Спосіб коагулювання високодисперсного діоксиду кремнію

Спосіб коагулювання високодисперсного дюксиду кремнію, одержаного шляхом високотемпературного гідролізу тетрахлориду кремнію парами води в полум'яному факелі, що включає охоло дження продуктів гідролізу від 1270-1670 до 550720К, введення газодисперсного потоку в трубчастий коагуляційний пристрій зі швидкістю 2-10 м/с і витримування цього потоку до об'єднання аеродисперсних частинок продукту в агломерати з одночасним подальшим його охолодженням до 420520К, який відрізняється тим, що газодисперсний потік по довжині коагуляційного пристрою почергово розганяють за допомогою інжекторів стиснутим повітрям від 3 до 5 разів до швидкості 20-40 м/с, а потім уповільнюють до початкової швидкості, переважно 4-8 м/с Корисна модель відноситься до хімічної технологи, в тому числі до процесів одержання високодисперсного дюксиду кремнію, який може використовуватися в якості високоефективного загущувача зріджених композицій, наповнювача полімерних матеріалів, а також для одержання нових адсорбентів і носив каталізаторів і т п Відомий спосіб для коагулювання високодисперсного дюксиду кремнію, який включає охолодження продуктів, одержаних шляхом високотемпературної реакції тетрахлориду кремнію (SiCU) з парами води в полумяному факелі, від 1270-1670 до 400-550 К, введення одержаного газодисперсного потоку зі швидкістю 2-4м/с в коагуляційний пристрій, виконаний у вигляді довгого трубопроводу, і витримування цього потоку в останньому на протязі 20-ЗОс з одночасним подальшим його охолодженням до 420-520 К [див техн регламент № 1-89 виробництва високодисперсного дюксиду кремнію аеросилу, високодисперсного світлочутливого дюксиду титану, титаноаеросилу, алюмоаеросилу - АН УРСР, Калуське дослідне виробництво Ін-ту хіми поверхні, 1988 стор13,14, 20, 28, 47, 50] Такі температура і час витримування необхідні для того, щоб пройшло об єднання окремих аеродисперсних частинок продукту (S1O2), розміром 540нм, в крупні пухкі агломерати, розміром 1-15мкм, що спрощує подальше їх вилучення з газового потоку в циклонах При цьому необхідно, щоб в агломераційному трубопроводі підтримувалася швидкість потоку в межах 2-4м/с Загальними суттєвими ознаками відомого технічного рішення і винаходу, що заявляється, є охолодження продуктів високотемпературної реакції тетрахлориду кремнію (SiCU) в полум'яному факелі до вказаних температур, введення одержаного газодисперсного потоку в коагуляційний пристрій і витримування цього потоку в останньому до об'єднання дрібних частинок продукту в значно більші за розмірами агломерати, придатні для їх вилучення в циклонах До недоліків відомого технічного рішення відноситься значна довжина коагуляційного трубопроводу, яка становить 56-100м, і, ВІДПОВІДНО, великі капітальні та експлуатаційні затрати, оскільки його виготовляють з титанових або алюмінієвих сплавів Крім того, при вказаних швидкостях проходить осідання і налипання продукту на стінках, що порушує режим охолодження газодисперсного потоку і також збільшує довжину трубопроводу Відомий також спосіб (прототип) коагулювання високодисперсного дюксиду кремнію німецької фірми "Дегусса", який від аналога відрізняється тим, що швидкість введення газів в коагуляційний трубопровід і по всій його довжині, з метою усунення осідання продукту на стінках, витримують в межах 6-10м/с шляхом циркуляції частини газового потоку, який ВІДДІЛЯЮТЬ після коагулятора [див Техн проект № 2772 виробництва дюксиду ю о> 9501 кремнію - аеросилу: Пояснююча записка. - Калуш ПКВ ВО "Хлорвініл", 1987. - стор. 17-19, 33, 47, 48]. Загальними суттєвими ознаками цього способу і способу, що заявляється, є охолодження продуктів високотемпературної реакції одержання високодисперсного діоксиду кремнію до вказаних температур, введення газодисперсного потоку в трубчастий коагулятор і витримування в ньому при збільшеній до 6-10м/с швидкості потоку на протязі заданого часу. До недоліків відомого способу слід віднести збільшення в 1,5-3 рази довжини трубиагломератора і в 2-9 раз його гідравлічного опору, що підвищує енергозатрати на проведення процесу, а також ускладнення установки за рахунок байпасних комунікацій для створення циркуляції газового потоку з метою підтримання його швидкості в коагуляторі на необхідному рівні. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб підвищення ефективності процесу коагулювання високодисперсного діоксиду кремнію без збільшення довжини коагуляційного трубопроводу і суттєвого росту його гідравлічного опору. Вказаний технічний результат при здійсненні способу,який заявляється, досягається тим, що для коагулювання високодисперсного діоксиду кремнію продукти високотемпературної реакції тетрахлориду кремнію охолоджують від 1270-1670 до 550-720 К, вводять їх в коагуляційний пристрій при швидкості потоку 2-10м/с, в якому витримують до коагулювання частинок продукту в агломерати з одночасним охолодженням газодисперсного потоку до 420-520 К. Спосіб відрізняється тим, що газодисперсний потік від 3 до 5 разів по довжині коагуляційного пристрою почергово розганяють до швидкості 20,0-40,0м/с, а потім уповільнюють до початкової швидкості (2-10м/с); переважно до 4-8м/с. Розгін потоку здійснюють за допомогою газоструминного пристрою - інжектора, використовуюючи стиснуте повітря. Сукупність вказаних суттєвих ознак, що заявляються, тобто охолодження продуктів реакції від 1270-1670 до 550-720 К, 3-5 разовий розгін газодисперсного потоку до швидкості 20,0-40,0м/с в інжекторах з допомогою стиснутого повітря з подальшим щоразовим зниженням швидкості потоку між зонами розгону газодисперсного потоку до 210м/с, переважно - до 4-8м/с, і охолодженням до 420-520 К, забезпечує досягнення необхідного технічного результату - підвищення ефективності процесу за рахунок одержання агломератів частинок діоксиду кремнію, розміром 5-20мкм, при значно меншій довжині коагуляційного трубопроводу і меншому для значної кількості випадків гідравлічному опорі процесу коагуляції продукту, підтверджуючи цим наявність причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю суттєвих ознак, що заявляються, і технічним результатом, який при цьому досягається. Декількаразове збільшення швидкості руху газодисперсного потоку в зоні інжекторів і, внаслідок цього, збільшення ймовірності зближення і зіткнення частинок продукту сприяє підвищенню ступеню коагулювання високодисперсного діоксиду кремнію, зменшенню осідання і налипання з коагульованих частинок на стінках трубопроводу та покращенню тепловіддачі від трубопроводу в навколишнє середовище, що, в свою чергу, також покращує процес коагулювання. При цьому час коагулювання зменшується в 2-3 рази, що дозволяє не тільки не збільшувати гідравлічний опір системи, а, навпаки, - в багатьох випадках зменшувати його. На кресленні наведено схему здійснення способу коагулювання в трубчастому коагулюючому пристрої, який складається із труби-коагулятора 1, розділеної на окремі однакові секції 2, та інжекторів 3, закріплених на вході кожної секції. Приклади виконання способу. Приклад 1. В результаті реакції в полум'яному факелі між 163,13кг/год тетрахлориду кремнію з 37,24кг/год перегрітої водяної пари при температурі 1340 К отримують 57,69кг/год високодисперсного діоксиду кремнію з розміром частинок 5-1 Онм та 334,40кг/год газових продуктів. Газодисперсну суміш охолоджують до 573 К і в кількості 536,6м3/год подають в трубу-коагулятор діаметром 0,2м, яка поділена на 4 секції по 8м довжиною кожна. На вході в кожну секцію газодисперсний потік за допомогою стиснутого повітря в інжекторах розганяють до 24,7-22,2м/с, після чого зразу за інжекторами витримується швидкість потоку, після першого - 5,0м/с і після останнього інжектора, в зв'язку з подальшим охолодженням газодисперсного потоку до 433 К і зменшенням величини газодисперсного потоку до 508,5м3/год, - 4,5м/с. Загальна витрата стиснутого повітря на 4 інжектори при цьому складала 64,5нм3/год, що дало можливість витримати час перебування в трубікоагуляторі біля 6,8 с і отримати агломерати продукту, розміром 5-20мкм. При осадженні їх в каскаді із трьох циклонів степінь відділення продукту становила 97 %. Описане вище в прикл. 1 виконання способу та інші приклади коагулювання високодисперсного діоксиду кремнію у відповідності зі способом, що заявляється, приведені в табл. 1, де для порівняння наведені також показники для відомих способів (прототипів для способу і пристрою). Таким чином, наведені в таблиці матеріали показують, що група корисних моделей, яка заявляється, має переваги над відомими винаходами і при здійсненні коагулювання в секціонованому трубопроводі, в якому декілька раз здійснено розгін газів і продукту до 20,0-40,0м/с з подальшим зменшенням швидкості до 2-10м/с (переважно 48м/с) дозволяє значно зменшити час процесу і, відповідно, - довжину труби-коагулятора, в значній кількості випадків знизити гідравлічний опір коагулятора, а також покращити ефективність процесу, за рахунок чого одержують агломерати більших розмірів і підвищують ступінь їх відокремлення в циклонах, тобто зменшують втрати продукту з газами. 9501 Таблиця 1 Умови і результати коагулювання високодисперсного діоксиду кремнію № прикладу 1 Швидкість потоку, м/с інжекторів 4 в трубі коагуляторі 3 5 в інжекторі 2 Час коагулювання, с Довжина труби Гідравлічний Ступінь коагулятора, м опір коагуля- відділення продукту, тора, Па в циклоні, % 6 7 8 Аналог (Калузький дослідно-експериментальний завод ін-ту хімії поверхні НАН України) 1 2,4 23,3 56 98,1 94,9 2 4,0 22,5 90 133,6 95,1 1 6,0 300,6 95,9 2 10,0 18,0 180 835,1 96,5 1 4,3-3,7 21,2-18,3 4 8,0 32 53,9 95,4 2 5,0-4,5 24,7-22,2 4 6,8 32 73,0 97,0 3(Ю) 6,0-5,6 29,6-27,6 4 5,5 32 111,4 97,3 4 8,1-7,8 40,0-38,5 4 4,1 32 206,7 97,5 5 8,3-8,1 41,0-40,0 4 3,9 32 222,7 97,5 6 9,0-8,9 44,4-44,0 4 3,6 32 265,3 96,8 7 6,0-5,6 44,5-44,1 4 5,5 32 111,3 96,8 8 6,0-5,6 29,6-27,6 2 2,4 16 55,7 94,3 9 6,0-5,6 29,6-27,6 3 4,1 24 83,6 96,6 10(3) 6,0-5,6 29,6-27,6 4 5,5 32 111,4 97,3 11 6,0-5,6 29,6-27,6 5 6.9 40 139,3 97,5 12 6,0-5,6 29,6-27,6 6 8,3 48 167,1 97,6 Прототип (фірма "Дегусса", Німеччина) 21,7 130 9501 Комп'ютерна верстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 26 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