Установка получения моносилана

 

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к устройствам для проведения гетерогенных процессов между твердым телом и газом. В установке получения моносилана, содержащей корпус, цилиндрические реакционные камеры, газораспределительное устройство, загрузочные и разгрузочные патрубки для твердого компонента, патрубки для подачи газообразного компонента и вывода целевого продукта, устройство нагрева, устройство изменения угла наклона реакционных камер. Реакционные камеры жестко закреплены в шатунах, описывающих круговую траекторию в плоскости, перпендикулярной осям реакционных камер, при этом реакционные камеры не вращаются вокруг собственной оси и остаются постоянно ориентированными в вертикальной плоскости, газоразделительное устройство является дифференциальным, выполненным в виде набора равномерно расположенных по длине каждой реакционной камеры диафрагм с отверстиями, делящих внутренний объем реакционных камер на секции с размещенными в них мелющими элементами, представляющими собой тела вращения, причем диаметр отверстий в диафрагмах уменьшается по мере приближения диафрагм к центру симметрии реакционных камер при сохранении общей площади сечения отверстий в каждой диафрагме. Использование данного изобретения обеспечивает повышение качества и выхода целевого продукта. 2 ил.

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к устройствам для проведения гетерогенных процессов между твердым телом и газом.

Известна установка фторирования углеграфитовых материалов по патенту РФ N 2098351, МКИ C 01 B 31/00, B 01 J 8/02, 1997, состоящая из устройства загрузки, устройства выгрузки, реактора, защитного устройства, системы нагрева, транспортера. Установка имеет систему подачи газов и систему нагрева.

Недостатком установки является невозможность обновления поверхности твердого вещества, контактирующей с газом, и, как следствие, высокое содержание в конечном продукте непрореагировавших исходных компонентов, снижающих качество и выход целевого продукта.

Известен аппарат с кипящим слоем для проведения гетерогенных процессов между твердым телом и газом (А.Д. Домашнев. Конструирование и расчет химических аппаратов. Москва, 1961, стр. 592), содержащий реакторную камеру, снабженную газораспределительным устройством, представляющим собой решетку, под которую подается рабочий газ, патрубок подачи исходного материала, патрубок выхода конечного продукта и патрубок выхода газа.

Недостатками такого аппарата являются проскок непрореагировавшего рабочего газа и унос частиц мелких фракций исходного материала целевым газообразным продуктом, вызванные необходимостью создания определенного скоростного напора газа для создания кипящего слоя, что не позволяет регулировать время контакта твердого и газообразного продукта и, как следствие, снижает качество и выход целевого продукта, а также вызывает необходимость дополнительного измельчения кусковых исходных твердых материалов.

Наиболее близким аналогом относительно заявленного является установка для получения моносилана (заявка PCT WO 95/26927, C 01 B 33/04, 1985), содержащая корпус, реакционные камеры, газораспределительное устройство, патрубки для подачи газообразного компонента и вывода целевого продукта, устройство нагрева.

Задача изобретения - повышение качества и выхода целевого продукта.

Технический результат в установке получения моносилана, содержащей корпус, цилиндрические реакционные камеры, газораспределительное устройство, патрубки для подачи газообразного компонента и вывода целевого продукта, устройство нагрева, достигается тем, что она снабжена загрузочными и разгрузочными патрубками и устройством изменения угла наклона цилиндрических реакционных камер, реакционные камеры жестко закреплены в шатунах, описывающих круговую траекторию в плоскости, перпендикулярной осям реакционных камер, при этом реакционные камеры не вращаются вокруг собственной оси и остаются постоянно ориентированными в вертикальной плоскости, а газораспределительное устройство является дифференциальным, выполненным в виде набора равномерно расположенных по длине каждой реакционной камеры диафрагм с отверстиями, делящих внутренний объем реакционных камер на секции с размещенными в них мелющими элементами, представляющими собой тела вращения, причем диаметр отверстий в диафрагмах уменьшается по мере приближения диафрагм к центру симметрии реакционных камер при сохранении общей площади сечения отверстий в каждой диафрагме. Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как закрепление реакционных камер в шатунах, совершающих плоскопараллельное движение, позволяет сообщить реакционным камерам прямолинейные гармонические колебания в вертикальной плоскости и таким образом транспортировать твердый сыпучий компонент вдоль оси реакционных камер. Поскольку реакционные камеры не вращаются вокруг собственной оси, а совершают круговые движения в вертикальной плоскости, мелющие элементы, помещенные внутри реакционных камер, перекатываются по их внутренней поверхности и разрушают частицы твердого компонента, обновляя поверхность частиц, тем самым активизируя процесс, уменьшая вероятность проскока непрореагировавшего исходного газа.

Размещение во внутренней полости реакционных камер дифференциального газоразделительного устройства, выполненного в виде набора диафрагм с отверстиями, которые образуют секции, позволяет твердому компоненту за счет наличия отверстий перемещаться вдоль реакционных камер и в то же время равномерно располагаться по длине реакционных камер, так как твердый компонент задерживается в каждой секции. Наличие диафрагм также позволяет удерживать мелющие элементы в фиксированном положении вдоль оси реакционных камер.

Диаметр отверстий в диафрагмах уменьшается по мере приближения к центру симметрии реакционных камер, что позволяет перемещаться частицам твердого компонента определенного размера, и таким образом к центру симметрии реакционных камер и далее поступают измельченные, практически до пылевой фракции, частицы. Центр реакционных камер находится в центральной зоне нагревательного устройства, где создается оптимальная для процесса постоянная температура. Поток газообразного компонента поступает с противоположной стороны реакционных камер и проходит через диафрагмы с отверстиями уменьшающегося от диафрагмы к диафрагме диаметра, разбиваясь по мере перехода от секции к секции на более мелкие струйки и частично вступая в реакцию с твердым компонентом. Наиболее полно процесс идет в средней зоне реакционных камер, при оптимальной температуре и наиболее интенсивном перемешивании газообразного и твердого компонента за счет того, что диаметр отверстий в диафрагмах в центре реакционных камер минимальный. Для того, чтобы обеспечить равномерный по длине реакционных камер поток перемещающихся твердого и газообразного компонентов, общая площадь сечения отверстий в диафрагмах остается постоянной. Устройство изменения угла наклона реакционных камер к горизонтали позволяет регулировать скорость прохождения твердого компонента через реакционные камеры и таким образом регулировать время его нахождения в зоне реакции.

На фиг. 1 представлен общий вид установки, на фиг. 2 - вид сбоку.

Установка получения моносилана состоит из корпуса 1, реакционных камер 2, газораспределительного устройства 3, загрузочного 4 и разгрузочного 5 патрубков для твердого компонента, патрубка 6 подачи газообразного компонента, патрубка 7 вывода целевого продукта, устройства нагрева 8. Реакционные камеры жестко закреплены в шатунах 9. Внутренний объем реакционных камер представляет собой дифференциальное газоразделительное устройство, выполненное в виде набора диафрагм 10. Диафрагмы 10 равномерно расположены по длине каждой реакционной камеры и делят ее на секции 11. Внутри каждой секции размещены мелющие элементы 12, выполненные в форме тел вращения. Установка снабжена устройством 13 изменения угла наклона реакционных камер.

Установка работает следующим образом. Включаются устройство нагрева 8 и привод шатунов 9. После достижения рабочей температуры в средней зоне реакционных камер через патрубок 4 подается твердый компонент - гидрид лития в виде кристаллов. Поскольку реакционные камеры наклонены к горизонтальной плоскости и совершают гармонические колебания в вертикальной плоскости, твердый компонент перемещается вдоль оси реакционных камер, пересыпаясь по секциям 11 через отверстия в диафрагмах 10. Перекатывающиеся вдоль стенок каждой секции, находящиеся в них мелющие элементы 12 разрушают кристаллы твердого компонента, в результате чего поверхность их постоянно обновляется. Через определенное время, необходимое для заполнения всего пространства реакционных камер 2 твердым компонентом, через патрубок 6 подается газообразный компонент - тетрахлорид кремния. При прохождении встречных потоков твердого и газообразного компонента между ними происходит реакция, в результате которой образуются моносилан, являющийся целевым продуктом, и хлорид лития. Моносилан выводится из установки через патрубок 7, а твердый компонент уже в виде хлорида лития выводится из установки через патрубок 5. При необходимости изменения скорости прохождения твердого компонента через реакционные камеры меняется угол наклона реакционных камер к горизонтальной плоскости - при увеличении угла наклона скорость увеличивается, при уменьшении - уменьшается.

Таким образом, использование данного изобретения позволяет повысить выход моносилана заданного качества.

Формула изобретения

Установка для получения моносилана, содержащая корпус, реакционные камеры, газораспределительное устройство, патрубки для подачи газообразного компонента и вывода целевого продукта, устройство нагрева, отличающаяся тем, что она снабжена загрузочными и разгрузочными патрубками для твердого компонента и устройством изменения угла наклона цилиндрических реакционных камер, при этом реакционные камеры жестко закреплены на шатунах, описывающих круговую траекторию в плоскости, перпендикулярной осям реакционных камер, и не вращаются вокруг собственной оси и остаются постоянно ориентированными в вертикальной плоскости, а газораспределительное устройство является дифференциальным, выполненным в виде набора равномерно расположенных по длине каждой реакционной камеры диафрагм с отверстиями, делящих внутренний объем реакционных камер на секции с размещенными в них мелющими элементами, представляющими собой тела вращения, причем диаметр отверстий в диафрагмах уменьшается по мере приближения диафрагм к центру симметрии реакционных камер при сохранении общей площади сечения в каждой диафрагме.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2