热交换式反应管的制作方法_4

文档序号:8302661阅读:来源:国知局
此,在加热部106的下部没有充分地进行碳纳米管的合成。特别是,从图12(a)?(d)可以清楚地看到,第一气体的流速越高,则温度没有充分地上升的区域就越扩大。
[0132][实施例2]
[0133]使用Fluent对使用图1中所示的热交换式反应管I作为反应管时的温度分布进行了分析。作为分析条件,将第一管部2的内径(第一流路4的外径)设为35mm,将第二管部3的内径(第二流路5的外径)设为22mm,将加热部11的长度设为300mm,将从第一管部2的底面到分散板8的距尚设为10mm,将加热部11的外表面设为820°C,将加热部11以外的外表面设为27°C。另外,改变向流入口 6供给的第一气体的流速,分别将向流入口 6供给的第一气体的总流量设为3.16slm、31.60slm?在第二管部3中不含有流化介质,而仅评价了气流的温度分布。
[0134]将分析结果表不于图13中。图13(a)表不将第一气体的总流量设为3.16slm的情况,图13(b)表不将第一气体的总流量设为31.60slm的情况。另夕卜,图13(c)表不图13(a)及(b)中的温度梯度。
[0135]如图13所示,实施例2中,由于第一气体在经第一管部2的第一流路4下降时被预热,因此在流入第二管部3的第二流路5的时刻,已经达到了足够的温度。由此,流过第二流路5的第一气体从第二流路5的下侧到上侧成为均匀的温度。另外,如果比较图13(a)和图13(b),则第一气体的流速越高,第一气体升温到足够的温度的距离就越长。但是,即使在提高第一气体的流速而使第一气体的总流量达到31.60slm的情况下,在流入第二管部3的第二流路5的时刻,也已经达到足够的温度。
[0136][实施例3]
[0137]使用Fluent分析了使用图2中所示的热交换式反应管21作为反应管时的温度分布。作为分析条件,将第一管部2的内径(第一流路4的外径)设为35mm,将第二管部3的内径(第二流路5的外径)设为22mm,将第三管部22的内径(第三流路23的外径)设为2mm,将加热部11的长度设为300mm,将从第一管部2的底面到分散板8的距离设为10mm,将加热部11的外表面设为820°C,将加热部11以外的外表面设为27°C。另外,改变向流入口 6供给的第一气体的流速,分别将向流入口 6供给的第一气体的总流量设为2.16slm、4.0Oslm,9.0Oslmo将向第三流路23供给的第二气体的流速设为相同,分别将向第三流路23供给的第二气体的总量设为l.0Oslm。在第二管部3中不含有流化介质,而仅评价了气流的温度分布。
[0138]将分析结果表不于图14中。图14(a)表不将第一气体的总流量设为2.16slm的情况,图14(b)表不将第一气体的总流量设为4.0Oslm的情况,图14(c)表不将第一气体的总流量设为9.0Oslm的情况。另外,图14(d)表示图14(a)?(c)中的温度梯度。
[0139]如图14所示,实施例3中,在第二流路5中被预热了的第一气体与保持低温状态的第二气体混合,由此使流过第二流路5的第一气体及第二气体从第二流路5的下侧到上侦牝都在低于第一气体的预热温度的温度区域内达到均匀的温度。而且,由图14(a)?(c)可以明确,即使第一气体的流速变高,流过第二流路5的第一气体及第二气体的温度也仍然被保持均匀。
[0140][数值解析的评价]
[0141]可知实施例2及实施例3与比较例2相比,气体的均热性提高,因此可以使碳纳米管有效地生长。
[0142][比较例3]
[0143]利用计测用热电偶,实测出使用图5中所示的反应管101作为反应管、在直线管部102中没有填充催化剂担载支承体时的温度分布。具体而言,如图15所示,将直线管部102的周围用绝热材107覆盖,在直线管部102与绝热材107之间配置了加热装置108。作为实验条件,将直线管部102的内径设为22mm,将加热部106的长度设为300mm,将反应管101的设置场所的室温设为27°C,将加热装置108的加热温度设为820°C。另外,改变向流入口103供给的第一气体的流速,分别将向流入口 103供给的第一气体的总流量设为3.16slm、5.0Oslm、10.0Oslm0
[0144]并且,利用插入直线管部102与绝热材107之间的控制用热电偶14,将加热装置108的加热温度设为在分散板105上方12cm的位置测定的温度。另外,利用插入直线管部102的计测用热电偶15测定直线管部102内的温度,与距分散板105向上方的距离对应地记录该测定温度。将测定结果表示于图16中。
[0145][实施例4]
[0146]利用计测用热电偶,实测出使用图1中所示的热交换式反应管I作为反应管、在第二流路5中没有填充催化剂担载支承体时的温度分布。具体而言,如图17所示,将第一管部2的周围用绝热材12覆盖,在第一管部2与绝热材12之间配置了加热装置13。作为实验条件,将第一管部2的内径(第一流路4的外径)设为35mm,将第二管部3的内径(第二流路5的外径)设为22mm,将加热部11的长度设为300mm,将第一管部2的底面到分散板8的距离设为10mm,将热交换式反应管I的设置场所的室温设为27°C,将加热装置13的加热温度设为820°C。另外,改变向流入口 6供给的第一气体的流速,分别将向流入口 6供给的第一气体的总流量设为3.16slm、5.0OslmU0.0Oslm。
[0147]并且,利用插入第一管部2与绝热材12之间的控制用热电偶14,将加热装置13的加热温度设为在分散板8上方12cm的位置测定的温度。另外,利用插入第二流路5的计测用热电偶15测定第二流路5内的温度,与距分散板8向上方的距离对应地记录该测定温度。将测定结果表示于图18中。
[0148][实施例5]
[0149]利用计测用热电偶,实测出使用图2中所示的热交换式反应管21作为反应管、在第二流路5中没有填充催化剂担载支承体时的温度分布。具体而言,如图19所示,将第一管部2的周围用绝热材25覆盖,在第一管部2与绝热材25之间配置了加热装置26。作为实验条件,将第一管部2的内径(第一流路4的外径)设为35mm,将第二管部3的内径(第二流路5的外径)设为22mm,将第三管部22的内径(第三流路23的外径)设为2mm,将加热部11的长度设为300mm,将第一管部2的底面到分散板8的距离设为10mm,将热交换式反应管I的设置场所的室温设为27°C,将加热装置13的加热温度设为820°C。另外,改变向流入口 6供给的第一气体的流速,分别将向流入口 6供给的第一气体的总流量设为2.16slm、
4.0Oslm,9.0Oslmo将向第三流路23供给的第二气体的流速设为相同,分别将向第三流路23供给的第二气体的总量设为1.0Oslm0也就是说,将向第二流路5供给的第一气体及第二气体的总流量设为 3.16slm、5.0OslmU0.0Oslm。
[0150]并且,利用插入第一管部2与绝热材12之间的控制用热电偶14,将加热装置13的加热温度设为在分散板8上方12cm的位置测定的温度。另外,利用插入第二流路5中的计测用热电偶15测定第二流路5内的温度,与距分散板8向上方的距离对应地记录该测定温度。将测定结果表示于图20中。
[0151][实测的评价]
[0152]将比较例3、实施例4及实施例5的气体的总流量为10.0Oslm的情况下的计测结果集中示于图21中。如图21所示,比较例3中,气体的温度在分散板105的位置为540°C附近,与此相对,在实施例4及实施例5中,气体的温度在分散板8的位置已经到达800°C左右。另外,比较例3中,计测温度随着距分散板105的距离不同而大有差别,而实施例4及实施例5与比较例3相比,与距分散板8的距离所对应的计测温度的变化相当小。而且,如图16、图18及图20所示,实施例4及实施例5中,即使总流量变化,与比较例3相比,与距分散板的距离所对应的计测温度的变化也相当小。
[0153]基于此种情况可知,实施例4及实施例5与比较例3相比,可以使碳纳米管有效地生长。
[0154][比较例4]
[0155]除了在直线管部102中填充了催化剂担载支承体这一点以外,在与比较例3相同的条件下计测了反应管的温度分布。将计测结果表示于图22中。
[0156][实施例6]
[0157]除了在第二流路5中填充了催化剂担载支承体这一点以外,在与实施例4相同的条件下计测了交换式反应管的温度分布。将计测结果表示于图23中。
[0158][实施例7]
[0159]除了在第二流路5中填充了催化剂担载支承体这一点以外,在与实施例5相同的条件下计测了交换式反应管的温度分布。将计测结果表示于图24中。
[0160][实测的评价]
[0161]将比较例4、实施例6及实施例7的气体的总流量为10.0Oslm的情况下的计测结果集中示于图25中。如图25所示,比较例4中,气体的温度在分散板105的位置为640°C附近,与此相对,在实施例6及实施例7中,气体的温度在分散板8的位置已经到达800°C左右。另外,比较例4中,计测温度随着距分散板105的距离不同而大有差别,而实施例6及实施例7与比较例3相比,与距分散板8的距离所对应的计测温度的变化相当小。而且,如图22?图24所示,实施例6及实施例7中,即使总流量变化,与比较例4相比,与距分散板的距离所对应的计测温度的变化也相当小。
[0162]基于此种情况可知,实施例6及实施例7与比较例4相比,可以使碳纳米管有效地生长。
[0163]而且可知,无论有无催化剂担载支承体的填充,本发明都可以使碳纳米管有效地生长。
[0164][比较例5]
[0165]使用图5中所示的反应管101作为反应管,利用计测用热电偶实测出直线管部102内的温度分布。将直线管部102的内径设为23mm,在直线管部102中填充了催化剂担载支承体,除此以外,设为与比较例3相同的条件。
[0166]并且,利用插入直线管部102中的计测用热电偶15测定直线管部102内的温度,与距分散板105向上方的距离对应地记录该测定温度。将测定结果表示于图28中。
[0167][实施例8]
[0168]使用图2中所示的热交换式反应管21作为反应管,利用计测用热电偶实测出第二流路5内的温度分布。另外,实施例8中,使用了第三管部22贯穿分散板8的热交换式反应管21。将第一管部2的内径(第一流路4的外径)设为50mm,将第二管部3的内径(第二流路5的外径)设为40mm,将第三管部22的内径(第三流路23的外径)设为2mm,在第二流路5中填充了催化剂担载支承体,除此以外,设为与实施例5相同的条件。
[0169]并且,利用插入第二流路5中的计测用热电偶15测定第二流路5内的温度,与距分散板8向上方
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