УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА КАРБОНИЛЬНОГО ЖЕЛЕЗА
INSTALLATION FOR RECEIVING OF POWDER OF CARBONYL IRON

Изобретения относится к устройствам для проведения тепломассообменных процессов в присутствии твердых частиц и может быть использовано в порошковой металлургии, в частности для получения металлических порошков термической диссоциацией карбонилов.
По патенту GB 757198 (1956-09-12) установка для проведения тепломассообменных процессов при производстве металлических порошков включает испаритель для получения пара карбонила, вертикальный цилиндрический аппарат с теплообменной рубашкой для термического разложения пара карбонила и систему выделения порошка металла из газового потока.
Такая компоновка установки для производства металлических порошков является общепринятой. Аналогичная установка (Волков В.Л., Сыркин В.Г., Толмасский И.С. Карбонильное железо. - М., Металлургия, 1969. с.115-117) содержит испаритель жидкого пентакарбонила железа (ПКЖ), аппарат разложения, снабженный теплообменной рубашкой, и систему выделения порошка карбонильного железа из газового потока.
Установка для производства металлических порошков работает следующим образом: жидкий пентакарбонил железа (ПКЖ) направляется в испаритель, где происходит его испарение, и далее пары ПКЖ поступают через входной патрубок в верхнюю часть аппарата разложения. Температурный режим в аппарате разложения поддерживается путем подачи теплоносителя в теплообменную рубашку. В свободном объеме аппарата разложения в присутствии аммиака происходит термическая диссоциация ПКЖ с образованием порошка карбонильного железа и окиси углерода. Газообразный аммиак подается в верхнюю часть аппарата разложения, где происходит смешение его с парами карбонила. Образовавшаяся в аппарате разложения окись углерода удаляется снизу аппарата, увлекая с собой порошок карбонильного железа. Далее происходит извлечение товарного продукта - порошка карбонильного железа из газового потока в системе выделения порошка.
Качественные показатели продукта, получаемого в известной установке, определяются техническими характеристиками аппарата разложения, который имеет фиксированную поверхность теплообмена, а также расходом пара ПКЖ, поступающего из испарителя через входной патрубок в верхнюю часть аппарата разложения. При заданном фиксированном расходе ПКЖ из испарителя получаемый порошок карбонильного железа будет иметь строго определенный гранулометрический состав, который нельзя изменить в течение всего времени работы установки. Т.о., технологические возможности установки значительно ограничены.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей установки для получения порошка карбонильного железа.
Поставленная задача решается следующим образом.
Установка для получения порошка карбонильного железа, содержащая аппарат разложения пентакарбонила железа, снабженный теплообменной рубашкой, испаритель жидкого пентакарбонила железа, подключенный к входному патрубку в верхней части аппарата разложения, и систему выделения порошка карбонильного железа из газового потока, подключенную к нижней части аппарата разложения, дополнительно содержит трубчатый нагревательный элемент, подключенный к верхней части аппарата разложения посредством тангенциального патрубка, дополнительный испаритель жидкого пентакарбонила железа, подключенный к трубчатому нагревательному элементу, и трубопроводы для инертного газа и аммиака, подключенные к дополнительному испарителю.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен общий вид установки для получения порошка карбонильного железа.
Установка для получения порошка карбонильного железа включает испаритель жидкого ПКЖ 1, который подключен к входному патрубку в верхней части аппарата разложения 2, который снабжен теплообменной рубашкой. В верхнюю часть аппарата разложения 2 подается газообразный аммиак. К верхней части аппарата разложения 2 посредством тангенциального патрубка подключен трубчатый нагревательный элемент 4, который, в свою очередь, подключен к дополнительному испарителю жидкого ПКЖ 5. К дополнительному испарителю ПКЖ 5 подключены трубопроводы инертного газа 6 и газообразного аммиака 7. Нижняя часть аппарата разложения 2 подключена к системе выделения порошка карбонильного железа из газового потока 3.
Установка для получения порошка карбонильного железа работает следующим образом.
Жидкий пентакарбонил железа (ПКЖ) направляется в испаритель 1, где происходит его испарение, и далее пары ПКЖ поступают через входной патрубок в верхнюю часть аппарата разложения 2. В свободном объеме аппарата разложения в присутствии аммиака происходит термическая диссоциация ПКЖ с образованием порошка карбонильного железа и окиси углерода. Температурный режим в аппарате разложения 2 поддерживается путем подачи теплоносителя в теплообменную рубашку. Газообразный аммиак подается в верхнюю часть аппарата разложения 2, где происходит его смешение с парами карбонила. В верхнюю часть аппарата разложения 2 посредством тангенциального патрубка поступает также парогазовая смесь из трубчатого нагревательного элемента 4, который, в свою очередь, подключен к дополнительному испарителю жидкого ПКЖ 5. Температура парогазовой смеси, поступающей в аппарат разложения 2 из трубчатого нагревательного элемента 4, регулируется с помощью теплоносителя, который подается в кожух нагревательного элемента 4. В качестве теплоносителя можно использовать, например, горячие газы (топочные газы, воздух) или использовать электрический обогрев парогазовой смеси. Трубчатый элемент нагревателя 4 может быть выполнен в виде змеевика или прямой трубы. Форма трубчатого элемента определяется необходимой поверхностью теплообмена для передачи заданного количества тепла к парогазовой смеси. Парогазовая смесь поступает в трубчатый нагревательный элемент 4 из подключенного к нему дополнительного испарителя жидкого ПКЖ 5. К дополнительному испарителю ПКЖ 5 подключены трубопроводы инертного газа 6 и газообразного аммиака 7, и, таким образом, парогазовая смесь будет иметь в своем составе, в различном соотношении, пар ПКЖ - инертный газ - аммиак. При изменении соотношения пар ПКЖ - инертный газ - аммиак и количества парогазовой смеси, подаваемой из трубчатого нагревательного элемента 4 посредством тангенциального патрубка в верхнюю часть аппарата разложения 2, изменяется конечный состав порошка карбонильного железа (тем самым расширяются технологические возможности установки). Порошок карбонильного железа получают в аппарате разложения 2 и в системе выделения порошка карбонильного железа из газового потока 3, которая подключена к нижней части аппарата разложения 2. Основная масса частиц определенного гранулометрического состава образуется в объеме аппарата разложения 2 из пара ПКЖ, поступающего через входной патрубок в верхнюю часть аппарата 2 из испарителя 1. Поэтому, парогазовая смесь, поступающая в аппарат разложения 2 из трубчатого нагревательного элемента 4, будет взаимодействовать с уже имеющимися в аппарате 2 парами ПКЖ и частицами железа, меняя их размеры и химический состав.
3
Например, для сравнения, получение порошкового карбонильного железа выполнено в установке по прототипу. В испаритель установки подают жидкий ПКЖ в количестве 65 кг/час. Газообразный аммиак в количестве 1,13 м/час подают в верхнюю часть аппарата разложения. Промышленный аппарат разложения имеет диаметр 1 м и длину цилиндрической части 5 м. Температура в объеме аппарата разложения 270-350°С. В приемнике аппарата разложения получен железный порошок следующего гранулометрического состава:
1-5 микрон
20%
5-10 микрон
30%
10-25 микрон
40%
Более 25 микрон (включая конгломераты)
10%
3
Получение порошкового карбонильного железа в установке для получения порошка карбонильного железа по предлагаемому изобретению проведено при следующих условиях. В испаритель 1 установки подают жидкий ПКЖ в количестве 65 кг/час. Газообразный аммиак в количестве 1,13 м/час подают в верхнюю часть аппарата разложения 2. Промышленный аппарат разложения 2 имеет диаметр 1 м и длину цилиндрической части 5 м. Температура в объеме аппарата разложения 270-350°С. В верхнюю часть аппарата разложения 2 посредством тангенциального патрубка поступает парогазовая смесь из трубчатого нагревательного элемента 4, который, в свою очередь, подключен к дополнительному испарителю жидкого ПКЖ 5.
3
3
В дополнительный испаритель ПКЖ 5 подают жидкий ПКЖ в количестве 8 кг/час, по трубопроводу инертного газа 6 подают в качестве инертного газа окись углерода в количестве 6 м/час, по трубопроводу 7 - газообразный аммиак в количестве 0,14 м/час. Температуру парогазовой смеси, поступающей в аппарат разложения 2 из трубчатого нагревательного элемента 4, поддерживают в пределах 350÷400°С.
В приемнике аппарата разложения получен железный порошок с размером частиц до 90% не более 8,8 микрон, до 10% не более 12 микрон, конгломераты и крупные частицы отсутствуют. Такой технический результат недостижим в установке по прототипу и при других режимных параметрах.
По предлагаемому изобретению в качестве инертного газа, подаваемого по трубопроводу 6 в дополнительный испаритель ПКЖ 5, можно использовать аргон, окись углерода, азот и другие газы, которые не влияют на процесс термической диссоциации карбонила и будут являться газами носителями пара ПКЖ.
Добавка аммиака по трубопроводу аммиака 7 к парогазовой смеси в испарителе ПКЖ 5 способствует улучшению структуры частиц и химического состава порошка, получаемого в аппарате разложения 2. Для расширения технологических возможностей установки возможна подача в дополнительный испаритель ПКЖ 5 совместно и инертного газ и аммиака, или только инертного газа, или только аммиака. Подключение трубчатого нагревательного элемента 4 посредством тангенциального патрубка к верхней части аппарата разложения 2 выполнено с целью предотвращения нарушения структуры газового потока внутри аппарата 2. В противном случае, при осевом вводе парогазовой смеси в аппарате разложения 2 возникают паразитные турбулентные потоки, которые приводят к ухудшению состава порошка карбонильного железа (увеличивается количество конгломератов). Образовавшаяся в аппарате разложения 2 окись углерода удаляется снизу аппарата, увлекая с собой порошок карбонильного железа. Далее происходит извлечение товарного продукта - порошка карбонильного железа из газового потока в системе выделения порошка 3.
Таким образом, данное техническое решение позволяет расширить технологические возможности установки для получения порошка карбонильного железа.