Герметичний насос-реактор для одержання порошкоподібних кремнієвмісних сполук

1. Герметичний насос-реактор для одержання порошкоподібних кремнієвмісних сполук, який включає корпус, розташовані в ньому камери, де установлені опорні підшипники, роторний електропривід з робочим колесом, який відрізняється тим, що принаймні одна із камер додатково містить вузол захисту опорних підшипників від пилоподібних частинок, шлюзові дозатори, установлені в транспортних каналах, теплообмінники, розташовані уздовж осі робочого колеса з можливістю C2 2 86905 1 3 пання матеріалу на молольні тіла. Це утруднює використання відомого пристрою в безперервних процесах з нагріванням або охолодженням компонентів та вивантаженням продуктів реакції. Відомий пристрій дисмембратора для подрібнення та змішування вихідних компонентів в безперервному режимі (Патент РФ №2290997, МПК В02С 13/22, 2005). Дисмембратор включає корпус з кришками, в якому розташований роторний диск з концентрично розташованими пальцями, між якими розміщені пальці, які установлені на кришці корпусу, ротор обладнаний ножами для подрібнення і лопатями для видалення подрібненого продукту. Недоліком пристрою дисмембратора являється застосування в ньому сальникових ущільнень вала, який обертається. Сальникові ущільнення не забезпечують повного усунення витоку компонентів, обмежують оберти вала, збільшують його знос, знижують довговічність та надійність експлуатації пристрою, що особливо недопустимо при роботі з активними вибухо-, пожежонебезпечними сполуками. Найбільш близьким до запропонованого пристрою за сукупністю ознак являється герметичний насос, вибраний за прототип, який включає корпус, розташовані в ньому камери, де установлені опорні підшипники, роторний електропривід, робоче колесо і транспортні канали для подачі компонентів (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Из-во "Химия", 1973. - С. 145). До причин, що перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату заявленого винаходу, відноситься те, що в ньому опорні підшипники можуть зазнавати дії пилоподібних подрібнюваних компонентів, які, проникаючи в робочий зазор, можуть порушити роботу підшипника, привести до аварійної ситуації. Крім того, конструкція прототипу не дозволяє використати його для дозування, транспортування та проведення взаємодії в ньому компонентів при підвищених або знижених температурах в проточному газовому середовищі і в умовах вакууму. В основу винаходу поставлене завдання підвищення продуктивності пристрою герметичного насоса-реактора шляхом збільшення швидкісних характеристик руху в ньому компонентів, забезпечення їх взаємодії в широкому діапазоні температур та тисків газового середовища, переважно при нагріванні в вакуумі, в безперервному технологічному процесі. Поставлене завдання вирішується тим, що герметичний насос-реактор для одержання порошкоподібних кремнійвмісних сполук включає корпус, розташовані в ньому камери, де установлені опорні підшипники, роторний електропривід з робочим колесом і транспортні канали. Згідно з винаходом, принаймні, одна із камер додатково містить вузол захисту опорних підшипників від пилоподібних частинок, шлюзові дозатори, установлені в транспортних каналах, теплообмінники, розташовані уздовж вісі робочого колеса з утворенням градієнта температур, а робоче колесо виконане з можливістю утворення в камері зустрічних потоків тве 86905 4 рдих, рідких та пароподібних компонентів і регульованого транспортування продуктів. Вузол захисту опорних підшипників може бути виконаний у вигляді відцентрового сепаратора з лопатями і/або ущільнюючих елементів, переважно у вигляді клапана і/або фільтра, включати канали вводу і виводу газового середовища та підведення мастильних компонентів. Шлюзові дозатори можуть містити керовані клапани і/або роторні ущільнювачі. Робоче колесо може містити лопаті, установлені, переважно під кутом до вісі робочого колеса, та можуть бути зміщені відносно його центра обертання з можливістю очищення ними внутрішньої поверхні робочої камери. Насос-реактор може містити ротори з робочими колесами, які обертаються протилежно. Його деталі можуть бути виготовлені із керамічних і/або кремнійвмісних, і/або інших прийнятних матеріалів. Запропонований герметичний насос-реактор дозволяє, одночасно з процесом транспортування вихідних компонентів, провести їх подрібнення, активацію для прискорення взаємодії при нагріванні чи охолодженні в умовах зміни тиску газового середовища або у вакуумі. В робочій камері лопаті робочих коліс створюють циркулюючі зустрічні потоки компонентів, в яких, при багаторазовому зіткненні, компоненти взаємодіють між собою. Дія механічних сил приводить до руйнування твердих частинок (ударом, стиранням, зрізом), що інтенсифікує хімічну взаємодію твердих, рідких та пароподібних компонентів. При цьому, з підвищенням температури послаблюються зв'язки в об'ємі легкоплавких сполук, в умовах вакууму підвищується їх леткість, а руйнування твердих частинок приводить до збільшення на їх поверхні активних центрів та прискорення хімічного перетворення компонентів в кінцеві продукти. В запропонованій конструкції герметичного насоса-реактора покращуються умови роботи ущільнень вала ротора, робочого колеса, які можуть бути установлені в одній герметичній камері, де відсутній або суттєво знижений перепад тисків газового середовища. Механічний момент від електромагнітного привода, у цьому випадку, може передаватися для їх обертання через стінку із немагнітного матеріалу, наприклад, нержавіючої сталі. Зниження зусиль в елементах, ущільнюючих вал, дозволяє збільшити його діаметр, число обертів робочого колеса, що приводить до збільшення продуктивності агрегату. Зменшення зносу вала і його ущільнень від абразивної дії пилоподібних частинок забезпечується вузлом захисту опорних підшипників, який містить відцентровий сепаратор, ущільнюючий елемент, фільтр, канали вводу і виводу газового середовища та підведення мастильних компонентів. Для цього в робочу камеру вихідний неподрібнений матеріал подається по каналу меншого діаметра, де установлений відцентровий сепаратор, лопаті якого відкидають потік від ущільнюючого елемента. Ущільнюючий елемент може бути виконаний у вигляді клапана, притисненого до вала механічними силами та тиском інертного газу, що подається з боку ротора. Потік вихідних порошкоподібних компонентів до розмелу виконує роль фільтра, перешкоджаючи проник 5 ненню до підшипника тонкої фракції твердих частинок, які утворюються в робочій камері після подрібнення. Проникненню тонких частинок також перешкоджає потік інертного газу, що подається з боку ротора, опорних підшипників, який через зазор клапанного ущільнення поступає в робочу камеру. Крім того, тонкі фракції частинок затримуються в лабіринтних зазорах ущільнень та стоять на перешкоді для проникнення наступних частинок. В запропонованому пристрої, переважно в зоні високих температур, можливе застосування, як ущільнювачів і мастильних матеріалів, рідких розплавлених компонентів, металів, наприклад, магнію, який в цьому випадку може безперервно подаватися в опорний підшипник ковзання і використовуватися в процесі для синтезу силіциду магнію. В зоні низьких температур ущільнюючими та мастильними матеріалами також можуть використовуватися пластичні матеріали з низькою пружністю пару, наприклад, які містять кремнійорганічні, фторорганічні та подібні їм сполуки. Відпрацьовані ущільнюючі та мастильні матеріали можуть видалятися за допомогою вакуумної системи по окремих каналах, в яких установлені керовані клапани, фільтри. Вихідні компоненти в герметичний насосреактор подаються через керовані шлюзові дозатори, що містять, переважно клапанні або роторні ущільнювачі, які забезпечують безперервний технологічний процес. Кожне робоче колесо може містити лопаті, установлені під кутом до його вісі, які можуть бути зміщені від центра обертання вала. Робоче колесо для самозрівноваження може містити не менше чотирьох лопатей, симетрично установлених уздовж його вісі. Лопаті установлені з можливістю очищення ними внутрішньої поверхні камери для видалення твердих утворень на її стінках. В камері може бути установлено одне або два робочі колеса, які обертаються протилежно, кожне з яких зв'язане з окремим ротором з електроприводом. Електропривід виконаний з можливістю зміни параметрів обертання робочого колеса, наприклад, напрямку його обертання, регулювання кількості обертів, обертального моменту. В запропонованій конструкції деякі деталі насоса-реактора (підшипники ковзання, лопаті, дозатори) можуть бути виготовлені із керамічних, металокерамічних корозійно-, термостійких та їм подібних матеріалів. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням, на якому зображена схема герметичного насоса-реактора для одержання порошкоподібних кремнійвмісних сполук, наприклад, на основі термовакуумної обробки кремнію магнієм в процесі синтезу порошкоподібного силіциду магнію. Герметичний насос-реактор містить корпус 1, де розташована камера 2, робоче колесо 3, транспортні канали 4, електропривід 5, ротор 6, устано 86905 6 влений в підшипниках 7, вузол захисту підшипників 8, сепаратор 9, фільтр 10, ввід мастильних компонентів 11, теплообмінник 12, шлюзовий дозатор вихідних компонентів 13, шлюзовий дозатор продуктів 14, вхід газового середовища 15, вихід газового середовища 16, вихід продуктів 17. Герметичний насос-реактор працює таким чином. В корпусі 1 в камері 2 установлене робоче колесо 3 в опорних підшипниках 7, яке обертається за допомогою електроприводу 5. В робочій камері може бути аналогічно установлено друге робоче колесо, яке обертається протилежно. Лопаті робочих коліс створюють зустрічно направлені циркулюючі потоки компонентів, які подаються через шлюзовий дозатор 13, по транспортних каналах 4, виконаних з меншим діаметром, ніж діаметр робочої камери. Цим забезпечується робота сепаратора 9, який створює потік вихідних крупних частинок, який перешкоджає проникненню, утворюваних в робочій камері, дрібних частинок у вузол захисту 8 опорних підшипників 7. У цьому випадку, потік вихідних компонентів виконує роль фільтра, який перешкоджає проникненню тонкоподрібнених частинок до ущільнюючих елементів підшипників 7. Цьому сприяє також потік інертних газів, що подається з боку підшипників ротора через вхід газового середовища 15 та видаляється вакуумною системою, переважно через робочу камеру та вихід газового середовища 16. У вузол захисту підшипників також можуть подаватися інші мастильні і ущільнюючі матеріали, наприклад, кремнійорганічні, фторвмісні сполуки. У зоні високих температур як мастильні матеріали можуть використовуватися розплави металів, наприклад, магнію. Вихідні компоненти, що надходять в насосреактор, взаємодіють між собою в реакційній зоні, розташованій в середній частині робочої камери 2, яка може обігріватися або охолоджуватися теплообмінником 12 та теплообмінниками, установленими на її кінцях. Утворення градієнта температур необхідно для захисту ущільнюючих елементів, опорних підшипників та для утворення продуктів в механо-хімічних процесах в середній частині робочої камери, де відбувається нагрівання, подрібнення та активація компонентів, які вступають у взаємодію в твердому, рідкому та пароподібному стані. Одночасно продукти реакції лопатями робочого колеса транспортуються із робочої камери 2 на вихід продуктів 17. Запропонована конструкція герметичного насоса-реактора для одержання порошкоподібних кремнійвмісних сполук дозволяє збільшити в ньому швидкість руху, активацію та взаємодію вихідних компонентів, підвищити продуктивність технологічних процесів. Таким чином, наведені дані підтверджують досягнення технічного результату при здійсненні заявленого винаходу. 7 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 86905 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601