Установка для одержання високодисперсних оксидів металів

1. Установка для одержання високодисперсних оксидів металів, що складається з пальників, реактора для проведення полум'яного гідролізу галогенідів або органогалогенідів цих металів, пристроїв для введення компонентів реакції в зону полум'я, теплообмінників для охолодження продуктів реакції, коагуляційного пристрою для укрупнення одержаних частинок оксидів металів, групи послідовно з'єднаних за ходом газового потоку циклонів для відділення цих оксидів від кислих газів та вивантажувальні пристрої під цими циклонами, яка відрізняється тим, що реактор, коагуляційний пристрій, теплообмінники і один із циклонів агрегатують в одне ціле в формі вертикального конічного циклона великого діаметра з кожухом для охолоджуючого агента на конічному корпусі, а на його конічній кришці паралельно до твірної конуса корпуса та під кутом 45-60° до горизонталі і рівновіддалено один від одного встановлюють пальники, патрубки введення продукту після його відділення від газового потоку в групі продуктових циклонів, патрубки для введення водяної пари та патрубки підсмоктування повітря, причому патрубок відведення утворених кислих газів з'єднують з першим апаратом із групи, що містить не менше двох продуктових циклонів, а для виведення одержаних оксидів металів використовують нижній патрубок установки, із якого продукт безпосередньо спрямовують на десорбцію з нього галогеніду водню. U 2 UA 1 3 3371 4 в агломерований продукт та пристрої для конічному корпусі. На конічній кришці такого цивідділення газового потоку від продукту [див. паклону паралельно до його твірної та під кутом 45тент № 2609487, кл. С01В 33/18 від 08.03.1976 p., 60° до горизонталі і рівновіддалено один від одноНімеччина]. го установлюють пальники, патрубки введення Загальними суттєвими ознаками відомого продукту після очистки газового потоку в гр упі технічного рішення і винаходу, що заявляється, є продуктових циклонів, патрубки для введення те, що установка містить пальники, реактор-топку, водяної пари та патрубки підсмоктування повітря. де при температурі понад 1000°С проходить проПатрубок відведення утворених кислих газів при цес гідролізу з одержанням високодисперсного цьому з'єднують з першим із групи продуктових діоксиду кремнію, для відділення якого від газовоциклонів, а для виведення одержаних оксидів го потоку використовують циклони. металів використовують нижній патрубок установДо недоліків відомого технічного рішення ки, із якого продукт безпосередньо направляють відноситься громіздкість установки, для якої нена десорбцію з нього галогенідів водню. Патрубок обхідна значна виробнича площа, а також велика відведення газів оснащують кожухом для охолодметалоємність та вартість обладнання. жуючого агента, в якості якого використовують Найбільш близькою за технічною суттю (проводу, а утворену при цьому пару частково направтотипом) до установки, що заявляється, є установляють в процес гідролізу парів галогенідів чи ка для одержання високодисперсного діоксиду органогалогенідів металів, яку вводять в установку кремнію, яка містить пальник для спалювання гочерез парові патрубки, розміщені на її конічній рючих газів з одержанням водяної пари, реактор кришці. Для регулювання продуктивності установдля проведення гідролізу пари галогенідів металів ки кількість пальників вибирають кратно більшою (фториду кремнію), трубоподібний теплообмінник або рівною кількістю продуктових циклонів, передля охолодження продуктів реакції і коагулювання важно парною. В плані установки пальники одержаних частинок оксиду металу в агломерати розміщують в один кільцевий ряд почергово з патта груп у продуктових циклонів для відділення прорубками введення продукту з цих циклонів, патдукту від газового потоку з пристроями для виверубками водяної пари та патрубками дення цього продукту з циклонів на подальшу обпідсмоктування повітря. Пристрої для введення робку [див. європейську заявку № 0054531, кл. реагентів та виведення одержаної водяної пари С01В 33/18 від 23.06.83 р. та японську заявку № виконуюють у вигляді окремих кільцевих колек62-1321 від 07.09.82 р. за патентом Швеції № торів із запірними органами на кожний пальник. 8008769 від 12.12.80 p.]. При цьому пальники, реПатрубки введення продукту з групи циклонів актор та теплообмінник агрегатовані в одне ціле. з'єднують окремими пневмотранспортними трубоЗагальними суттєвими ознаками відомого техпроводами до першого циклона, причому для винічного рішення з тим, що заявляється, є наявність ведення і пневмотранспортування відділеного в в установці для одержання оксидів металів агрегаагрегатованому корпусі і циклонах продукту викотованих в одне ціле пальників, реактора гідролізу, ристовують струминні інжектори, до сопел яких в теплообмінника для охолодження продуктів реакякості робочого агенту подають осушені азот або ції і коагулювання частинок, не менше трьох проповітря, нагріті до температури не нижче точки дуктови х циклонів та вивантажувальних пристроїв роси галогеніду водню. Відділений в другому ципід циклонами. клоні продукт транспортують на вхід першого циДо недоліків установки-прототипу слід клона. На конічній кришці циклоноподібного агревіднести складність обслуговування закритих гату монтують також, по крайній мірі, один люк з пальників, недостатню ефективність процесу коакришкою, що легко відкривається, який використогулювання в трубах теплообмінника при темперавують для періодичної продувки і чистки агрегату турі понад 700°С, а також неможливість оперативвід осаджених на його стінках оксидів. ної очистки теплообмінної поверхні від осадженого Агрегатування реактора гідролізу з пальникана ній продукту. ми, теплообмінниками, пристроєм для коагулюВ основу корисної моделі поставлено задачі, вання частинок оксиду металу та основним продуякі полягають в спрощенні конструкції установки та ктовим циклоном в одне ціле у вигляді великого регулювання її роботи, покращенні якості продукції циклону дозволяє спростити як саму установку, та зниженні енерговитрат на її одержання. так і її експлуатацію при різних режимах роботи, Вказаний у заявці технічний результат досягаоскільки зменшується кількість обладнання, що ється тим, що установка містить пальники, реактор обслуговується Продуктивність такої установки для гідролізу галогенідів металів водяною парою, легко регулювати шляхом збільшення або зменяка утворилася при згоранні в пальниках горючих шення кількості працюючих пальників невеликої газів, теплообмінник для охолодження продуктів потужності, які самі по собі простіші в експлуатації. реакції, пристрій для коагулювання частинок оксиНеобхідна площа теплообміну досягається за раду металу, груп у із кількох (не менше трьох) прохунок великих габаритів корпусу установки циклодуктови х циклонів для відділення продукту від ганоподібної форми та наявності кожуха на патрубзового потоку та вивантажувальні пристрої під кові відведення газового потоку. Вказана форма кожним із циклонів. корпусу установки сприяє інтенсифікації охолодУстановка відрізняється тим, що для її спроження продуктів реакції гідролізу і кращому щення реактор, коагуляційний пристрій, теплообоб'єднанню частинок одержаних оксидів в агломемінники і один із циклонів агрегатують в одне ціле рати, оскільки відцентровими силами гарячий аев формі вертикального конічного циклона великого родисперсний потік притискається до конічних діаметра з кожухом для охолоджуючого агента на стінок установки, де він інтенсивно віддає своє 5 3371 6 тепло через стінки охолоджуючому агентові рубком 17 від зони введення води з патрубком 16. (повітрю). Рухаючись в тонкому шарі вздовж Патрубок 14 з'єднаний трубопроводом з групою не стінок, частинки з більшою ймовірністю стикаються менше двох продуктових циклонів 19(1, 2), під зі стінками і одна з одною, що пришвидшує їх коаякими встановлені струминні інжектори 20. Анагулювання, сприяє їх відсадженню з газового потологічний інжектор 20 встановлено під патрубком ку і виведенню через нижній патрубок установки 21 корпусу 1. Для введення реагентів установка без руйнування їх фрактальної структури, що дуже агрегатована з кільцевими колекторами: 22 – для важливо для збереження і покращення якості прогорючого газу ; 23 - для парів сполук металів; 24 дукту. Агрегатування більшості обладнання устадля осушеного повітря; 25 - для водяної пари. Ці новки в один апарат дозволяє зменшити загальну колектори з допомогою відповідних патрубків і площу, яка контактує з агресивними газоподібними запірних органів з'єднані з пальниками 10, патрубатомарними галогенідами та галогенідами водню, ками 12 та технологічними комунікаціями а це сприяє зменшенню переходу продуктів корозії підведення реагентів процесу гідролізу. На кришіз стінок обладнання в отримувану продукцію. ках 7 та 8 передбачено один або декілька люків 27 Відведення частини теплового потоку від продуктів для нагляду за роботою установки та для її реакції з допомогою випаровування води в кожусі періодичної продувки і чистки корпусу 1. на патрубкові, через який виводиться газовий потік Працює установка наступним чином. з циклоноподібного корпуса, дозволяє зменшити В пальники 10, установлені на кришці 7 енерговитрати на одержання пірогенних оксидів, конічного циклоноподібного корпусу 1 установки, із оскільки утворену водяну пару можна частово виколектора 24 подають осушене повітря, а через користовувати для гідролізу парів галогенідів або патрубок 5 в зазор 4 між стінкою 3 і кожухом 2 органогалогенідів металів, зменшуючи таким чинагнітають охолоджуюче атмосферне повітря. Із ном витрату горючих газів, частково направляти колектора 22 на манжети 26 пальників 10 почергоцю водяну пару на десорбцію галогеніду водню з во подають горючий газ і підпалюють факели. При одержаного оксиду металу, а частково використодосягненні стабільного горіння із колектора 22 тавувати для інших технологічних потреб, наприклад кож почергово подають основний потік горючого для нагрівання повітря, азоту, чи випаровування газу в камери змішування пальників 10. Регулююрідких сполук металів, які використовуються в чи витрати повітря із колектора 24 і горючого газу якості сировини для одержання пірогенних окіз колектора 22 виводять пальники 10 на робочий сидів. режим, добиваючись необхідного розігріву робочої Таким чином, сукупність вказаних суттєви х озреакційної зони 9. Після цього, через патрубок 16 в нак, що заявляються, забезпечує досягнення покожух 15 подають воду на охоложення вивідного ставлених задач, тобто спрощення установки та її патрубка 14 утворюваних газів. Зона введення експлуатації, покращення якості продукції і зниводи в кожух 15 відділена від парової зони ження енерговитрат на її одержання. відкритим знизу розділяючим циліндром 18. Це На Фіг. 1 наведено загальний вид установки. виключає термоудар на конструкційний матеріал На Фіг. 2 показано вид зверху зі знятими копатрубка 14, захищає його від переохолодження лекторами обслуговування агрегату. нижче точки роси галогеніду водню і забезпечує На Фіг. 3 показано вид збоку на один із пальрівномірне випаровування води в кожусі 15 без ників, що уточнює спосіб його установки на агрестворення умов для гідроударів в ньому. Утворюгаті. вана пара виводиться із кожуха 15 через патрубок Установка для одержання пірогенних оксидів 17 в колектор водяної пари 25. Після досягнення металів із галогенідів або органогалогенідів цих на виході із циклона 19(2) температури вище точки металів чи металоїдів містить агрегат, який склароси галогеніду водню на пальники 10 із колектора дається із корпусу 1, виконаного в формі вертика23 подають пари галогенідів або органогалогенідів льного конічного циклона великого діаметра з кутих металів, оксид якого необхідно одержувати. том розкриття при вершині конуса 2α. На цій Після стабілізації полум'я факелів із пальників 10 частині корпусу 1 передбачено кожух 2, який зі виставляють необхідні витрати реагентів: пари стінкою 3 корпуса утворює зазор 4. Кожух 2 оснагалогеніду металу, осушеного повітря, горючого щено вхідним 5 і вивідним 6 патрубками. До осногазу в камеру змішування пальників 10 і їх манжеви конічного корпусу 1 прилягає конічна 7 і плоска ти 26 для створення огортаючого шару навколо 8 кришки, які разом з корпусом утворюють робочу факелу та підтримування безперервного горіння зону 9 реактора гідролізу установки. На конічній полум'я. В процесі спалювання горючого газу або кришці 7 тангенсіально до корпусу 1, тобто парагалогеніду металу утворюється нагріта до 1000лельно до твірної конуса корпусу 1 (під кутом а) в 1400°С водяна пара, яка використовується для одній площині та під кутом 45-60° до горизонталі в гідролізу галогеніду металу з утворенням високоіншій, на рівній відстані один від одного в один дисперсних частинок відповідного пірогенного оккільцевий ряд розміщені пальники 10, продуктові сиду цього металу та газоподібного галогеніду патрубки 11, патрубки пари 12 та патрубки 13 для водню, а також деякої кількості галогену. Реакція регулювання витрати підсмоктуваного повітря. гідролізу галогеніду металу відбувається безпосеКількість пальників 10 парна і не менше двох. На редньо в полум'яному факелі, розміщеному в реплоскій кришці 8 по осі корпусу установлено патакційній зоні 9 корпусу 1. Полум'я від пальників рубок 14 для відведення утворених газів, оснащеспрямоване паралельно твірній конуса корпусу 1 і ний кожухом 15 з патрубками 16 і 17. Коаксіальне під кутом 45-60° до горизонталі, що створює гвиндо патрубка 14 і кожуха 15 встановлено топодібний рух продуктів реакції вздовж стінки 3 розділяючий циліндр 18, який відділяє зону з паткорпусу 1 установки. Аналогічно заведені потоки 7 3371 8 водяної пари, відділених в циклонах 19(1, 2) час14, охолоджені до температури 150-200°С, постутинок і підсмоктуваного через патрубки 13 повітря. пають в циклони 19(1, 2). При нормальній роботі ці При русі вздовж стінки 3 ці потоки змішуються з циклони забезпечують практично 100%-не продуктами реакції гідролізу і загальна температувідділення частинок оксиду металу від газового ра аеродисперсної суміші зменшується до 650потоку. Відділений продукт забирається струмин750°С. При цьому основний потік тепла ними інжекторами 20 і з допомогою стиснутого відводиться через стінку 3 до охолоджуючого повітря або азоту через патрубки 11 вводиться в повітря, яке рухається в проміжку 4 між кожухом 2 реакційну зону 9 корпуса 1 агрегата установки. та стінкою корпусу 1. Відпрацьоване охолоджуюче Підвищена концентрація частинок в аеродисперсповітря виводиться через патрубок 6 і скидається ному потоці сприяє кращому коагулюванню пров атмосферу. Надлишок тепла реакції відводиться дукту та помагає охолодити реакційну суміш, з на випаровування води в кожусі 15, який захищає якою він змішується, оскільки температура цього патрубок 14 від перегріву. Частина утвореної пари потоку не перевищує 200°С. Підтримувати нечерез колектор 25 і патрубки 12 подається в прообхідну температуру в реакційній зоні та забезпецес гідролізу, що дозволяє економити горючий газ чувати повноту реакції гідролізу можна також шляі зменшувати теплове навантаження на установку. хом регулювання витрати підсмоктуваного через Частину пари можна використовувати для депатрубки 13 атмосферного повітря. Кислі гази із сорбції галогеніду водню із одержаного продукту. циклона 19(2) направляють на очистку від галогеПри гвинтовому русі аеродисперсної суміші ну і галогеніду водню, після чого скидаються в атвздовж стінки 3 виникають відцентрові сили, за мосферу. Кількість циклонів 19 не менше двох і допомогою яких здійснюється відділення частинок переважно парна та кратна, але менша від одержаного оксиду металу від газів. Частинки при кількості пальників 10. Кількістю та продуктивністю русі до вивідного патрубка 21 коагулюють в пухкі працюючих пальників 10, які рівновіддалено устаагломерати, що покращує їх відділення від газовоновлені на агрегаті і яких повинно бути не менше го потоку, який через патрубок 14 виводиться на двох, регулюють продуктивність установки в догруп у продуктових циклонів 19(1, 2). Відділений сить широких межах. Періодично через люки 27 агломерований пірогенний оксид металу через роблять продувку та чистку стисненим повітрям патрубок 21 виводиться на струминний інжектор або азотом стінки З корпусу 1 установки від осад20 і з допомогою стисненого повітря або азоту женого на ній продукту. Через ці люки також натранспортується в аппарат для десорбції із нього глядають за факелами пальників 10. галогеніду водню. Кислі запилені гази із патрубка 9 3371 10 11 Комп’ютерна в ерстка М. Клюкін 3371 Підписне 12 Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601