АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕТРАХЛОРИДА ОЛОВА (IV)

4
Предлагаемая полезная модель относится к области неорганической химии и оборудования для производства индивидуальных химических соединений, в частности хлоридов металлов (IV) путем хлорирования исходного металлсодержащего сырья газообразным хлором. Полезная модель может быть конкретно использована для производства тетрахлорида олова - SnCl на специально построенных для этого аппаратурно-технологических комплексах.
Известен аппаратурно-технологический комплекс для производства тетрахлоридов металлов (IV), например тетрахлоридов титана, циркония и гафния (С.С.Коровин, Д.В.Дробот, П.И.Федоров. Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология. Книга II. М.: МИСИС, 1999, с.66-76; с.168-176). Известный аппаратурно-технологический комплекс включает в себя солевой или шахтный хлоратор непрерывного действия, снабженный бункером и питателем для загрузки исходного сырья (шихты), фурмами для подачи газообразного хлора, патрубками для отвода парогазовой смеси и системой ее конденсации и очистки, летками для слива отработанного расплава и системой охлаждения - для отвода избыточного тепла, выделяющегося в результате протекания (при 700-800°С) экзотермической реакции хлорирования.
4
4
4
4
Известные аппаратурно-технологические комплексы обеспечивают получения тетрахлоридов титана, циркония и/или гафния из различного минерального сырья - концентратов и/или шлаков. Эти комплексы успешно эксплуатируются в промышленных условиях. Однако их конструктивные особенности и физико-химические свойства получаемых целевых продуктов (TiCl, ZrCl и HsCl) не позволяют использовать эти аппаратурно-технологические комплексы для производства тетрахлорида олова (SnCl).
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому при этом результату является известные аппаратурно-технологические комплексы для производства тетрахлорида олова
(Н.Г.Ключников. Неорганический синтез. М.: Просвещения, 1971, с.65-78) - принят за ПРОТОТИП.
4
Аппаратурно-технологический комплекс для производства тетрахлорида олова по прототипу включает в себя: систему подачи газообразного хлора и его очистки от примесей путем барботирования хлора через концентрированную серную кислоту, хлорирующее устройство с металлическим оловом, соединенное с конденсатором - холодильником парогазовой смеси и приемником-сборником готового продукта - жидкого SnCl.
4
2
4
Аппаратурно-технологический комплекс позволяет получать тетрахлорид олова в периодическом режиме, для препаративных целей и не обеспечивает производство SnCl в промышленном масштабе. Другим недостатком технического решения по прототипу является то, что в известном аппаратурно-технологическом комплексе отсутствуют конструктивные элементы, обеспечивающие предотвращение загрязнения окружающей среды высокотоксичными газовыми выбросами (Сl, SnCl и др.)
Задачей предлагаемого технического решения является предотвращение загрязнения окружающей среды высокотоксичными выбросами и обеспечение непрерывного высокопроизводительного процесса производства тетрахлорида олова из металлического олова. Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемой полезной модели заключается в существенном снижении безвозвратных потерь исходных реагентов, в частности хлора с отходами производства и повышении удельного выхода товарной целевой продукции.
Подставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата, предлагаемым аппаратурно-технологическим комплексом для производства тетрахлорида олова, включающем охлаждаемый хлоратор, имеющий соединенный системой подачи хлора и устройством для
очистки хлора от примесей, патрубок отвода тетрахлорида олова, соединенный через охлаждаемую емкость со сборником готового-целевого продукта. Новым в предлагаемом техническом решении является то, что устройство для очистки хлора от примесей выполнено в форме сорбционной колонны, соединенной через запорно-регулирующую арматуру с хлоропроводом и диспергатором хлора, расположенным в нижней части хлоратора под дополнительно установленным внутри хлоратора перфорированной решеткой, на которой размещена загрузка исходного металлического олова, на крышке хлоратора дополнительно установлен патрубок, соединенный с бункером-дозатором и патрубок для отвода отходящих газов, соединенный с циклоном, орошаемым раствором гидроксида натрия из циркуляционного бака, который имеет соединение с реактором для приготовления и дозировки раствора гидроксида натрия и баком-сборником щелочного раствора гипохлорита натрия, в нижней части хлоратора установлен боковой сливной патрубок, соединенный через запорную арматуру с водоохлаждаемым сборником целевого продукта, выход из которого направлен в затарочную машину.
Вышеуказанные отличительные признаки предлагаемого технического решения - полезной модели «Аппаратурно-технологический комплекс для производства тетрахлорида титана» в совокупности своей обеспечивают решения поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в предотвращении загрязнения окружающей среды высокотоксичными отходами производства и сокращении безвозвратных потерь хлора - за счет того, что «комплекс» дополнительно содержит циклон, орошаемый раствором гидроксида натрия. Наличие в составе аппаратурно-технологического комплекса циклона, а также вспомогательного оборудования:
циркуляционного бака, трубопроводов, насосов, емкости для приготовления и дозирования исходного раствора щелочи, а также бака-сборки щелочного раствора гипохлорита натрия обеспечивает улавливание хлора из отходящих газов и дает возможность получать дополнительную товарную продукцию - щелочной раствор гипохлорита натрия, реализуемый потребителем как
4
2
окислитель, отбеливатель, либо как дезинфицирующее вещество. Кроме того, наличие после хлоратора дополнительно установленного циклона (в общем случае «газоочистки») позволяет существенно повысить производительность аппаратурно-технологического комплекса как по исходному сырью так и по целевому продукту, за счет того, что по предлагаемому техническому решению имеется реальная возможность организовать процесс хлорирования металлического олова в условиях избытка (5-10% от стехиометрии) газообразного хлора. Это в свою очередь приводит к значительному увеличению скорости процесса и, таким образом, к повышению производительности непрерывного производства тетрахлорида олова (IV). Этому же способствует наличие в хлораторе перфорированной решетки, на которой размещается исходное металлическое олово, а также наличие под этой решеткой диспергатора газообразного хлора, который обеспечивает при прочих равных условиях равномерную подачу хлора по всему сечению хлоратора. Вывод готового - целевого продукта - жидкого тетрахлорида олова через боковой сливной патрубок дает возможность предотвратить попадания тонкодисперсной фракции металлического олова (прошедшей через перфорированную решетку) в жидкую фазу - товарный тетрахлорид олова и, тем самым исключает возможность восстановления SnCl до SnCl и как следствие-снижение качества и потребительских свойств целевого продукта.
Таким образом, из изложенного следует, что между существенными признаками заявляемого технического решения и достигаемого при этом результата имеется вполне определенная причинно-следственная связь, выражающаяся в том, что каждый из признаков, отдельно взятый необходим, а в совокупности своей они обеспечивают решения поставленной задачи с достижением вышеуказанного технического результата.
Предлагаемая полезная модель «Аппаратурно-технологический комплекс для производства тетрахлорида титана» включает в себя: 1 - водоохлаждаемый хлоратор; 2 - сорбционные колонки для очистки хлора от примесей; 3 -апорно-регулирующая арматура; 4 - хлоропровод; 5 - диспергатор хлора;
4
6 - перфорированная решетка; 7 - загрузка исходного металлического олова; 8 - бункер-дозатор для «подгрузки» металлического олова в хлоратор; 9 - патрубок для отвода из хлоратора отходящих газов (непрореагировавшего хлора, подаваемого в хлоратор с избытком); 10 - циклон, орошаемый раствором гидроксида натрия; 11 - циркуляционный бак с раствором гидроксида натрия; 12 - реактор с мешалкой для приготовления и дозирования исходного раствора гидроксида натрия; 13 - бак-сборник щелочного раствора гипохлорита натрия; 14 - боковой сливной патрубок для вывода целевого-готового продукта - SnClиз хлоратора; 15 - водоохлаждаемый сборник готового продукта; 16 -затарочная машина.
Реализация предлагаемой полезной модели
Разработанное техническое решение - «Аппаратурно-технологический комплекс» работает следующим образом.
Исходное металлическое олово (гранулы, стружка) загружают в водоохлаждаемый реактор (1) через бункер-дозатор (8) на перфорированную решетку (6); Перед подачей газообразного хлора в хлоратор, через водоохлаждаемую рубашку начинают пропускать воду - для предотвращения бурного протекания экзотермической реакции хлорирования и «снятия» избытка тепла; газообразный хлор перед подачей в хлоратор предварительно очищают от посторонних примесей и влаги в сорбционной колонке (2), и через запорно-регулирующую арматуру (3) подают в хлоропровод (4) и затем в диспергатор газообразного хлора (5), избыток хлора отсасывают из верхней части хлоратора и подают для очистки отходящих газов в циклон (10), орошаемый раствором гидроксида натрия, который подают в циклон из циркуляционного бака (11); по мере «срабатывания» щелочи, образующийся в циклоне раствор гипохлорита натрия выводят из циркуляционного бака (11) в бак-сборник (13), откуда его отгружают потребителям как товарный продукт, используемый и реализуемый в качестве окислителя, отбеливателя («белизна») и/или дезинфицирующего средства; «свежий» раствор гидроксида натрия готовят в реакторе с мешалкой (12), куда подают воду и загружают твердый
4
гидроксид натрия, например в виде гранул. В процессе хлорирования металлического олова газообразным хлором, образующийся целевой продукт - тетрахлорид олова (SnCl) благодаря охлаждению хлоратора водоохлаждаемой рубашкой конденсируется непосредственно в зоне реакции и стекает на дно реактора, откуда через боковой сливной патрубок (14) жидкий тетрахлорид олова сливают в водоохлаждаемый сборник готового продукта (15), а затем поступает в затарочную (фасовочную, разливочную) машину (16) и отгружают потребителям.
Благодаря совокупности вышеперечисленных операций обеспечивается непрерывный, высокопроизводительный процесс производства товарного тетрахлорида олова, по всем своим свойствам и содержанию лимитирующих примесей соответствующий требованиям технический условий (ТУ) и удовлетворяющий запросам потребителей. Наличие в составе «Комплекса» орошаемого щелочью циклона обеспечивает предотвращение выбросов токсичных веществ - газообразного хлора (и части парогазовой смеси) в атмосферу и попадания газообразного хлора на рабочие места. Уловленный (избыточный) хлор не теряется при этом безвозвратно, а в форме гипохлорита натрия отгружается и реализуется у потребителей.