкость обезгаживают посредством перелива через край цилиндрической полости 17 в кольцевой переточный канал 18. В процессе инжекции хладагента 28 на поверхности жидкости образуется устойчивый слой пены, мешающий охлаждающему действию газовых пузырей, делая его менее эффективным. Поэтому образующийся слой пены уменьшают с помощью узла разрушения пены, установленного в резервуаре 4 над уровнем жидкости 5 и выполненного в виде конической перфорированной насадки со смещенными отверстиями 32 и насадки с кольцами Рашига 33. Выходящий из узла разрушения пены газифицированный хладагент удаляют из резервуара 4 в атмосферу через устройство вывода 16. Наблюдение за процессом охлаждения рабочей жидкости 5 производят визуально - через смотровые окна 35 и контролируют по показаниям температурных датчиков 36. Если в процессе охлаждения жидкости ее температура становится равной рабочей ≈ -20° С, то подачу жидкого низкотемпературного хладагента в инжектор 25 от источника 21 временно прекращают. Для этого закрывают регулятор расхода 22 и производят удаление остатков жидкого низкотемпературного хладагента из инжектора 25 и устройства ввода хладагента 20 нейтральным газом от источника 23 через регулятор расхода 24.The liquid cooled and saturated with gas bubbles is degassed by overflowing over the edge of the cylindrical cavity 17 into the annular transfer channel 18. During the injection of refrigerant 28, a stable foam layer is formed on the liquid surface, which interferes with the cooling effect of gas bubbles, making it less effective. Therefore, the resulting foam layer is reduced using the foam destruction unit installed in the tank 4 above the liquid level 5 and made in the form of a conical perforated nozzle with displaced holes 32 and the nozzle with Rashig rings 33. The gasified refrigerant leaving the foam destruction unit is removed from the tank 4 into the atmosphere through the output device 16. Monitoring the process of cooling the working fluid 5 is carried out visually - through the viewing windows 35 and is controlled by the readings of temperature sensors 36. If during cooling eniya liquid, its temperature becomes equal to the working ≈ -20 ° C, then supply the low-temperature refrigerant liquid to the injector 25 from the
Проведена экспериментальная проверка предлагаемого технического решения. В качестве химического реактора использовался аэрозольно-струйный реактор с закрученным потоком газа [5], обеспечивавший на выходе давление отработанной жидкости примерно 0.4 ати. Габаритные размеры резервуара составляли ⌀ 300х600 мм. Внутренний объем резервуара - 15 литров, при этом объем рабочей жидкости составлял 7-10 литров. Теплозащитное покрытие резервуара было выполнено из пенополиуретана марки ППУ-240, что позволяло сохранять температуру охлажденной рабочей жидкости неизменной в течение длительного времени. Повышение температуры рабочей жидкости в резервуаре на 1° С (охлажденной до Т = -17° С) при температуре в помещении ~ 29° С происходило примерно за 30-40 минут. В инжекторе низкотемпературного хладагента в качестве пористой вставки использовался фильтрующий материал типа ФНС-20 из нержавеющей стали марки Х18Н15 толщиной 2 мм с пористостью 25-40%, тонкостью фильтрации 15-20 мкм и площадью 230 см2.An experimental verification of the proposed technical solution. An aerosol-jet reactor with a swirling gas flow [5] was used as a chemical reactor, which provided an outlet liquid pressure of about 0.4 ati. The overall dimensions of the tank were ⌀ 300x600 mm. The internal volume of the tank is 15 liters, while the volume of the working fluid was 7-10 liters. The heat-resistant coating of the tank was made of polyurethane foam grade PPU-240, which allowed to keep the temperature of the cooled working fluid unchanged for a long time. An increase in the temperature of the working fluid in the tank by 1 ° C (cooled to T = -17 ° C) at a room temperature of ~ 29 ° C took about 30-40 minutes. In the low-temperature refrigerant injector, a filtering material of the FNS-20 type made of X18H15 stainless steel with a thickness of 2 mm with a porosity of 25-40%, a filter fineness of 15-20 μm and an area of 230 cm 2 was used as a porous insert.
В качестве низкотемпературного хладагента использовался жидкий азот. При массовом расходе жидкого азота через инжектор ≈ 20 г/с (максимально возможный расход для указанных размеров пористой вставки и марки фильтрующего материала) удельный расход жидкого азота через единицу площади поперечного сечения рабочей жидкости составляет ≈ 870 г/(м2· ° C). При этом скорость охлаждения жидкости в резервуаре составляла ≈ 0.3° С/с, средняя холодопроизводительность (мощность охлаждения) ≈ 5 кВт и коэффициент объемной теплопередачи 22 кВт/(м3· ° С). При взаимодействии в химическом реакторе газообразного хлора со щелочным раствором перекиси водорода выделяется тепловая энергия ≈ 155 кДж/моль. Т.к. жидкий азот способен отвести примерно 383.8 Дж/г тепла [6], то при расходе жидкого азота 20 г/с устройство с резервуаром описанной конструкции способно поддерживать постоянной рабочую температуру жидкости при расходе хлора 0.05 моль/с.Liquid nitrogen was used as a low-temperature refrigerant. When the mass flow rate of liquid nitrogen through the injector is ≈20 g / s (the maximum possible flow rate for the indicated dimensions of the porous insert and the grade of filter material), the specific flow rate of liquid nitrogen through the unit cross-sectional area of the working fluid is ≈ 870 g / (m 2 ° C). In this case, the cooling rate of the liquid in the tank was ≈ 0.3 ° C / s, the average cooling capacity (cooling power) was ≈ 5 kW, and the volumetric heat transfer coefficient was 22 kW / (m 3 · ° C). The interaction of gaseous chlorine in a chemical reactor with an alkaline solution of hydrogen peroxide generates thermal energy ≈ 155 kJ / mol. Because Since liquid nitrogen is capable of dissipating approximately 383.8 J / g of heat [6], at a liquid nitrogen flow rate of 20 g / s, a device with a tank of the described design is able to maintain a constant working temperature of the liquid at a chlorine flow rate of 0.05 mol / s.
На фиг.2 в качестве примера приведены полученные в процессе экспериментов скорости охлаждения перекиси водорода, взятой в качестве модельной жидкости, для различных устройств получения синглетного кислорода, где: 1 - прототип, 2 -предлагаемое техническое решение. При объеме жидкости 7 л и расходе жидкого азота 15.5 г/с использование предлагаемого технического решения позволило увеличить скорость охлаждения жидкости по сравнению с прототипом с 0.15 до 0.22 °С/с, что дало возможность примерно в 1.5 раза уменьшить расход хладоагента и добиться среднего кпд использования холодопроизводительности жидкого азота 75% (при максимальном значении в отдельных экспериментах ≈ 90%). В результате проведенных экспериментов было также показано, что обмерзание инжектора не наблюдается, а жидкость перед подачей в реактор полностью обезгаживается, что повышает надежность работы устройства. Таким образом, проведенные эксперименты показали несомненную осуществимость предлагаемого технического решения и возможность получения заявляемого технического результата.Figure 2 shows, by way of example, the cooling rates of hydrogen peroxide taken as a model fluid obtained during the experiments for various singlet oxygen production devices, where: 1 is a prototype, 2 is a proposed technical solution. With a liquid volume of 7 l and a liquid nitrogen flow rate of 15.5 g / s, the use of the proposed technical solution allowed to increase the cooling rate of the liquid compared with the prototype from 0.15 to 0.22 ° C / s, which made it possible to reduce the refrigerant consumption by about 1.5 times and achieve average efficiency the cooling capacity of liquid nitrogen is 75% (with a maximum value of ≈ 90% in individual experiments). As a result of the experiments, it was also shown that freezing of the injector is not observed, and that the liquid is completely degassed before being fed into the reactor, which increases the reliability of the device. Thus, the experiments showed the undoubted feasibility of the proposed technical solution and the possibility of obtaining the claimed technical result.
Предлагаемые способ получения синглетного кислорода и устройство для его реализации, благодаря низкому расходу хладагента, высокой надежности и способности работать в непрерывном режиме, найдут широкое применение в промышленности, в частности в технологических кислород-йодных лазерах для обработки различных материалов.The proposed method for producing singlet oxygen and a device for its implementation, due to low refrigerant consumption, high reliability and the ability to work in a continuous mode, will find wide application in industry, in particular in technological oxygen-iodine lasers for processing various materials.
Источники информацииSources of information
1. D. Furman, B.D. Barmashenko, and S. Rosenwaks. An efficient supersonic chemical oxygen - iodine laser operating without buffer gas and simple nozzle geometry, Appl. Phys. Lett., 70 (18), 2341 (1997).1. D. Furman, B.D. Barmashenko, and S. Rosenwaks. An efficient supersonic chemical oxygen - iodine laser operating without buffer gas and simple nozzle geometry, Appl. Phys. Lett., 70 (18), 2341 (1997).
2. R.J. Richardson, C.E. Wiswall, P.A.G. Carr, F.E. Hovis, and H.V. Lilenfeld. An efficient singlet oxygen generator for chemically pumped iodine lasers", J. Appl. Phys., 52(8), August 1981, pp.4962 - 4969.2. R.J. Richardson, C.E. Wiswall, P.A.G. Carr, F.E. Hovis, and H.V. Lilenfeld. An efficient singlet oxygen generator for chemically pumped iodine lasers ", J. Appl. Phys., 52 (8), August 1981, pp. 4962 - 4969.
3. Патент РФ №2160490. Способ и устройство для получения синглетного кислорода. / В.В. Бакшин, Б.А. Выскубенко, Ю.В. Колобянин, И.М. Круковский, В.В. Свищев. Опубл. 10.12.2000, БИ №34.3. RF patent No. 2160490. Method and device for producing singlet oxygen. / V.V. Bakshin, B.A. Vyskubenko, Yu.V. Kolobyanin, I.M. Krukovsky, V.V. Svishchev. Publ. 12/10/2000, BI No. 34.
4. В.М. Рамм. Абсорбция газов, 2-е изд. - М.: Химия, 1976. - 313 с.4. V.M. Ramm. Gas Absorption, 2nd ed. - M .: Chemistry, 1976 .-- 313 p.
5. Патент РФ №2176838. Устройство для получения синглетного кислорода, по заявке РФЯЦ-ВНИИЭФ №200118478/28 от 11.07.2000 / Б.А. Выскубенко, А.В.Волков, С.П. Ильин, Ю.В. Колобянин, И.М. Круковский. Опубл. 10.12.2001, БИ №34.5. RF patent No. 2176838. A device for producing singlet oxygen, according to the application of RFNC-VNIIEF No. 200811478/28 dated 11.07.2000 / B.A. Vyskubenko, A.V. Volkov, S.P. Ilyin, Yu.V. Kolobyanin, I.M. Krukovsky. Publ. 12/10/2001, BI No. 34.
6. Н.Б. Варгафтик. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: Наука, 1972. - 720 с., ил.6. N.B. Vargaftik. Handbook of thermophysical properties of gases and liquids. - M .: Nauka, 1972. - 720 p., Ill.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002126090/15A RU2240281C2 (en) | 2002-10-01 | 2002-10-01 | Method of production of singlet oxygen and a device for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002126090/15A RU2240281C2 (en) | 2002-10-01 | 2002-10-01 | Method of production of singlet oxygen and a device for its realization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002126090A RU2002126090A (en) | 2004-06-10 |
| RU2240281C2 true RU2240281C2 (en) | 2004-11-20 |
Family
ID=34309994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002126090/15A RU2240281C2 (en) | 2002-10-01 | 2002-10-01 | Method of production of singlet oxygen and a device for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2240281C2 (en) |
-
2002
- 2002-10-01 RU RU2002126090/15A patent/RU2240281C2/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2337057C2 (en) | Method of nitrogen sludge production and device for its realisation | |
| US4322378A (en) | Method for producing uniform spherical shells | |
| US4838039A (en) | Direct contact evaporator/freezer | |
| JP6507400B2 (en) | Steam injection system that enables long-time injection using multiple types of liquefied gases that are insoluble to each other as fuel | |
| US20080202424A1 (en) | Device For Introducing Reaction Gases Into A Reaction Chamber And Epitaxial Reactor Which Uses Said Device | |
| KR900700833A (en) | Device for manufacturing and spraying ice spheres for surface treatment | |
| CA2114446C (en) | Draft tube, direct contact cryogenic crystallizer | |
| US5737928A (en) | Process fluid cooling means and apparatus | |
| RU2240281C2 (en) | Method of production of singlet oxygen and a device for its realization | |
| CA2323535C (en) | Method and device for producing slush from liquefied gas | |
| KR970002178B1 (en) | Draft tube, direct contact crystallizer | |
| Lin et al. | Spray penetration heights of angle-injected aerated-liquid jets in supersonic crossflows | |
| Lin et al. | Spray structures of aerated liquid fuel jets in supersonic crossflows | |
| JP4046294B2 (en) | Apparatus for generating bubbles or droplets in liquid and method for generating bubbles or droplets in liquid | |
| KR940003540Y1 (en) | Rapid cooling apparatus | |
| JP2000264852A (en) | Device for continuously producing gas hydrate | |
| Butterworth et al. | High-pressure water as the driving fluid in an ejector refrigeration system | |
| JP6624492B2 (en) | Method and apparatus for vaporizing liquefied carbon dioxide | |
| KR20050055079A (en) | Nanofluids one-step manufacturing equipment | |
| Kato et al. | Drop formation behaviour of a hydrate-forming liquid in a water stream | |
| RU2185234C2 (en) | Method of preparation and cooling of solution and device for said method embodiment | |
| KR910009252B1 (en) | Manufacture of ground grouting material | |
| SU1212436A1 (en) | Apparatus for generating fire-fighting foam | |
| JP2008007338A (en) | Ozone concentrating apparatus | |
| Zhang et al. | Experimental Study on Ice Forming Process of Cryogenic Liquid Releasing underwater |