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 воду подвергают облучению непрерывным микроволновым полем с постоянной электромагнитной волной.

2. Реактор для получения жидкого стекла, включающий корпус, системы термостатирования, перемешивания, патрубки и люк, отличающийся тем, что патрубок подачи воды выполнен двухслойным с наружным металлическим слоем с отверстием для соединения с волноводом - источником микроволнового поля и внутренним слоем из диэлектрика с низкими потерями.

3. Реактор по п.2, отличающийся тем, что патрубок подачи воды выполнен на корпусе реактора.

4. Реактор по п.2, отличающийся тем, что патрубок подачи воды выполнен на крышке реактора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла, применяемого 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 достаточно 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 приводит к ускорению процесса растворения силикат-глыбы, однако использование переменного тока в качестве активатора воды в реакторе является опасным, в связи с чем способ не нашел применения в промышленности.

Известен стационарный автоклав для растворения силикат-глыбы, содержащий емкость, работающую под избыточным давлением, люки и патрубки для загрузки ингредиентов и выгрузки жидкого стекла (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 системами термостатирования и перемешивания, люки и патрубки для загрузки ингредиентов и отвода жидкого стекла (3).

Реактор подобного типа не позволяет интенсифицировать процесс растворения силикат-глыбы ввиду незначительных по величине и воздействию факторов на растворяющуюся массу и высоких энергозатрат на процесс.

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 полем воду подвергают облучению непрерывным микроволновым полем с постоянной электромагнитной волной.

Задача решается тем, что реактор для получения жидкого стекла, включающий корпус, системы термостатирования и перемешивания, патрубки и люк, согласно изобретению имеет патрубок подачи воды, выполненный двухслойным с наружным металлическим слоем с отверстием для соединения с волноводом - источником микроволнового поля и внутренним слоем из диэлектрика с низкими потерями. Патрубок подачи воды может быть выполнен на корпусе или крышке реактора.

Признаками объекта изобретения "способ" являются следующие:

1. растворение силикат-глыбы в воде при нагревании и воздействии поля;

2. при воздействии полем облучение воды непрерывным микроволновым полем;

3. при воздействии полем облучение воды непрерывным микроволновым полем с постоянной электромагнитной волной.

Признак 1 является общим с прототипом, признаки 2, 3 являются существенными отличительными признаками изобретения.

Признаками объекта изобретения "устройство" являются следующие:

1. корпус;

2. система термостатирования;

3. система перемешивания;

4. патрубки;

5. люк:

6. выполнение патрубка подачи воды двухслойным с наружным металлическим слоем с отверстием для соединения с волноводом - источником микроволнового поля и внутренним слоем из диэлектрика с низкими потерями;

7. патрубок подачи воды может быть выполнен на корпусе или крышке реактора.

Признаки 1-5 являются общими с прототипом, признак 6 является существенным отличительным признаком изобретения, признак 7 является частным отличительным признаком изобретения.

Сущность изобретения

Получение жидкого стекла характеризуется длительностью процесса, большой энергоемкостью, невысоким выходом продукции, получаемое жидкое стекло обладает плохой фильтруемостью.

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

Установлено, что обработка воды в патрубке реактора микроволновым полем снижает время растворения силикат-глыбы при получении жидкого стекла, причем состав силикатов не оказывает заметного влияния на закономерности процесса. В опытах непрерывное микроволновое поле имело постоянную электромагнитную волну, что обеспечило полную активацию проходящей через патрубок воды. Активация воды увеличивает степень растворимости силикат-глыбы и, как следствие, уменьшает количество осадка в реакционной массе. Одновременно с активацией воды при воздействии микроволнового поля вода подогревается вследствие диэлектрических потерь.

Патрубок реактора для подачи воды выполнен двухслойным. Внутренняя труба патрубка, по которому движется технологическая вода, выполнена цельной из диэлектрического материала с низкими потерями (прозрачной для микроволнового поля). Наружная труба патрубка изготовлена металлической, выполняет функцию конструктивного элемента и обеспечивает замкнутость контура микроволнового поля. Герметичность соединения наружной трубы патрубка через отверстие в ней с волноводом, корпусом и трубопроводом подачи воды к реактору обеспечивается сваркой стыковочных узлов и запредельных волноводов.

На чертеже изображен реактор для получения жидкого стекла.

Реактор содержит корпус 1, систему термостатирования 2, систему перемешивания в виде мешалки с приводом 3, патрубок подачи воды 4, люк 5, патрубок для выгрузки жидкого стекла 6. Патрубок подачи воды 4 выполнен двухслойным с наружным металлическим слоем 7, имеющим отверстие для соединения с волноводом 8. Внутренний слой 9 выполнен из диэлектрика с низкими потерями. Волновод 8 прикреплен герметично к наружному слою 7 патрубка 4. Мешалка 3 и люк 5 размещены в крышке 10 реактора, в которой может быть размещен патрубок 4 (на чертеже не показано).

Реактор работает следующим образом.

Корпус 1 термостатируют и в него через патрубок 4 подают воду. Микроволновое поле, создаваемое генератором (на чертеже не показан), через волновод 8 облучает движущуюся внутри слоя 9 патрубка 4 технологическую воду, активирует ее и дополнительно разогревает. После загрузки мелкодисперсной силикат-глыбы с одновременным перемешиванием производят гидротермическое растворение и получение жидкого стекла. Время растворения за счет активации воды сокращается. Микроволновое поле практически без потерь проходит через внутренний диэлектрический слой и подвергает микроволновому воздействию воду. Наружный металлический слой 7 патрубка 4 в сочетании с волноводом 8 и трубопроводом, подводящим воду (на чертеже не показан), выполнены герметичными, что создает безопасные условия ведения процесса.

Пример конкретного выполнения.

Получают жидкое стекло в реакторе объемом 0,63 м³, снабженном патрубком подачи воды 4, изготовленным двухслойным. Внутренний слой 9 выполнен цельным из толстослойного кварцевого стекла с внутренним диаметром 12 мм, кварцевое стекло марки КУ-1 с диэлектрическими потерями 3,8. Наружный слой 7 выполнен из стальной трубы, и в ней вырезано отверстие для стыковки с волноводом 8. Места сочленения для герметичности заварены. Этим обеспечивается безопасность реактора и отсутствие особых требований по технике безопасности при ведении процесса.

В реактор с включенными системами термостатирования 2 и перемешивания 3 заливают 240 литров воды с температурой 80^oC. На период подачи воды включают микроволновый генератор КИЭ-5, мощностью 5 кВт и частотой колебаний 2450 МГц. Микроволновое поле через волновод 8 воздействует на воду, активируя ее и дополнительно разогревая до температуры 90^oC. После окончания загрузки воды генератор выключают и в реактор в условиях перемешивания загружают дисперсную силикат-глыбу с размером частиц 20-150 мм в количестве 180 кг. Гидротермическое растворение осуществляют в условиях температуры реакционной смеси 90^oC. Время завершения процесса растворения силикат-глыбы контролируют по плотности раствора силиката.

В случае использования обычной технологической воды (опыты 2,4,6) вода, подаваемая по трубопроводу через патрубок 4, имела температуру 90^oC, воздействие на воду микроволнового поля отсутствовало.

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

Из таблицы следует, что все типы использованных силикатов растворяются в гидротермических условиях быстрее, если вода перед подачей в реактор в патрубке подачи воды 4 подвергается воздействию микроволнового поля и активируется, время растворения уменьшается в 1,5-1,8 раз по сравнению с использованием обычной технической воды. Уменьшается количество нерастворимого осадка в реакционной массе, что ведет к улучшению фильтруемости и повышению качества жидкого стекла. Использование постоянного микроволнового поля обеспечивает полную активацию воды, проходящей через патрубок 4 и попадающей в реактор для растворения.

Таким образом, проведение процесса растворения силикатов при активации воды воздействием непрерывного микроволнового поля позволяет снизить время растворения силикатов, уменьшить количество нерастворимых осадков в реакционной массе. Модернизация реактора проста в исполнении, а его преимущества позволяют увеличить съем продукции с единицы оборудования, снизить энергозатраты на гидротермическое растворение, улучшить фильтруемость и перекачиваемость жидкого стекла на последующих операциях, повысить качество жидкого стекла.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки

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

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

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