Спосіб та реактор для здійснення газофазних хімічних процесів аерозольним нанокаталізом
Номер патенту: 64390
Опубліковано: 17.07.2006
Автори: Попова Любов Василівна, Глікіна Ірина Маратівна, Прінь Олена Маратівна, Глікін Марат Аронович
Формула / Реферат
Завдання винаходу полягає у створенні способу формування зносостійкої поверхні металевих виробів, який створює умови для зниження твердості мікронерівностей зміцнених зон зовнішньої поверхні виробу і можливості зменшення зазначених мікронерівностей і, таким чином, сприяє зниженню часу припрацювання виробу з контртілом і зменшенню зносу останнього.
Для цього, згідно зі способом формування зносостійкої поверхні металевих виробів, що заснований на дискретній електроіскровій обробці зовнішньої поверхні виробів шляхом нанесення на неї покрипя з легуючих матеріалів у вигляді пагорбків або валиків впроваджених на визначену глибину в матрицю виробу з утворенням зазначених зон і шліфування виробу, визначають висоту мікронерівностей зміцнених зон після шліфування і виконують додаткову електроіскрову обробку поверхні при режимах, що забезпечують поверхневий відпуск зміцнених зон до твердості HRc=30-40 одиниць і глибини, величина якої задовольняє співвідношенню: , де
- глибина відпуску, a
- висота мікронерівностей зміцнених зон.
Текст
1. Спосіб здійснення газофазних хімічних процесів аерозольним нанокаталізом у реакторі у присутності інертного матеріалу і гетерогенного каталізатора в аерозольному стані з еквівалентним діаметром часток не більше 10 мкм, який відрізняється тим, що реактор або тільки частки інертного матеріалу та гетерогенного каталізатора з концентрацією в зоні реакції, що дорівнює від 5,2·10-4 до 7,01·10-3 г/м3 пропущеної парогазової C2 2 (13) 1 3 64390 4 1-15г/м3 парогазової суміші при нормальних умості інертного матеріалу і гетерогенного каталізатовах, з еквівалентним діаметром часток каталізатору в аерозольному стані з еквівалентним діаметру не більше 10мкм [патент України №19014, МКВ ром часток не більше 10мкм, згідно з винаходом, B01J8/08, заявл. 23.04.93, опубл. 27.12.97, протореактор або тільки частки інертного матеріалу та тип]. гетерогенного каталізатору з концентрацією в зоні -4 -3 Недоліками відомого способу являються: реакції рівній від 5,2*10 до 7,01*10 г/м пропуще- необхідність рециркуляції каталізатору; ної парогазової суміші піддають впливу пружних - жорсткий зв'язок, характерний для псевдозколивань з частотою 33-400 коливань за хвилину і рідженого шару, між діаметром та щільністю часамплітудою 10-20мм з енергією співударів ток інертного матеріалу та лінійною швидкістю інертних часток рівною 1,4*10-5Дж. Розмір частки робочої суміші, що не дозволяє істотно змінювати каталізатору знаходиться в межах від 10-9 до 108 час перебування реагентів у зоні реакції; м. Маса інертної частки до 1015 разів перевищує - активність та дисперсний склад каталізатору, масу частки каталізатору. Міцність та стираємість які забезпечуються шляхом некерованої, хаотичінертних часток вище ніж у каталізатора. ної взаємодії з ефективністю порядку 10% часток В реакторі для здійснення газофазних хімічних інертного матеріалу та каталізатору, що рухаютьпроцесів аерозольним нанокаталізом, який містить ся; циліндричний корпус з вхідним і вихідним патрубнеобхідність подолання опору ками для реагентів та продуктів реакції, люк для псевдозрідженого шару. вводу гетерогенного каталізатору і інертного маНайбільш близьким технічним рішенням притеріалу, поставлена задача вирішується тим, що строю являється реакторний блок, який закінчення патрубків знаходяться всередині віброскладається з реактора та системи циркуляції зрідженого шару, а на кінцях патрубків встановлені каталізатору: реактор-циклон-фільтр-дозатор газорозподільники-фільтри (сітки), поверхня яких каталізатору-реактор. Реактор виглядає як розташована співвісно напрямку руху інертних циліндричний апарат в нижній частині якого значасток і гетерогенного каталізатору. ходиться непровальна газорозподільна решітка і Дослідження показали, що активність каталінижче її додатковий об'єм, який забезпечує затору, яка визначається зміною швидкості реакції, рівномірний розподіл більшого потоку одного з зростає від 2,52 до 8000г/м3 реакційного об'єму, у реагентів по перетину розподільчої решітки та порівнянні з прототипом. Це досягається шляхом реактору. В зоні псевдозрідженого шару безперервної взаємодії віброзрідженого шару інерозташовані жорстко зафіксовані горизонтальні ртних часток з одним і тим же об'ємом гетерогенрозподільчі пристрої для подачі інших реагентів. ного каталізатору під впливом пружних коливань Продукти реакції і каталізатор відводять зверху на реактор або тільки на частки інертного матеріареактора та направляють в циклон, а потім у лу і гетерогенного каталізатору. Діапазон частоти фільтр для відділення часток каталізатору від коливань від 33 до 400 коливань за хвилину продуктів реакції. Каталізатор повертається в редозволяє управляти та оптимізувати інтенсивність актор. ["Хімічна промисловість України", №1-2, взаємодії інертних часток і гетерогенного 2000, стор. 80-88]. каталізатору. Особливістю запропонованого проНедоліком відомого пристрою являється цесу являється безперервна і тривала наявність складного газорозподільного пристрою, механохімактивація каталітичне активного через яке вводять один з реагентів, який матеріалу в аерозольному стані за рахунок забезпечує рівномірне псевдозрідження інертних ударної взаємодії інертних часток по часткам гетечасток по усьому перетину апарату, необхідність рогенного каталізатору безпосередньо в зоні додаткових патрубків та газорозподільних реакції. Це приводить до деяких принципових пристроїв по вводу інших реагентів, розташованих відмінностей з прототипом. В умовах прототипу перпендикулярно напрямку руху реагентів та концентрація каталізатору в розрахунку на об'єм інертного матеріалу і складність їх фіксації із-за реактору і на об'єм пропущеної реакційної суміші великих динамічних навантажень, а також складна рівні, так як каталізатор постійно вводиться і вивогроміздка і недостатньо точна система забезпедиться з реактора. В умовах запропонованого вичення каталізатором зони реакції. находу в реактор попередньо вноситься певна В основу винаходу поставлена задача ствокількість каталізатору і постійно вводяться реагенрення такого способу та реактору для здійснення ти. При цьому каталізатор постійно підлягає газофазних хімічних процесів аерозольним наномеханічному впливу віброзрідженого інертного каталізом, в якому завдяки створенню направлематеріалу. Каталізатор диспергується, виникають ної взаємодії інертних часток і гетерогенного катадефекти структури і змінюються якості його лізатору, що складається тільки з часток поверхні, які визначають його активність. Усе це каталітичне активної речовини або речовин, які приводе до значного зменшення концентрації знаходяться в аерозольному стані, вводу реагенкаталізатору і становить від 5,2*10-4 до 7,01*103 тів і виводу продуктів реакції через патрубки, які г/м3 пропущеної реакційної суміші. Оптимальним закінчуються газорозподільниками-фільтрами (сітявляється відношення маси частки каталізатора ками), і знаходяться у віброзрідженому шарі, досядо маси частки інертного матеріалу порядку 1:1015, гають підвищення активності каталізатору і спрощо забезпечує при співударах необхідну енергію щення технології. впливу на каталізатор. Матеріал інертних часток Поставлена задача вирішується тим, що в вибирають таким чином, щоб його міцність була способі здійснення газофазних хімічних процесів значно вище, ніж у каталітичне активного аерозольним нанокаталізом в реакторі у присутноматеріалу, завдяки чому інертні частки практично 5 64390 6 не зношуються на протязі кількох років, а для вводу і виводу інертного матеріалу та гетерокаталітичне активний матеріал діспергується до генного каталізатору. Закінчення патрубківнанорозмірів, що забезпечує зріст поверхні конгазорозподільників 2, 3 знаходяться всередині такту з реагентами і збільшує активність віброзрідженого шару, на кінцях яких встановлені каталізатору. Завдяки постійному перебуванню фільтри (сітки) 6. Всередині реактора встановлеаерозолю каталізатору в зоні реакції, значно ний вібропристрій 7. Перш ніж подавати реагенти у збільшується питома нагрузка по сировині в перереактор вводять каталітичну систему, вмикають рахунку на масу каталізатору та відповідно вібропристрій. Каталітичну систему нагрівають до зменшується потреба в ньому. необхідної температури. Реагенти вводять знизу В реакторі створюється газодинамічний реабо зверху крізь патрубки 2, 3, на кінцях яких жим, наближений до ідеального змішування по встановлені фільтри (сітки) 6, завдяки яким твердій фазі. В запропонованому реакторі можликаталізатор не виноситься з зони реакції та во досліджувати та здійснювати промислове виспільно з вібрацією здійснюється газорозподіл робництво з реагентами рідкого вихідного агрегатвхідних та вихідних потоків. ного стану. Конструкція реактору, у порівнянні з Лабораторний реактор для дослідження прототипом, спрощується. Завдяки співвісному кінетики працює наступним чином. розташуванню патрубків вводу та виводу Реактор ретельно продувають, при потребі реагентів, які співпадають з напрямком руху промивають розчинником. Потім в нього завантаінертних часток і гетерогенного каталізатору, рожують інертний матеріал і необхідну наважку боча поверхня газорозподільників-фільтрів (сіток), каталізатору. Закривають люк, монтують в трубчапостійно очищується від часток каталізатору, ту піч, з'єднують з вібропристроєм і системою інертними частками, які рухаються співвісно. комунікацій. Перевіряють герметичність системи. Наявність фільтрів (сіток) виключає винос Потім вмикають піч і розігрівають реактор до каталізатору з зони реакції і необхідність викоризаданої температури. В реактор подають стання додаткового обладнання: циклонів та газоподібний реагент - повітря і вмикають фільтрів. Рух шару інертних часток за рахунок вібропристрій. В залежності від стану фільтру, зовнішнього впливу практично виключає опір шару який установлено на лінії продуктів реакції, коні втрати тиску при проходженні матеріальних тролюють роботу фільтру вмонтованого в реактор. потоків крізь реактор. У випадку виносу каталізатору з зони реакції Запропонований спосіб здійснюють наступним дослід припиняють і усувають причину. чином. Якщо прийняти, у відповідності з дослідом, що В реактор завантажують інертний матеріал та винесення каталізатору складає не більш 2% за гетерогенний каталізатор. Вмикають вібропристрій добу, то каталізатор, що розміщений в реакторі і не менш 0,5 години готують каталітичну систему. працює на протязі 50 діб. У промисловості винеПеред пуском каталітичну систему нагрівають до сення каталізатору компенсується періодичним робочої температури за допомогою додаткового вводом додаткового каталізатору. При цьому за 50 пускового підігрівача. Підігрів здійснюють продувдіб витрати каталізатора стануть вдвічі більше та кою реактору повітрям, речовинами згоряння або складуть: 2*5,2* 10-4 до 7,01*10-3г/м3 пропущеної інертним газом, або постачанням теплової енергії реакційної суміші. крізь вмонтований в віброшар теплообмінник. РеаПриклад 1 (порівняльний). генти окремими потоками або в суміші безпереПриродний газ окислюють киснем повітря в рвно подають в нижню або верхню частину реакреакторі проточного типу з внутрішнім діаметром тору крізь спеціальні патрубки-газорозподільники, 0,05м і висотою 1,2м початковий розігрів якого які закінчуються всередині апарату фільтрами забезпечують електрообігрівачем. Повітря, яке (сітками). Реагенти проходять каталітичну систеявляється псевдозрідженим агентом твердого му: віброзріджений шар інертного матеріалу і геінертного матеріалу, подають в нижню зону реактерогенного каталізатору. При цьому протікає тору. Об'єм псевдозрідженого інертного матеріалу, хімічна взаємодія. Час перебування реагенту в в якості якого використовують скляні шарики віброшарі визначається кінетикою конкретного діаметром 0,7-1,0мм складає 1000см3. Природний процесу і при необхідності легко змінюється в шигаз подають в нижню зону реактора. Проточним роких межах. Продукти реакції виводять крізь компонентом являється каталізатор глибокого спеціальні патрубки, сконструйовані відповідно окислення, в якості якого використовують метали описаному раніше, але точка їх відбору розташоперехідної групи її оксиди та сполучення. вана вище по ходу газу. Продукти реакції направКаталізатор подають у нижню частину реактору, а ляють на утилізацію тепла і далі на виділення виводять з верхньої і повертають на початок процільових продуктів. цесу, окислення ведуть при температурі 600°С. Для здійснення запропонованого способу розКонцентрацію каталізатора в зоні реакції визначароблений реактор, технічна сутність і принцип роють по запиленню відхідних газів безпосередньо боти якого пояснюються фігурою на якій показані: після реактору. 1 - реактор; 2 - патрубок вводу; 3 - патрубок вивоПриклади 8 і 12 проводять в умовах прототипу ду; 4, 5 - люки для вводу і виводу каталітичної сисна установці з псевдозрідженим шаром інертного теми; 6 - фільтруючий елемент; 7 - вібропристрій. матеріалу. Каталізатор вводять в нижню частину Реактор 1 являє собою циліндричний апарат з апарату і виводять зверху. Діаметр реактора вхідним та вихідним патрубками 2, 3 для реагентів 50мм, висота 1,2м. і продуктів реакції (кількість патрубків визначаєтьРезультати досліджень наведені в таблиці. ся запасом тиску на вході в реактор), люками 4, 5 Приклади 2-7 7 64390 8 Окислення природного газу проводять киснем стикою являється частота і амплітуда коливань. повітря в реакторі з реакційним об'ємом 38мл, Наведені приклади підтверджують, що вмонтованим в трубчату піч. Діаметр реактора здійснення процесу запропонованим способом в 34мм, висота 40мм. Витрати повітря складають запропонованому реакторі дозволяє значно знизи97,6г/год. Інертний матеріал для створення ти витрати каталізатору на одиницю віброзрідженого шару займає 70% насипного переробляємого продукту за рахунок збільшення об'єму реактора. В якості каталізатору окислення активності гетерогенного каталізатору при використовують вихідні частини оксиду заліза 400зберіганні оптимального ступеня перетворення 2000нм. Каталізатор завантажують в реактор череагуючих речовин. рез люк разом з твердим інертним матеріалом. У Приклади 2-4, 9-11 і 13-14 показують, що виприкладах 2-4 використовують в якості інертного користання віброреактора приводять до значного матеріалу скляні шарики діаметром 1-1,3мм, росту продуктивності по сировині у перерахунку на реакцію проводять при температурі 600°С і частоті масу каталізатора (стовпчик 10) у порівнянні з даколивань 150 коливань за хвилину при змінюванні ними прототипу. В прототипі каталізатор значний амплітуди коливань в межах 10-20мм. У прикладах час знаходиться у зовнішньому транспортному 5-7 використовують в якості інертного матеріалу циклі: вихід з зони реакції-циклон-фільтр-дозаторкварцевий пісок діаметром частинок 1-2мм, реаквхід в зону реакції. В наведених прикладах тор розігрівають до температури 700°С і швидкість реакції у порівнянні з прототипом досліджують інтервал коливань 66-168 коливань зростає від 2,52 до 8000 разів, що пояснюється за хвилину при амплітуді коливань 10мм. Об безперервністю механохімактивації каталізатора у ефективності хімічного перетворення судять по зоні реакції. підтримці у вихідних газах ді- і моно- оксидів вугПриклади 2-4 показують, що при постійному лецю. Внаслідок цих даних розраховують числі коливань ріст їх амплітуди в межах 10-20мм швидкість хімічних реакцій. Відбір продуктів реакції приводить до зростання продуктивності, швидкості здійснюють крізь верхній штуцер реактору. Склад реакції і скороченню майже в 2000 раз потреби в їх визначають на сенсорному аналізаторі безперекаталізаторі і більш чим в 3,5 разів об'єму реакційрвного контролю MSI-150 Basic. Результати ної зони. Зниження останніх двох показників (стодосліджень наведені в таблиці. впчики 12, 13) приводить до зниження Приклади 9-14 експлуатаційних витрат і капітальних вкладень. Це Окислення оцтової кислоти і 1,2-дихлоретану пояснюється підвищенням ефективності активації проводять киснем повітря. Для проведення процекаталізатора у порівнянні з прототипом у 2,52 расу використовують реактор, вмонтований в трубзи. чату піч, реакційним об'ємом 8мл. Діаметр реактоУ прикладах 5-7 в якості інертного матеріалу ра - 20мм, висота -25мм. Витрати повітря використовують кварцевий пісок довільної форми. 18,8г/год. Частота коливань 33-400 коливань за Продуктивність і швидкість реакції знижуються хвилину, амплітуда коливань - 15мм. Інертний незважаючи на зріст температури з 600°С до матеріал для створення віброзрідженого шару 700°С. Це пояснюється зменшенням інтенсивності (скляні шарики діаметром 1-1,3 мм) складає 70% активації за рахунок неправильної форми насипного об'єму. Окислювальну речовину подаінертного матеріалу. Найкращі показники в цій ють крізь нижній патрубок в реактор. В якості серії має приклад 5 з найменшим числом коликаталізатору окислення використовують частинки вань. оксиду заліза для прикладів 9-12 і оксиду міді для Оцтова кислота в умовах прототипу багатораприкладів 13-14, з початковим розміром 400-2000 зово досліджувалась. Продуктивність і швидкість нм. Каталізатор завантажують в реактор крізь люк реакції зростає в 554 рази, а необхідний об'єм реразом з твердим інертним матеріалом. Реактор актору знижується на цю же величину, потреба в розігрівають до температури 600 С, а для каталізаторі знижується в 11000 разів, приклади 9прикладів 13-14 до 580°С, подають повітря і вми11. кають вібропристрій. Відбір продуктів реакції В прикладах 12-14 у порівнянні з прототипом здійснюють крізь верхній штуцер реактору. Об об'єм реактора знижується майже в 8000 разів, а ефективності хімічного перетворення судять по концентрація каталізатора зменшується в 34400 вмісту у відхідних газах ді- і моно- оксидів вуглецю раз. для прикладів 9-12 і діоксиду вуглецю, хлористого В сучасних промислових реакторах водню і хлору для прикладів 13-14. Склад концентрація каталітичне активного компоненту продуктів реакції визначають тетраметричним медосягає 200-400кг/м3 реакційного об'єму. Таким тодом, на хроматографі "Цвіт" і на сенсорному чином аерозольний каталіз в віброреакторі аналізаторі безперервного контролю MSI-150 Baдозволяє знизити потребу в каталізаторі при одноsic. Результати досліджень наведені в таблиці. часному підвищенні швидкості реакції. Результати досліджень показали, що об'єм На підставі вищесказаного можливо зробити реактора не впливає на активність каталізатору, висновок, що запропоноване технічне рішення основною специфічною для даного технологічного являється новим, має технічний рівень і являється і апаратурного оформлення процесу характерипромислове придатним. 9 64390 10 Таблиця Витрати Продуктивність Зниження потреби по окислювальній Швидкість речовині на РечоКонцернконцентрації об'єму реакції № Окислюповітря маса витрати частота амплітуда 3 м /год вини трація каталізатору реакторру прик- вальна Примітка реакційного лада речовина об'єму коливань 3 3 г/год г/год г г/год г/нм р.сум. за хвимм кг/гкат г/м р.об*с раз лину 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 53 3884 3,1 1,0 26,5 7,5 1,0 1,0 прототип -5 -4 6 2 2,93 97,6 0,05 4*10 5,2* 10 150 10 1,81*10 18,92 1923 2,52 -5 -4 6 3 3,64 97,6 0,05 4*10 5,2* 10 150 15 2,24*10 23,45 1923 3,12 -5 -4 6 4 Природний 4,32 97,6 0,05 4*10 5,1* 10 150 20 2,65*10 27,77 1961 3,7 газ (CH49,2* 10 -3 6 5 4,46 97,6 0,11 1,2*10 66 10 1,04*10 26,51 5 94,26%) 9,2* 10 -3 6 6 4,46 97,6 0,11 1,2*10 144 10 1,01*10 25,84 5 7 4,46 0,41 8 9 10 11 12 13 14 Оцтова кислота Діхлоретан 97,6 4078 Каталізатор 0,11 9,2*10 -5 52 1,2*10 Коливання -3 -3 0,93 0,88 0,94 18,8 0,031 2,6*10 1,7*10 -5 -3 18,8 0,033 2,8*10 1,8*10 -5 -3 18,8 0,027 2,3*10 1,5*10 0,02 4795 4,34 3,71 77,78 -5 18,8 1,01*10 6 0,21 0,058 6 25,89 1,0 1,0 9706 9167 11000 387,8 434 554 1,0 1,0 300 120 33 15 15 15 1,21*10 6 1,27*10 6 1,98*10 22,49 25,17 32,13 21,0 0,011 3,13*10 -3 0,06 5*10 7,01*10 -5 -4 0,006 5*10 6,1*10 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 10 16,5 -5 168 5 400 15 4,67*10 6 4,92*10 Підписне 23,43 24,68 -3 2996 34426 в умовах прототипу 3 7,5*10 3 7,9*10 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 в умовах прототипу
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod and reactor for performance of gas-phase chemical processes by aerosol nanocatalysis
Автори англійськоюHlikin Marat Aronovych, Hlikina Iryna Marativna, Prin Olena Marativna
Назва патенту російськоюСпособ и реактор для осуществления газофазных химических процессов аэрозольным нанокатализатором
Автори російськоюГликин Марат Аронович, Гликина Ирина Маратовна, Принь Елена Маратовна
МПК / Мітки
МПК: B01J 8/18
Мітки: нанокаталізом, здійснення, спосіб, реактор, процесів, газофазних, аерозольним, хімічних
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/6-64390-sposib-ta-reaktor-dlya-zdijjsnennya-gazofaznikh-khimichnikh-procesiv-aerozolnim-nanokatalizom.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб та реактор для здійснення газофазних хімічних процесів аерозольним нанокаталізом</a>
Попередній патент: Застосування інгібітора рецептора прогестерону для лікування стероїдрезистентного раку молочної залози
Наступний патент: Лемішно-барабанний сепаратор грунту
Випадковий патент: Спосіб дезодорації олій та жирів