УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОГИДРОЛИЗА СОЛИ ИЛИ СМЕСИ СОЛЕЙ

Полезная модель относится к аппаратному оформлению химических процессов, протекающих в различных газовых средах.
Известна установка, позволяющая проводить термогидролиз солей (RU 2007104734/15, МПК B01D 3/00, 2008). А именно, шнековый испаритель-кристаллизатор, который состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого соосно с ним размещен шнек, который может вращаться от привода, причем наружный диаметр шнека меньше внутреннего диаметра корпуса. Корпус снабжен опорами для установки на горизонтальной поверхности, содержит два входных и два выходных патрубка, нагревательные элементы и закрыт с торцов крышками, одна из которых глухая, вторая имеет отверстие для выхода шнека.
Недостатками известного технического решения являются невозможность свободной циркуляции газовой фазы внутри корпуса из-за наличия шнека, что значительно затрудняет ход протекания химической реакции, а также произвольный обмен газами с окружающей средой, в результате чего может произойти выделение побочных газовых продуктов реакции в атмосферу.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является разработка простой и надежной установки для проведения процесса термогидролиза соли или смеси солей, обеспечивающая получение целевого продукта с высоким выходом и не допускающая попадания побочных продуктов реакции в окружающую среду.
Поставленная задача решена в установке для термогидролиза соли или смеси солей, содержащей цилиндрический корпус с расположенными в нем нагревательными элементами, входной и выходной патрубки, которая дополнительно содержит реактор, один торец которого глухой, а второй закрыт герметичной крышкой, имеющей отверстия для входного и выходного патрубков, причем длина входного патрубка равна 90% длины реактора, длина выходного патрубка равна 10% длины реактора, и входной и выходной патрубки соединены посредством гибких шлангов в замкнутый цикл, который включает последовательно соединенные между собой две емкости, одна из которых наполнена водой, насос периодического действия и парогенератор, при этом нагревательные элементы выполнены, например, кольцевыми или трубчатыми, и расположены равномерно на боковой поверхности реактора.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известно устройство для термогидролиза соли или смеси солей предлагаемой конструкции.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, приведенным на фиг 1.
Установка для термогидролиза соли или смеси солей включает корпус 1, в центре, которого расположен цилиндрический реактор 2, окруженный, например, кольцевыми нагревательными элементами 3, причем нагревательные элементы 3 расположены равномерно вдоль всей площади боковой поверхности реактора 2. Одна сторона реактора глухая, а вторая закрыта герметичной крышкой 4, через которую проходят два патрубка: выходной (газоотводной) 5 и входной (газоподводной) 6. Патрубки 5 и 6 имеют разную длину: длина входного патрубка 6 составляет 90% от длины реактора 2, длина выходного 5 составляет 10% от длины реактора 2, что позволяет создать в реакторе направленный ток газовой фазы. Патрубки 5 и 6 соединены герметично гибкими шлангами в замкнутый цикл, при этом в замкнутый цикл последовательно соединены емкость 7, емкости с водой 8, насоса периодического действия 9 и парогенератора 10, причем емкость 7 расположена таким образом, что ее верхняя точка расположена ниже уровня реактора 2, а объем составляет величину, превосходящую объем воды в емкости 8 на 10-15%.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Рабочий состав 11 (соль металла летучих кислот или смесь солей металлов летучих кислот) помещают в реактор 2, причем объем, занимаемый рабочим составом 11 не должен превышать 30% от объема реактора 2, закрывают герметичной крышкой 4. Включают нагревательные элементы 3 до заданной температуры и насос периодического действия 9 с заданной скоростью и направлением перекачки газовой фазы от источника пара 10 через гибкий шланг к входному патрубку 6. Конечную температуру нагрева, а также скорость перекачки газов в установке определяют индивидуально - в зависимости от характера получаемых соединений. В установке начинают циркулировать газы следующим образом: от источника пара 10 смесь воздуха и водяного пара поступают по гибкому шлангу через входной патрубок 6 в реактор 2, где проходит процесс термического гидролиза соли или смеси солей. При прохождении химической реакции в реакторе 2 состав смеси газов изменяется. Далее через выходной патрубок 5 по гибкому шлангу образовавшаяся в реакторе 2 смесь газов проходит через емкость 7, которая выполняет функцию ловушки и предотвращающий переброс воды из емкости 8 с водой в реактор 2 при изменении давления, и емкость с водой 8, где происходит процесс растворения побочных газообразных продуктов реакции термогидролиза, после чего отфильтрованную смесь газов прогоняют через насос периодического действия 9 и вновь насыщают водяным паром в парогенераторе 10. Таким образом в установке для термогидролиза солей получают направленную циркуляцию газовой фазы. Насос периодического действия позволяет контролировать скорость циркуляции газовой фазы внутри установки. Предлагаемая конструкция позволяет осуществить непрерывный циклический процесс перегонки газов. После окончания реакции последовательно выключают насос периодического действия 9, нагревательные элементы 3, после охлаждения производят извлечение целевого продукта из реактора 2.
3
2
3
Термогидролиз исходного фторида алюминия для получения в качестве целевого продукта оксида алюминия может быть осуществлен на предлагаемой установке следующим образом. 10 г фторида алюминия АlF помещают в реактор 2 и закрывают герметичной крышкой 4. Включают нагревательные элементы 3 со скоростью нагрева 10°С/мин, насос периодического действия 9 со скоростью 180 мл/мин. Нагрев ведут до температуры 500°С, затем выдерживают при этой температуре в течение 3-х часов в токе смеси воздуха и водяного пара при парциальном давлении водяного пара 1 атм. В установке начинают циркулировать газы следующим образом: от источника пара 10 смесь воздуха и водяного пара поступают по гибкому шлангу через входной патрубок 6 в реактор 2, где проходит процесс термического гидролиза фторида алюминия. При прохождении химической реакции в реакторе 2 состав смеси газов изменяется с образованием фторида водорода. Далее через выходной патрубок 5 по гибкому шлангу образовавшаяся в реакторе 2 смесь газов проходит через емкость 7 и емкость с водой 8, где происходит процесс растворения побочных газообразных продуктов реакции термогидролиза в воде с образованием плавиковой кислоты, после чего отфильтрованную смесь газов прогоняют через насос периодического действия 9 и вновь насыщают водяным паром в парогенераторе 10. После окончания реакции последовательно выключают насос периодического действия 9, нагревательные элементы 3, после охлаждения производят извлечение целевого продукта из реактора 2. Полученный продукт по данным химического и рентгенофазового анализов является однофазным оксидом алюминия АlO. Выход продукта 99%.
2
4
3
2
2
2
2
4
3
2
2
2
На предлагаемой установке были получены, например, феррит кобальта CoFeO с использованием в качестве рабочего состава смеси хлорида железа FеСl·6НO и хлорида кобальта СоСl·2НO с мольным соотношением Со:Fe=1:2; а также феррит никеля NiFeO с использованием в качестве рабочего состава смеси хлорида железа FеСl·6НО и хлорида никеля NiCl·6HO с мольным соотношением Ni:Fe=1:2. Выход конечного продукта составляет 99-100%.
Таким образом, авторами предлагается простая и надежная установка для проведения процесса термогидролиза соли или смеси солей, обеспечивающая получение целевого продукта с высоким выходом и не допускающая попадания побочных продуктов реакции в окружающую среду.