СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО КИСЛОРОД-ИОДНОГО ЛАЗЕРА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО КИСЛОРОД-ИОДНОГО ЛАЗЕРА


RU (11) 2186446 (13) C2

(51) 7 H01S3/095 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2000115942/28 
(22) Дата подачи заявки: 2000.06.16 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.06.16 
(45) Опубликовано: 2002.07.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2091939 С1, 27.09.1997. RU 2038667 С1, 27.06.1995. US 4653062, 24.03.1987. US 5658488, 19.08.1997. 
(71) Заявитель(и): Общество с ограниченной ответственностью "НПП "Лазерные системы" 
(72) Автор(ы): Борейшо А.С.; Васильев Д.Н.; Гренишен Д.М.; Евдокимов И.М.; Загидулин М.В.; Николаев В.Д.; Трилис А.В. 
(73) Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "НПП "Лазерные системы" 
Адрес для переписки: 198005, Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская ул., 1, ООО "НПП "Лазерные системы", А.С.Борейшо 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО КИСЛОРОД-ИОДНОГО ЛАЗЕРА 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к способам получения синглетного кислорода для химического кислородно-йодного лазера. Способ заключается в противоточном струйном взаимодействии газообразного хлора и щелочного раствора перекиси водорода с заданными режимными параметрами. Длина взаимодействия струй с хлором L определяется из соотношения



где m - число участков на длине взаимодействия хлора с раствором, на которых происходит полное обновление поверхности струй ионами HO2 -; объемный расход раствора; d - диаметр сопел инжектора; N - число сопел инжектора; об- время обновления поверхности струй ионами HO2 -, а удельная поверхность контакта фаз определяется = xNxd/[S-(xNxd2)/4], где S - площадь поперечного сечения реакционной зоны. 5 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к лазерной технике.

Известны способы получения синглетного кислорода (СК) в газожидкостных аппаратах различных типов (см. журнал "Успехи химии", 50, 406, 1981г., авторы: Шинкаренко Н. В. и Алесковский В.Б.; журнал "Квантовая электроника", 18, 7, 1991г., авторы: Загидуллин М.В. и др.; журнал "Квантовая электроника", 24, 3, 1997г. , авторы: Загидуллин М.В. и др.). Сущность известных способов заключается в организации реакции газообразного хлора с концентрированным щелочным раствором перекиси водорода (ЩРПВ). Обычно используется щелочь КОН и перекись водорода Н2O2. Газообразный хлор контактирует с поверхностью ЩРПВ, молекулы хлора проникают через поверхность раствора и реагируют с гидропероксид ионами НO2 -, образуется синглетный кислород. Химическая эффективность реакции зависит от оптимальности режимных и геометрических параметров газожидкостной реакции.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа получения СК для химического кислородно-йодного лазера путем оптимизации геометрических параметров газожидкостной реакции.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения синглетного кислорода для химического кислородно-йодного лазера, заключающемся в противоточном струйном взаимодействии газообразного хлора и щелочного раствора перекиси водорода с заданными режимными параметрами: давление и скорость газа, скорость струй, концентрация фаз, время их взаимодействия и геометрическими параметрами: длина взаимодействия струй с хлором и удельная поверхность контакта фаз, предлагается длину взаимодействия струй с хлором L определять из соотношения:



где m - число участков на длине взаимодействия хлора с раствором, на которых происходит полное обновление поверхности струй ионами НO2 -;

объемный расход раствора;

d - диаметр сопел инжектора;

N - число сопел инжектора;

об- время обновления поверхностей струй ионами НO2 -,

а удельную поверхность контакта фаз определять из соотношения

= Nd/[S-(Nd2)/4],

где S - площадь поперечного сечения реакционной зоны.

На фиг. 1 представлена схема реакционной зоны противоточного струйного взаимодействия газообразного хлора и струй щелочного раствора перекиси водорода.

На фиг.2 - зависимость скорости газа и исходного давления хлора (расхода хлора) на выход синглетного кислорода и выход хлора C.

На фиг.3 - зависимость и C от давления при разных концентрациях КОН.

На фиг.4 - зависимость и C от изменения скорости струй в реакционной зоне генератора синглетного кислорода.

На фиг. 5 - выход синглетного кислорода O2(1) и Cl2 в зависимости от длины взаимодействия хлора со струями раствора щелочи.

Способ получения синглетного кислорода для химического кислородно-йодного лазера может быть осуществлен в известных струйных генераторах синглетного кислорода (см. фиг.1), содержащих следующие основные конструктивные элементы: реактор с реакционной зоной 1 и инжектор 2 струй щелочного раствора перекиси водорода (H2O2-КОН-Н2O), выполненный в виде пластины с отверстиями. Ввод хлора в реакционную зону 1 осуществляется через трубки (не показаны), вмонтированные в стенки реактора. Для установки требуемых скоростей газа и давления в реакционной зоне используется щелевой кран (не показан).

Влияние режимных и геометрических параметров (см. фиг.2-5) на эффективность получения синглетного кислорода исследовалось в струйном генераторе синглетного кислорода со следующими их значениями:

режимные параметры: давление хлора Р=30 мм. рт. ст.;

средняя скорость газа Ug=1010,5 м/с.;

среднемассовая скорость струй Uj=67 м/с (КОН)=2М;

концентрация (КОН) от 1М3М;

геометрические параметры: длина взаимодействия хлора со струями раствора L=3 см, 6 см, 10 см;

диаметр сопел инжектора d=0,3 мм;

длина сопла h=6 мм, число сопел N=140 или N=280.

После попадания молекул Сl2 в щелочной раствор перекиси водорода (Н2O2-КОН-Н2O) происходит полная стехиометрическая реакция образования синглетного кислорода 2КОН+Н2O2+Сl2-->2KCl+2Н2O+O2(1).

Режимные и геометрические параметры реакционной зоны определялись расчетным путем с помощью математической модели решением известных уравнений при следующих предположениях.

Предположим, что реакция хлорирования щелочи происходит в тонком приповерхностном слое раствора толщиной 1 нм. Контакт поверхности раствора с хлором приводит к уменьшению концентрации ионов НO2 - на поверхности, что частично компенсируется диффузионным потоком НO2 - из глубины раствора или гидродинамическими процессами, приводящими к обновлению поверхности раствора. Обеднение поверхности раствора гидропероксид ионами ведет к уменьшению скорости поглощения хлора раствором, увеличению глубины проникновения хлора в раствор и, следовательно, уменьшению выхода синглетного кислорода O2(1).

Тогда обновление концентрации ионов НO2 - до начального значения происходит по длине Lоб = UJоб,

где об- время обновления поверхностей струй ионами НO2 -;

об10-4С;

Число участков на длине взаимодействия хлора с раствором, на которых происходит полное обновление поверхности струй ионами НO2 -, равно m=L/Loб, где

L - длина взаимодействия струй с хлором.

Отсюда L=mхLoб=mхUJхоб

скорость струй Uj определяется по формуле



где объемный расход раствора.

Следовательно, L = m4Vp/d2Nоб.

Выход синглетного кислорода зависит также от удельной поверхности контакта фаз , равной площади поверхности раствора, приходящейся на единицу объема газа

= Nd/[S-(Nd2)/4],

где

S - площадь поперечного сечения реакционной зоны.

При наиболее распространенном квадратно-гнездовом способе размещения сопел d/a2, где а - шаг сопел.

Из результатов экспериментальных исследований с ранее указанными режимными и геометрическими параметрами следует, что (фиг.2) с увеличением скорости газа увеличиваются как выход синглетного кислорода, так и доля непрореагировавшего хлора. С одной стороны, за счет уменьшения времени взаимодействия хлора со струями раствора хлор вырабатывается не так эффективно. С другой стороны, при высокой скорости газа уменьшаются потери синглетного кислорода в реакциях тушения. Из фиг.3 следует, что чем больше концентрация щелочи, тем больше концентрация ионов HO2 - в растворе, тем менее интенсивно поверхность струй истощается ионами HO2 - и больше длина, на которой эффективно перерабатывается хлор. Это позволяет поднять выходное давление генератора при сохранении выхода СК и утилизации хлора. Из рис.4 следует, что увеличение скорости струй при фиксированном расходе хлора приводит к уменьшению доли синглетного кислорода и не прореагировавшего хлора на выходе СГСК. Это связано с ростом гидравлического сопротивления для газа, что приводит к увеличению его давления и уменьшению скорости газа. Результатом является большее время взаимодействия хлора и струй раствора, сказывающееся на увеличении утилизации хлора и уменьшении выхода СК в следствие тушения. Кроме того, при высоких скоростях струй часть газа может увлекаться струями в приемный бак для отработанного раствора.

Из фиг.5 следует, что с увеличением длины взаимодействия хлора со струями раствора утилизация хлора и выхода синглетного кислорода увеличиваются. Фактически зависимость эта связана не просто с длиной взаимодействия, а с отношением этой длины к скорости газа, т.е. со временем взаимодействия хлора и струй. Чем больше это время, тем эффективнее перерабатывается хлор.

Пользуясь результатами приведенных теоретических и экспериментальных исследований можно выбрать оптимальные режимные и геометрические параметры для наиболее эффективного получения выхода синглетного кислорода для химического кислородно-йодного лазера. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ получения синглетного кислорода для химического кислородно-йодного лазера, заключающийся в противоточном струйном взаимодействии газообразного хлора и щелочного раствора перекиси водорода с заданными режимными параметрами: давление и скорость газа, скорость струй, концентрация фаз, время их взаимодействия и геометрическими параметрами: длина взаимодействия струй с хлором и удельная поверхность контакта фаз, отличающийся тем, что длина взаимодействия струй с хлором L определяется из соотношения



где m - число участков на длине взаимодействия хлора с раствором, на которых происходит полное обновление поверхности струй ионами НО2 -;

объемный расход раствора;

d - диаметр сопел инжектора;

N - число сопел инжектора;

об - время обновления поверхностей струй ионами НО2 -,

а удельная поверхность контакта фаз определяется из соотношения

= xNxd/[S-(xNxd2)/4],

где S - площадь поперечного сечения реакционной зоны.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru