[發(fā)明專(zhuān)利]優(yōu)化和控制爐反應(yīng)器中納米顆粒的粒度分布和生產(chǎn)的系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110225306.3
• 申請(qǐng)日: 2011-08-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102423669A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: V·倫卡納;V·S·布迪拉朱
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 塔塔咨詢(xún)服務(wù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01J13/02
• 分類(lèi)號(hào): B01J13/02;B01J19/00
• 代理公司: 北京同達(dá)信恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11291
• 代理人: 李中奎;黃志華

1.一種用于優(yōu)化和控制在爐反應(yīng)器中的納米顆粒的粒度分布和生產(chǎn)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

集成有過(guò)程儀表的爐反應(yīng)器；其中所述反應(yīng)器還包括：

至少一燃燒器；

至少一前體或反應(yīng)物；

至少一冷卻劑流；

與至少一前體或反應(yīng)物一起輸入的至少一流；以及

可選的，電加熱器；

模擬工具，該模擬工具具有程序化的指令以使得處理器耦合火焰動(dòng)力學(xué)模塊、數(shù)值解算器和顆粒群平衡模塊，以便優(yōu)化和控制在爐反應(yīng)器中的納米顆粒的粒度分布和生產(chǎn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中與所述爐反應(yīng)器集成的所述過(guò)程儀表包括前體流量計(jì)量器、前體壓力計(jì)量器、空氣流量計(jì)量器、空氣流壓力計(jì)量器、載氣流量計(jì)量器、載氣流壓力計(jì)量器、冷卻劑流量計(jì)量器、冷卻劑壓力計(jì)量器和冷卻劑流量計(jì)量器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，與所述爐反應(yīng)器集成的所述過(guò)程儀表提供諸如前體流量、前體壓力、空氣流量、空氣壓力、載氣流量、載氣壓力和冷卻劑流量的變量的運(yùn)行數(shù)據(jù)至具有程序化的指令的所述模擬工具，以管理納米顆粒生產(chǎn)過(guò)程。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電加熱器還提供用于冷卻劑的入口和出口點(diǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述火焰動(dòng)力學(xué)模塊確定遍及所述爐反應(yīng)器的火焰溫度和不同種類(lèi)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述顆粒群平衡模塊確定形成的納米顆粒的粒度分布。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述火焰動(dòng)力學(xué)模塊確定和模擬物理過(guò)程，該物理過(guò)程包括流體流、熱傳遞、化學(xué)反應(yīng)和顆粒成核與生長(zhǎng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述顆粒群平衡模塊與前體反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模塊耦合用于監(jiān)測(cè)和控制納米顆粒的粒度分布。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)值解算器管理從火焰動(dòng)力學(xué)模塊獲得的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中具有程序化的指令的用于顆粒群動(dòng)力學(xué)的所述模擬工具是在FORTRAN平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的，以模擬和確定物理過(guò)程。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中具有程序化的指令的所述模擬工具控制所述燃燒器的點(diǎn)火，并由此控制在所述爐反應(yīng)器中的火焰。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述燃燒器被設(shè)計(jì)和配置用于與前體或反應(yīng)物一起提供給所述爐反應(yīng)器的各種流的輸入。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述燃燒器的幾何結(jié)構(gòu)在同軸管的數(shù)目方面是在具有程序化的指令的所述模擬工具的配合下設(shè)計(jì)和實(shí)施的，每個(gè)管具有至少1-25mm的直徑，每個(gè)所述管之間的間距至少1mm。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述前體或反應(yīng)物包括液體或蒸汽形式的例如為四氯化鈦、四氯化硅以及乙炔的材料。

15.一種用于模擬在爐反應(yīng)器中納米顆粒的生產(chǎn)的方法，所述方法包括：

a)確定

i)來(lái)自于與爐反應(yīng)器集成的過(guò)程儀表的物理過(guò)程參數(shù)的運(yùn)行數(shù)據(jù)；

ii)特定濃度的前體或反應(yīng)物與供應(yīng)給所述爐反應(yīng)器的燃燒器的流輸入的混合特性；

iii)燃燒器結(jié)構(gòu)和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)；

b)將步驟a)的確定的數(shù)據(jù)提供給具有程序化的指令的模擬工具的火焰動(dòng)力學(xué)模型，以獲得遍及所述爐反應(yīng)器的火焰溫度和不同種類(lèi)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

c)通過(guò)所述模擬工具的火焰動(dòng)力學(xué)模塊將步驟a)和步驟b)的確定的數(shù)據(jù)傳送給數(shù)值解算器，以為顆粒群平衡模型提供輸入以及管理獲得的數(shù)據(jù)；

d)將步驟c)的火焰動(dòng)力學(xué)結(jié)果傳送至顆粒群平衡模塊和與所述模擬工具的所述顆粒群平衡模塊耦合的前體反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模塊(以同時(shí)評(píng)估前體氧化反應(yīng)的速度動(dòng)力學(xué))以確定形成的納米顆粒的粒度分布；以及

e)從所述具有程序化的指令的模擬工具獲得作為產(chǎn)物粉末的產(chǎn)物粒度分布和比表面積的輸出，以?xún)?yōu)化和控制集成有過(guò)程儀表的爐反應(yīng)器中的粒度分布和納米顆粒生產(chǎn)。