способ получения жидкого стекла и реактор для получения жидкого стекла

Формула изобретения

1. Способ получения жидкого стекла путем растворения силикат-глыбы в воде при нагревании и воздействии поля, отличающийся тем, что при воздействии полем реакционную массу подвергают импульсному облучению микроволновым полем с плотностью энергии 0,6 - 4,5 кВт/см².

2. Реактор для получения жидкого стекла, содержащий корпус, системы термостатирования и перемешивания, патрубки и люк, отличающийся тем, что он выполнен с дополнительным перекрытым диэлектриком отверстием, в котором размещен волновод - источник микроволнового поля.

3. Реактор по п.2, отличающийся тем, что отверстие для входа волновода выполнено на корпусе реактора.

4. Реактор по п.2, отличающийся тем, что отверстие для входа волновода выполнено на крышке реактора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла, применяемого в качестве вяжущего, добавки или реагента в строительной, нефтедобывающей и других отраслях производственной деятельности.

Известен способ получения жидкого стекла путем растворения силикат-глыбы при нормальном давлении и температуре 92-98^oC в течение 3-3,5 ч [1].

Известный способ характеризуется большой продолжительностью процесса, наличием большого содержания нерастворимого осадка.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения жидкого стекла путем растворения силикат-глыбы в воде при нагревании с одновременным воздействием переменного электрического поля напряженностью 4-8 В/см [2].

Известный способ ускоряют процесс растворения силикат-глыбы, но использование переменного тока в качестве активатора воды в реакторе является опасным, поэтому способ не нашел применения в промышленности.

Известен стационарный автоклав для растворения силикат-глыбы, содержащий емкость, работающую под избыточным давлением, люк и патрубки [3].

Однако известное устройство не обеспечивает высокой скорости растворения ввиду отсутствия перемешивающих устройств.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является реактор, содержащий корпус с системой термостатирования и перемешивания, люки и патрубки [3].

Реактор подобного типа не позволяет интенсифицировать процесс растворения силикат-глыбы ввиду незначительных по величине и воздействию факторов на расттворяющуюся массу. Растворение сопровождается значительными энергозатратами.

В изобретении решается задача снижения времени получения жидкого стекла, увеличения съема продукции с единицы оборудования, улучшения фильтруемости жидкого стекла, снижения энергозатрат.

Задача решается тем, что в способе получения жидкого стекла путем растворения силикат-глыбы в воде при нагревании и воздействии поля, согласно изобретению при воздействии поля реакционную массу подвергают импульсному облучению микроволновым полем с плотностью энергии 0,6-4,5 кВт/см².

Задача решается тем, что реактор для получения жидкого стекла, содержащий корпус, системы термостатирования и перемешивания, патрубки и люк, согласно изобретению выполнен с дополнительным перекрытым диэлектриком отверстием, в котором размещен волновод - источник микроволнового поля. Отверстие для входа волновода может быть выполнено на корпусе или крышке реактора.

Признаками объекта изобретения "способ" являются: 1) растворение силикат-глыбы в воде при нагревании и воздействии полем; 2) импульсное облучение полем; 3) импульсное облучение микроволновым полем; 4) плотностью энергии микроволнового поля 0,6-4,5 кВт/см²; 5) импульсное облучение микроволновым полем реакционной массы.

Признак 1 является общим с прототипом, признаки 2-5 являются существенными отличительными признаками изобретения.

Признаками объекта изобретения "устройство" являются: 1) корпус; 2) системы термостатирования и перемешивания; 3) люк; 4) патрубки; 5) отверстие для входа волновода - источника микроволнового поля; 6) перекрытие диэлектриком волновода отверстия для входа волновода; 7) выполнение отверстия для входа волновода на корпусе или крышке реактора.

Признаки 1-4 являются общими с прототипом, признаки 5, 6 являются существенными отличительными признаками изобретения, признак 7 является частным признаком изобретения.

Установлено, что обработка реакционной массы непосредственно в реакторе снижает время растворения силикат-глыбы при получении жидкого стекла. Оптимальным является интервал плотности энергии импульсного микроволнового поля 0,6-4,5 кВт/см². Импульсное микроволновое поле движется от источника по волноводу через укрепленный на стенке реактора диэлектрик с малыми потерями и попадает во внутренний объем реактора, где, отражаясь от его стенок, проходит по объему реакционной массы, взаимодействует с ней и в конечном итоге затухает.

Воздействие импульсным микроволновым полем увеличивает степень растворимости силикат-глыбы и, как следствие, уменьшает количество осадка в реакционной массе, что улучшает условия фильтруемости в последующих операциях.

Одновременно с активацией воды в реакторе она несколько подогревается вследствие диэлектрических потерь.

В стенке реактора выполняют отверстие, в которое вводят волновод, заканчивающийся диэлектриком с низкими потерями. Диэлектрик герметично закрепляют в отверстии, исключая контакт полости реактора и волновода. Для микроволнового поля диэлектрик с низкими потерями прозрачен и поле с малыми потерями от источника через волновод и диэлектрик попадает во внутреннюю полость реактора. Герметичность соединения диэлектрика с волноводом и стенками реактора вокруг отверстия обеспечивают склеиванием и сваркой, что обеспечивает безопасность работы реактора.

Отверстие для входа волновода выполняют на корпусе или крышке реактора.

На чертеже изображен реактор для получения жидкого стекла.

Реактор содержит корпус 1, систему термостатирования 2, мешалку 3, патрубок для загрузки технологической воды 4, люк 5, патрубок для выгрузки жидкого стекла 6. В корпусе реактора 1 выполнено отверстие 7, в котором укреплен волновод - источник микроволнового поля 8. Отверстие 7 герметично перекрыто диэлектриком с низкими потерями 9, которым оканчивается волновод-источник микроволнового поля 8. Волновод 8 прикреплен герметично к корпусу 1 реактора посредством сварки или клея 10. Мешалка 3, патрубок для загрузки технологической воды 4 и люк 5 размещены в крышке реактора 11, в которой может быть выполнено отверстие 7 (не показано).

Корпус 1 реактора термостатируют посредством системы термостатирования 2. Через патрубок для загрузки технологической воды 4 подают технологическую воду. Через люк 5 при работающей мешалке 3 подают раздробленную силикат-глыбу. Включают источник микроволнового поля (не показан), от которого импульсное микроволновое поле через волновод 8 и диэлектрик с низкими потерями 9 попадает внутрь корпуса 1 реактора и облучает реакционную массу. Происходит гидротермическое растворение силикат-глыбы. Готовый раствор сливают через патрубок для выгрузки жидкого стекла 6. Закрепление волновода - источника микроволнового поля 8 в отверстии 7 корпуса 1 реактора посредством сварки или клея 10 обеспечивает герметичность корпуса 1.

Пример. В корпус 1 реактора объемом 0,63 м³ с включенной системой термостатированиия 2 и работающей мешалкой 3 через патрубок для загрузки технологической воды 4 заливают 240 л технологической воды с температурой 90^oC и через люк 5 загружают силикат-глыбу с размером частиц 20-150 мм в количестве 180 кг. Включают источник микроволнового поля в импульсном режиме, от которого импульсное микроволновое поле через волновод 8 и диэлектрик с низкими потерями 9 попадает внутрь корпуса 1 реактора и облучает реакционную массу. Происходит гидротермическое растворение силикат-глыбы. Готовый раствор сливают через патрубок для выгрузки жидкого стекла 6. В качестве диэлектрика с низкими потерями используют кварцевое стекло марки КУ-1 с диэлектрической проницаемостью 3,8. Гидротермическое растворение силикат-глыбы осуществляют в условиях температуры реакционной смеси 90^oC и постоянного воздействия на реакционную массу импульсным микроволновым полем. Время завершения процесса растворения силикат-глыбы контролируют по плотности раствора силиката. В качестве источника микроволнового поля используют источник марки КИЭ-5 с частотой 2450 МГц, который в режиме пульсации обеспечивает максимальную мощность 50 кВт.

В ходе опытов варьируют плотность энергии на выходе из источника, частоту импульса оставляют постоянной, равной 50 микросекунд. Герметичное исполнение ввода волновода в отверстие реактора, герметизация отверстия реактора от реакционной массы диэлектриком с низкими потерями обеспечивает безопасность реактора и отсутствие особых требований по технике безопасности при ведении процесса.

Параметры процесса, плотность жидкого стекла и количество нерастворимого осадка в различных условиях воздействия импульсного микроволнового поля приведены в таблице.

Из таблицы видно, что силикат натрия и натриево-калиевый силикат НК-1 растворяются в гидротермических условиях быстрее, если реакционную массу облучать импульсным микроволновым полем. Время растворения уменьшается в 1,5-2 раза. Количество нерастворимого осадка в реакционной массе уменьшается. Следует отметить, что обнаружился интервал плотности энергии импульсного микроволнового поля 0,6-4,5 кВт/см², при котором процесс растворения осуществляется в оптимальных условиях, (опыты N 2-4). Ниже плотности энергии поля 0,6 кВт/см² (опыт N 1) время растворения изменяется незначительно. При плотности энергии поля 5,0 и 8,0 кВт/см² (опыт 5,6) скорость растворения увеличивается и уменьшается количество нерастворимого осадка, но одновременно наблюдается пригар реакционной массы. Отсюда следует, что верхний предел плотности энергии находится между значениями 4-5 кВт/см², т.е. равен 4,5 кВт/см².

Таким образом, проведение процесса растворения силикатов при активации реакционной массы в реакторе облучением импульсным микроволновым полем позволяет снизить время растворения силикатов и уменьшить количество нерастворимых осадков в реакционной массе.

Предлагаемые технические решения позволяют увеличить съем продукции с единицы оборудования, снизить энергозатраты на поучение жидкого стекла, улучшить его фильтруемость и повысить качество.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:

1. Авторское свидетельство СССР N 415233, опублик. 1974 г.

2. Авторское свидетельство СССР 783227, опублик. 1980 г.

3. В. И. Корнеев, В. В. Данилов. "Жидкое и растворимое стекло". С-Пб, Стройиздат, 1996 г., с. 155-171.