Plasma microonde non equilibrato per una chimica ad alta temperatura efficiente

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di convertire o attivare molecole stabili come anidride carbonica, azoto, metano o acqua con un reattore al plasma a microonde. Questo metodo può essere utilizzato per misurare l'energia e l'efficienza convergente del reattore al plasma a microonde. Queste misure possono essere utilizzate per ottimizzare le condizioni del reattore e migliorare l'efficienza.

Il vantaggio principale del reattore a flusso di plasma è che i tempi di avvio per l'azionamento di processi chimici continui sono nell'ordine dei secondi. La natura di equilibrio termico del microreattore consente efficienze superiori al limite di equilibrio termodinamico del 55%, che è la più alta efficienza raggiungibile con la conversione termica standard. Per iniziare a configurare il sistema al plasma a microonde, collegare un magnetron da un kilowatt a un isolatore di potenza con un carico d'acqua collegato.

Collegare l'isolatore a un sintonizzatore a tre stub. Collegare un applicatore a microonde all'accordatore, inserire un cortocircuito scorrevole verso l'apertura di 24 millimetri all'estremità della guida d'onda. Inserire un tubo di corda nell'applicatore e collegare il tubo alle flange kf e a vuoto e a un ingresso di gas delicato.

Collegare al tubo, una valvola a farfalla in serie con una pompa a vuoto. Collegare una valvola di scorciatoia in parallelo alla valvola a farfalla per passare dalla bassa all'alta pressione. La valvola di scelta rapida può essere utilizzata per andare a bassa pressione per l'accensione al plasma senza modificare l'impostazione dell'acceleratore.

Collegare la fonte di anidride carbonica all'ingresso del gas tramite un regolatore di flusso di massa. Quindi, accendere il sistema di raffreddamento ad acqua magnetron. Assicurarsi che il monitor delle radiazioni e il rilevatore di gas siano posizionati attorno al gruppo plasma a microonde.

Verificare che le condizioni del reattore siano adatte per l'accensione al plasma, quindi aumentare manualmente il livello di potenza della sorgente fino all'accensione del plasma. Regolare l'accordatore a tre stub per ridurre al minimo la potenza riflessa. Quindi, spegni il plasma.

Quindi, monta un laser a 532 nanometri con il raggio diretto lungo il tubo del cavo. Monta finestre brewster o antiriflesso rivestite per 532 nanometri all'ingresso e all'uscita del tubo. Allineare il laser e costruire il dump del raggio alla fine dell'impostazione del vuoto.

Focalizzare il laser al centro della guida d'onda, quindi pressurizzare il reattore con gas CO2 a una pressione più alta di quella che verrà utilizzata nella misurazione. Se si verifica un guasto del laser, diminuire la potenza del laser. Installare i deflettori nei tubi a vuoto, montare una lente in linea con un'apertura di 24 millimetri nel cortocircuito scorrevole e focalizzare la luce raccolta su una fibra ottica di 400 micrometri di diametro.

Usa la fibra per dirigere la luce verso la fessura d'ingresso di uno spettrometro personalizzato e misurare l'intensità della luce diffusa. Ripetere la misurazione su una serie di pressioni decrescenti e verificare che la relazione di intensità della pressione sia lineare. Regolare lo spettrometro per massimizzare le intensità misurate.

Collegare la cella in serie con lo scarico del gas e montare la finestra del fluoruro di calcio su entrambe le estremità della cella. Posizionare la cella in una camera di campionamento di uno spettrometro FTIR con le finestre di fluoruro di calcio in linea con il raggio IR. Utilizzare una lunghezza sufficiente del tubo per garantire che il gas nella cella sia in equilibrio chimico.

Regolare il guadagno del segnale FTIR, fino a quando l'intensità non è il più vicino possibile al massimo senza superarlo. Visualizza l'anteprima del grammo interferente, quindi disattiva il flusso di gas ed evacua la cella. Acquisisci uno spettro di fondo.

Quindi, pressurizzare il sistema con gas CO2 a circa un millibar e accendere il plasma. Acquisisci uno spettro in un intervallo compreso tra 2.400 e 2.000 centimetri reciproci utilizzando 10 medie. Determinare la frazione volumetrica di monossido di carbonio utilizzando il database HITRAN per adattare le linee CL misurate.

Quando si montano gli spettri, fare attenzione che la funzione dello strumento sia applicata allo spettro di trasmissione, non allo spettro assorbente. Includere l'istanza di pressione di CO, brolina da CO2, incluso solo l'auto-allargamento può causare errori fino al 20%Per eseguire misurazioni FTIR NC2, inserire un tubo in zaffiro in una guida d'onda con un sistema di vuoto allineato verticalmente. Posizionare uno spettrometro FTIR in modo che la guida d'onda si stabilizzi nella camera del campione e coprire le pareti della camera con materiale assorbente a microonde.

Imposta l'FTIR in modo che utilizzi almeno 100 medie per mitigare le fluttuazioni nel plasma. Acquisisci uno spettro in un intervallo compreso tra 2.400 e 1.800 in versi centimetri. Correggere gli spettri per l'assorbimento dipendente dalla temperatura dello zaffiro prima dell'analisi.

È stato riscontrato che la conversione di CO aumenta linearmente con la potenza assorbita su un intervallo di pressioni a una portata fissa di 14 SLM. La relazione lineare si assottiglia a pressioni più elevate, si è scoperto che il plasma converte la CO2 in CO con un'efficienza energetica fino al 49%, che è paragonabile alla massima efficienza termodinamica. La conversione del CO aumentava linearmente con l'energia specifica a circa 2,2 elettronvolt per molecola.

La concentrazione di CO è stata misurata mediante spettroscopia di assorbimento IR dello scarico del gas. Ai dati FTIR è stato applicato un adattamento al minimo quadrato, risultando in una conversione calcolata del 14,7% a 299,36 Kelvin, la temperatura del gas del centro del plasma, è stata determinata dalle misure di scattering di Rayleigh NC2, prese a varie potenze e pressioni. L'effetto della raccolta di Thomson è stato calcolato in modo trascurabile in base alle sezioni d'urto differenziali per la raccolta di Rayleigh e Thomson e al grado di ionizzazione previsto.

Le misure FTIR di NC2 sono state effettuate in condizioni in cui la produzione di CO era trascurabile e riutilizzate per studiare la dinamica del plasma di CO2, un modello basato sull'interfaccia di programmazione ad alta implicazione di tendenza, è stato applicato per determinare le temperature vibrazionali corrispondenti ai modi normali vibrazionali. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come far funzionare un microreattore che scorre e come analizzare i prodotti che si sono formati. Il reattore al plasma scorrevole è ideale per la lavorazione di molecole stabili.

Seguendo questa procedura, è possibile trattare altri gas, come l'acqua, l'azoto e il metano. Per una conversione veramente efficiente e di non equilibrio, la temperatura deve essere mantenuta il più bassa possibile, per evitare l'estinzione delle molecole eccitate vibrazionalmente.