Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к способу получения неорганических соединений и может быть использовано в химической и машиностроительной отраслях промышленности. Новым в способе получения тугоплавких неорганических соединений в режиме горения является то, что готовят по крайней мере две исходные смеси, загрузку их в реактор ведут одновременно и раздельно, причем в процессе загрузки указанные смеси подают на боковые поверхности валков реактора, затем нагревают их до температуры, обеспечивающей расположение фронтов горения на постоянном расстоянии от точек подачи смесей, после чего последние подают в зоны горения, расположенные также на боковых поверхностях валков, при этом линейные скорости подачи смесей в зоны горения определяют из условия, формула которого приведена в описании. На продукты горения воздействуют одним из валков с усилием 10 - 1000 кг/см2. Готовый продукт - cложный титановольфрамовый карбид, порошок состоит из однородных частиц, выход 99%. 1 ил., 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2069175
Класс(ы) патента: C01B31/30
Номер заявки: 4936996/26
Дата подачи заявки: 16.05.1991
Дата публикации: 20.11.1996
Заявитель(и): Институт структурной макрокинетики РАН
Автор(ы): Мержанов А.Г.; Боровинская И.П.; Копыт Ю.И.; Ратников В.И.; Шкадинский К.Г.; Симонов А.М.; Озерковская Н.И.; Исмайлов Ф.Ф.
Патентообладатель(и): Институт структурной макрокинетики РАН
Описание изобретения: Изобретение относится к способу получения неорганических соединений и может быть использовано в химической и машиностроительной промышленности.
Известен способ получения тугоплавких неорганических соединений локальным воспламенением реакционной смеси, содержащей металлы III-IV и неметаллы III-IV групп, в замкнутом объеме с последующим высокотемпературным реагированием в режиме горения [1]
Недостатками данного способа являются его цикличность и неоднородность по дисперсному составу получаемого соединения.
Наиболее близким к изобретению является способ получения тугоплавких неорганических соединений в режиме горения путем непрерывной подачи исходной экзотермической смеси в зону горения реактора и ее термообработки в указанном режиме с последующим непрерывным отводом полученного соединения [2]
Недостатком известного способа является невысокий выход целевого продукта и его неоднородность по фазовому составу из-за нестабильности условий горения, что затрудняет его применение для получения твердых сплавов. Измельчение этих порошков практически трудноосуществимо из-за высокой абразивной способности их.
Целью изобретения является повышение выхода целевого продукта и улучшение его фракционного состава за счет повышения стабильности условий горения.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения тугоплавких неорганических соединений в режиме горения, включающем приготовление исходных смесей компонентов, составляющих соединение, непрерывную загрузку указанной смеси в реактор, подачу ее в зону горения и термообработку в названном режиме с последующей непрерывной выгрузкой полученного соединения, согласно изобретению готовят по крайней мере две исходные смеси, загрузку их в реактор ведут одновременно и раздельно, причем в процессе загрузки указанные смеси подают на боковые поверхности валков реактора, затем нагревают их до температуры, обеспечивающей расположение фронтов горения на постоянном расстоянии от точек подачи смесей, после чего последние подают в зоны горения, расположенные также на боковых поверхностях валков, при этом линейные скорости подачи смесей в зоны горения определяют из условия
V°1,2...n< V1.2...n<V>m1,2...n (I)
где V°1.2...n линейные скорости адиабатического горения исходных смесей при нормальных условиях, см/с,
V1.2...n линейные скорости подачи исходных смесей в зоны горения, см/с,
Vm1.2...n максимально допустимые линейные скорости подачи исходных смесей в зоны горения, определяемые как ближайший к V°1,2..n корень уравнения

где
,
,
,
F функция переменных ,
β функция переменных ,
Tг1,2...n температуры горения исходных смесей, K,
V безразмерная скорость,
То температура окружающей среды, K,
R универсальная газовая постоянная, кал/мол·K,
Q1,2...n теплотворные способности исходных смесей, кал/г,
C1,2...n теплоемкости исходных смесей, кал/г K,
ρ1,2...n плотности исходных смесей, г/см3,
Е1,2...n энергии активации экзотермического химического превращения исходных смесей, кал/моль,
коэффициенты теплопотерь боковых поверхностей валков реактора, кал/см·c·K,
α1,2...n коэффициенты теплообмена между исходными смесями и боковыми поверхностями валков реактора, кал/см2·c·K,
κ1,2...n расстояние между точками подачи исходных смесей на боковые поверхности валков и выгрузки соединения, см.
Адиабатические линейные скорости горения исходных смесей при нормальных условиях вычисляют по скорости Зельдовича для начальной температуры То

где Kо предэкспонент, 1/с,
λ1,2..n коэффициенты теплопроводности смесей, кал/см·c·К.
На продукты горения перед выгрузкой воздействуют одним из валков с усилием 10 1000 кг/см2.
На чертеже представлено схематическое изображение реактора, в котором реализуют способ по изобретению.
Исходные смеси при помощи загрузочных устройств 1 подают на валки 2, которые предварительно нагревают элементами 3. На валках 2 за счет их движения загруженные смеси располагаются в виде слоев 4. Устройства 5 в зонах А-Б cлоев смесей инициируют процесс горения. На прореагировавшие смеси воздействуют этими же валками 2 с усилием от 10 до 1000 кг/см2, регулируемым пружиненным механизмом 6. Готовый продукт 7 поступает в приемное устройство 8, налипший на валки продукт отделяют скребками 9. Валки заключены в кожух 10, в который через патрубок 11 вводят нейтральный газ для изоляции готового продукта от атмосферного воздуха.
Зоны А-Б представляют собой зоны автостабилизации фронтов горения относительно точек В загрузочных устройств.
Если тепло, выделяемое при синтезе тугоплавкого неорганического соединения, достаточно для поддержания режима автостабилизации горения, то нагревательные элементы 3 отключают, если нет, что снижают их нагрев до величины, необходимой для создания условий режима автостабилизации горения.
Сущность автостабилизации заключается в следующем.
Если фронты горения при увеличении по каким-либо причинам скоростей горения приблизятся к загрузочным устройствам, то уменьшится расстояние между фронтами горения и загрузочными устройствами. Это в свою очередь уменьшит время контакта слоев смесей с поверхностями валков, максимальные температуры их подогрева и, следовательно, скорости горения исходных смесей. Уменьшение скоростей горения переместит фронты горения в противоположные от загрузочных устройств стороны. В том случае, когда фронты горения удалятся от мест загрузки, то время контакта с поверхностями валков, температуры и скорости горения смесей увеличатся, и фронты горения вернутся в первоначальные положения. Таким образом, на поверхностях валков фронты горения колеблются относительно некоторых равновесных положений.
Пример 1.
Для подготовки одной исходной смеси берут 1 кг титана марки ПТХ-5-1 Опытного металлургического завода дисперсностью 0,08 0,45 мм и 0,25 кг углерода марки ПМ 15 ТС и перемешивают их в смесителе в течение 8 часов. Это исходная смесь N 1.
Исходную смесь N 2 готовят следующим образом. Берут 1,4 кг вольфрама марки ПВН завода "Победит" дисперсностью 0,35 0,6 мм и 0,092 кг углерода марки ПМ 15 ТС и перемешивают их в смесителе в течение 8 часов. Подготовленные таким образом исходные смеси, валковый реактор и окружающая среда имеют следующие характеристики:
плотности исходных смесей ρ1 5 г/см3, ρ2 10 г/см3,
температуры горения исходных смесей Tг1= 3500 K, Tг2 = 1066 K,
теплоемкости исходных смесей C1 0,2 кал/г·K, C2 0,06 кал/г·K,
теплотворные способности исходных смесей Q1 640 кал/г, Q2 43 кал/г,
энергии активации экзотермического химического превращения исходных смесей Е1 Е2 45000 кал/моль,
коэффициенты теплопотерь боковых поверхностей валков реактора кал/см·c·K,
коэффициенты теплообмена между исходной смесью и боковой поверхностью валков реактора α12= 0,45 кал/см2·c·K,
температура окружающей среды То 300 K,
расстояния между точками подачи каждой из исходной смесей на валки реактора выгрузки продукта x1 x2 10 cм,
линейные скорости адиабатического горения исходных смесей, при нормальных условиях рассчитанные по (3) Vo1 = 3 см/с, Vo2= 1,2 см/с,
предэкспонент Ko 3100 1/с,
коэффициенты теплопроводности смесей
λ1 0,0162 кал/см·c·K, λ2 0,05 кал/см·c·K.
Подставляя в формулу (2) числовые значения параметров для каждой из смесей в отдельности, определяют с помощью ЭВМ Vm1 и Vm2, которые равны соответственно 5,1 и 2,4 см/с. Подставляя численнные значения Vo1, Vo2, Vm1, Vm2 в (1), выбирают V1 и V2 в интервалах
3 < V1 < 5,1 и 1,2 < V2 < 2,4 (см/с).
Исходные смеси помещают в загрузочные устройства 1 валкового реактора и приводят в движение валка 2 с линейными скоростями V1 3,5 см/с и V2 2 см/с, предварительно нагрев их с помощью нагревательных элементов 3 до температур Т1 1200 K и Т2 839 K.
Из загрузочных устройств 1 смеси поступают на валки 2 в виде лент 4, в которых при достижении ими зон реакции инициируют процесс горения устройствами 5. После синтеза на продукты горения 7 воздействуют одним из валков 2 с усилием 300 кг/см2, регулируемым пружиной 6. Затем готовый продукт 7 собирают в приемное устройство 8. Полученный продукт измельчают в течение 1 часа с загрузкой шаров в весовом соотношении к порошку 5:1.
Готовый продукт представляет собой сложный титановольфрамовый карбид. Порошок состоит из однородных частиц, интервал зернистости 0,5 5 мкм, выход 99%
В таблице представлены данные по выходу и фракционному составу получаемых по изобретению тугоплавких соединений.
Из представленных в таблице данных следует, что изобретение позволяет получить различные тугоплавкие неорганические соединения, в частности карбиды, бориды, силициды, сложные карбиды и т.д. с выходом целевого продукта не менее 96% Порошки однородны по фракционному составу. Способ легко автоматизируется.
Формула изобретения: Способ получения тугоплавких неорганических соединений в режиме горения, включающий приготовление исходной смеси компонентов, составляющих соединение, непрерывную загрузку указанной смеси в реактор, подачу ее в зону горения и термообработку в названном режиме с последующей непрерывной выгрузкой полученного соединения, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности условий горения, готовят по крайней мере две исходные смеси, загрузку их в реактор ведут одновременно и раздельно, причем в процессе загрузки указанные смеси подают на боковые поверхности валков реактора, затем нагревают их до температуры, обеспечивающей расположение фронтов горения на постоянном расстоянии от точек подачи смесей, после чего последние подают в зоны горения, расположенные также на боковых поверхностях валков, при этом линейные скорости подачи смесей в зоны горения определяют из условия
vo1,2...n< v1,2...n < vm1,2...n,
где vo1,2...n линейные скорости адиабатического горения исходных смесей при нормальных условиях, см/с;
v1,2...n линейные скорости подачи исходных смесей в зоны горения, см/с;
vm1,2...n максимально допускаемые линейные скорости подачи исходных смесей в зоны горения, определяемые, как ближайший к vo1,2...n корень уравнения;

где




F функция переменных
β функция переменных a1,2...n,X1,2...n,C1,2...n,<ρ>1,2...n,v1,2...n;
Tг1,2...n температуры горения исходных смесей, K;
Tо температура окружающей среды, K;
безразмерная скорость;
R универсальная газовая постоянная, кал./моль. K;
Q1,2...n теплотворные способности исходных смесей, кал./г;
C1,2...n теплоемкости исходных смесей, кал./г. K;
ρ1,2...n плотности исходных смесей, г/см3;
E1,2...n энергии активации экзотермического химического превращения исходных смесей, кал./моль;
коэффициенты теплопотерь боковых поверхностей валков реактора, кал./см2.с.K;
α1,2...n коэффициенты теплообмена между исходными смесями и боковыми поверхностями валков реактора, кал./см2.с.K;
X1,2...n расстояние между точками подачи исходных смесей на боковые поверхности валков и выгрузки соединения, см;
а на продукты горения перед выгрузкой из реактора воздействуют одним из валков с усилием 10 1000 кг/см2.