540
.pdfФормула изобретения:
1.Способ утилизации тепла отходящих горючих газов, включающий сжигание горючих газов и подогрев топочными газами солевого раствора, отличающийся тем, что подогрев топочными газами проводят путем их пропускания через слой солевого раствора.
2.Устройство для утилизации тепла отходящих горючих газов, содержащее испаритель с раствором, камеру сгорания горючих газов, отличающееся тем, что камера сгорания помещена в испаритель таким образом, что факел горения находится под слоем раствора.
3.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на конце камеры сгорания со стороны факела установлен газораспределительный диффузор, а в крышке испарителя установлены взрывной клапан и газоход.
8.15.Формула изобретения на применение
Кобъекту изобретения относится и применение известного ранее устройства, способа, вещества, штамма по новому назначению с иным предназначением. Различают
функциональные изобретения, изобретения на перенос и селективные изобретения.
Функциональные изобретения – это изобретения, в которых у объекта появляется новая функция. Пример формулы такого изобретения:
«Применение электрохимических аккумуляторов в качестве электрических конденсаторов, в частности для компенсации реактивного тока в роторных цепях асинхронных машин».
В данном изобретении электрохимический аккумулятор выполняет новую функцию – функцию электрического конденсатора.
К изобретениям на перенос относятся такие изобретения, в которых для решения новой задачи используется уже известное качество данного объекта, или известный объект переносится в другую область. Пример формулы изобретения на перенос:
281
«Применение двухчашечного распылителя лакокрасочных материалов в качестве устройства для получения волокнистого нетканого фильтрующего материала». Здесь двухчашечный распылитель лакокрасочных материалов в качестве устройства используется для решения новой задачи – получение волокнистого нетканого фильтрующего материала.
Селективные изобретения – это изобретения, в которых возможность использования какого-либо вещества или группы веществ известного класса соединений основано на выявленных изобретателем ценных свойствах этого вещества. К таким изобретениям обычно относятся случайные изобретения или найденные неожиданно. Пример формулы изобретения селективного изобретения:
«Применение водного отвара вяленых ягод китайского лимонника для улучшения зрения».
8.16. Задачи для составления формул изобретения
Задача 1.
В известном способе получения пентаоксида ванадия из конверторных шлаков шлаки обжигают при температуре 800...850 °С с добавкой карбоната кальция в количестве 6...8 %, затем спек растворяют в слабой (5...7 %) серной кислоте при температуре 20...25 °С в две стадии. Полученный раствор отделяют от шлама на фильтрах и нагревают до температуры 90 °С, затем корректируют рН раствора кристаллической содой до рН 1,7…1,9. Из раствора далее осаждают V2O5, осадок фильтруют, затем сушат при повышенной температуре. В результате получают пентаоксид ванадия, содержащий 78...82 % основного вещества.
Предложен новый способ получения пентаоксида ванадия из конверторных шлаков. Обжиг шлака ведут с добавкой соды Na2CO3 (7...9 %) при температурах 750...770 °С с последующим растворением спека в воде при температуре 70...80 °С. Далее полученную взвесь фильтруют, фильт-
282
рат (раствор) нагревают до 90 °С, корректируют рН раствора кристаллической содой до величины 1,7...1,9. Из этого раствора осаждают V2O5, осадок отфильтровывают, промывают 7...8%-ным раствором сульфата аммония и сушат при высоких температурах. В результате получают пентаоксид ванадия, содержащий 85...90 % основного вещества.
Задача 2.
Визвестном способе обезвоживание карналлита проводят путем его нагревания во вращающихся печах топочными газами до температуры 230...250 °С в течение 40 мин
споследующим плавлением карналлита при температуре 760...820 °С в токе хлористого водорода в течение 2,5 ч. Недостатком способа являются большие потери хлорида магния (до 12 %) из-за гидролиза хлорида магния до оксида магния.
Вновом способе для снижения потерь хлорида магния предложено во вращающиеся печи вводить добавку отра-
ботанного магниевого электролита в количестве 4...6 % к весу исходного карналлита. При этом гидролиз снижается до 7 %.
Задача 3.
Известен способ получения хлорида калия высокой чистоты путем растворения сырья хлорида калия при температуре 105 °С, очистки раствора добавкой в раствор гидроксида калия, кипячения раствора при температуре 105 °С в течение 2 ч, осветления раствора от шлама при температуре 95 °С с последующей кристаллизацией КС1 путем охлаждения, отделения КС1 от раствора и последующей сушкой осадка. Недостатком способа является высокая стоимость очистки раствора хлорида калия.
В новом способе предложено вместо гидроксида калия вводить на стадии очистки раствора глинисто-карбонатный шлам (без кипячения раствора). Все остальные стадии проводятся как и в вышеизложенном способе. В результате очистка насыщенного раствора хлорида калия протекает с низкими затратами.
283
Задача 4.
Известен способ получения кальцинированной соды путем аммонизации очищенного раствора хлорида натрия с последующей стадией карбонизации аммонизированного рассола, отделением осадка бикарбоната натрия от раствора и термическим разложением бикарбоната натрия при повышенных температурах. Недостатком способа является низкая степень использования хлорида натрия (около
60 %).
Для повышения степени использования сырья в новом способе предложено на стадиях аммонизации и карбонизации рассола хлорида натрия подачу газов (аммиака и углекислого газа) рассредоточить по высоте абсорбционной колонны путем дробной подачи газов в несколько точек колонны. В результате степень абсорбции газов возрастает, что приводит к повышению степени использования хлорида натрия до 65 %.
Задача 5.
Известен способ получения нитрит-нитратных солей путем абсорбции окислов азота (оксида и диоксида азота) раствором кальцинированной соды при температурах 40...70 °С с последующими операциями выпаривания раствора при повышенной температуре, разделением нитрата и нитрита натрия кристаллизацией, отделением кристаллического осадка на центрифугах и сушкой осадка при повышенных температурах. Недостатком способа является повышенная стоимость кальцинированной соды, что удорожает технологию.
В новом способе предложено абсорбцию оксидов азота проводить суспензией гидрокарбоната натрия при температурах 40...70 °С при концентрации твердой фазы в суспензии 25...30 %. Остальные операции проводят аналогично вышеизложенному. Преимущество нового способа – снижение затрат на сырье на 20 %.
Задача 6.
Известен состав схватывающихся цементов на основе цемента Сорреля (вес. %): 15...20 MgCl2, 15...20 MgO,
284
60...70 SiO2. Недостатком таких цементов является низкая влагостойкость.
Для повышения влагостойкости цемента предложен новый состав цемента (вес. %): 10...15 MgCl2, 10...15 MgO, 55...65 SiO2, 20...25 поливинилацетатного клея.
Задача 7.
Известен состав огнеупорного материала, содержащего: 25...30 % диоксида циркония и 75...85 % глинозема. Недостатком огнеупора является невысокая прочность и низкая термоустойчивость.
Для повышения прочности и термоустойчивости предложено изменить состав огнеупора (вес. %): 15...20 диоксида циркония, 60...75 глинозема, 25...30 оксида магния.
8.17. Пример описания изобретения
С02 F 1/00
Способ очистки сернокислых сточных вод ванадиевых производств
Изобретение относится к технологии нейтрализации и очистки сернокислых сточных вод ванадиевых производств от соединений ванадия, марганца, хрома и может использоваться в других отраслях промышленности для очистки сернокислых сточных вод от указанных соединений.
Известен способ очистки сточных вод, содержащих ванадий и тяжелые металлы, включающий полное осаждение на первой стадии ионов железа (111) и отделение осадка с последующей обработкой частично осветленного стока гумматами для полного осаждения ионов ванадия в виде концентрата ванадия [1]*. Недостатком способа является невозможность получения осадков концентрата марганца.
* Cсылка на источник, приведенный в библиографическом списке описания способа.
285
Известен также способ очистки сернокислых и солянокислых сточных вод, содержащих соединения ванадия, марганца и хрома, включающий нейтрализацию вод известковым молоком, осаждение ионов тяжелых металлов сульфидом натрия и последующее подщелачивание сточных вод, ввод полиакриламида и осветление вод в отстойных аппаратах, фильтрацию шлама нерастворимых соединений металлов и складирование шлама [2]*. Недостатком способа является получение неутилизируемых плохо фильтрующихся осадков (технического сульфата кальция и/или концентрата марганца), поскольку они тонкодисперсные и загрязнены примесными компонентами.
Для устранения указанного недостатка предлагается способ очистки сернокислых сточных вод ванадиевых производств, включающий операции нейтрализации вод и химического осаждения соединений ванадия, марганца, хрома реагентами с последующим отделением осадка, отличающийся тем, что на первой стадии осаждают и отделяют осадок сульфата кальция, а на второй стадии производят нейтрализацию и химическое осаждение соединений ванадия, марганца, хрома. Причем на первой стадии для осаждения сульфата кальция подают в сточную воду хлорид кальция в стехиометрическом соотношении к сульфат-иону, содержащемуся в сточной воде, а на второй стадии производят нейтрализацию и химическое осаждение соединений ванадия, марганца, хрома карбонатом натрия. При этом карбонат натрия подают в сточную воду в количестве, необходимом для повышения значения рН до величины 8,5.
Проведение на первой стадии операции осаждения хлоридом кальция, взятом в стехиометрическом количестве к содержанию в сточной воде сульфат-иона, путем подачи хлорида кальция в сточную воду позволяет выделить из сточных вод примеси сульфат-иона и получить при этом легко фильтрующийся осадок сульфата кальция с высоким
* Ссылка на источник, приведенный в библиографическом списке описания.
286
содержанием основного вещества. Такой осадок после промывки может служить сырьем для получения строительного гипса.
Осуществление на второй стадии операции нейтрализации и химического осаждения соединений ванадия, марганца, хрома карбонатом натрия позволяет очистить сточную воду от указанных ионов и непосредственно получить марганцевый концентрат, который может быть использован
вкачестве добавки при выплавке стали в металлургии или
вкачестве сырья для получения соединений марганца. При нейтрализации вод и осаждении соединений ванадия, марганца, хрома карбонатом натрия в количестве, меньшем рН 8,5, наблюдается низкая степень очистки сточных вод
от указанных ионов, а при рН более 8,5 − наблюдается перерасход карбоната натрия.
Пример 1. Испытания способа очистки проводили с кислой (рН 1,45) сточной водой Чусовского металлургического завода, содержащей следующие примеси (г/л): V2O5 0,23; SiO2 0,06; MnO 1,45; Fe2O3 0,0041; TiO2 0,0014; Cr2O3 0,02; P 0,016; CaO 0,94; MgO 0,24; Al2O3 0,005; H2SO4 5,4; нерастворимый остаток 26,95. В термостатированный при 75 °С реактор заливали 200 мл сточной воды. Затем проводили первую стадию очистки воды, для чего микронасосом в реактор со сточной водой со скоростью 0,6 мл/мин подавали 9,1%-ный раствор хлорида кальция в стехиометрическом количестве к содержащемуся в воде сульфат-иону. Образовавшуюся суспензию первичного осадка CaSO4 переливали в мерный цилиндр и отстаивали при температуре 50 °С. При этом регистрировали скорость процесса седиментации частиц осадка. Затем осветленный раствор декантировали, а сгущенную суспензию первичного осадка фильтровали на вакуум-фильтре, регистрируя скорость фильтрации. Отфильтрованный первичный осадок сушили при температуре 110 °С до постоянного веса и анализировали.
287
Далее проводили вторую стадию процесса очистки сточной воды. Для этого фильтрат помещали в термостатированный при температуре 75 °С реактор и микронасосом в раствор подавали раствор карбоната натрия с концентрацией 10 % до момента достижения в реакторе величины рН 8,5. Затем в суспензию подавали 0,2%-ный раствор полиакриламида из расчета 2 л/м3 суспензии. Измерения скорости седиментации частиц осадка проводили в цилиндре при температуре 20 °С. Затем осветленный раствор декантировали, а сгущенную суспензию вторичного осадка фильтровали на вакуум-фильтре, измеряя скорость фильтрации. Отфильтрованный вторичный осадок сушили до постоянного веса и анализировали. Фильтрат подвергали химическому анализу. В результате очистки очищенная вода не содержала примесей V2O5, Cr2O3, SiO2, P, CaO, MgO, Al2O3, H2SO4, нерастворимого остатка. Показатели эффективности очистки сточной воды приведены в табл. 8.1, а показатели первой и второй стадий осаждения (состав осадков и скорости седиментации и фильтрации осадков) − в табл. 8.2.
Таблица 8.1
Степень очистки (%) кислых сточных вод ванадиевых производств от примесей ионов Mn, V, Cr
Компоненты |
Заявляемый |
Способ очистки |
способ очистки |
по прототипу |
|
|
(пример 1) |
(пример 2) |
MnO |
99,05 |
82,3 |
|
|
|
V2O5 |
100 |
100 |
Cr2O3 |
100,0 |
100 |
288
Таблица 8.2
Показатели стадий очистки кислых сточных вод ванадиевых производств
|
|
|
Заявляемый |
Способ очистки |
Показатели |
способ очистки |
по прототипу |
||
|
|
|
(пример 1) |
(пример 2) |
Первая стадия – |
осаждение сульфата |
кальция |
||
Содержание |
(%) основ- |
|
|
|
ных компонентов в осад- |
|
|
||
ке 1: |
|
|
|
|
CaSO4 |
|
|
91,29 |
80,24 |
MnO |
|
|
0 |
4,43 |
Cr2O3 |
|
|
0 |
0 |
V2O5 |
|
|
0 |
1,92 |
Скорость |
седиментации |
|
|
|
частиц осадка 1, м/ч |
3,32 |
0,77 |
||
Скорость |
|
фильтрации |
|
|
осадка 1, м3/м2·ч |
2,80 |
1,10 |
||
Вторая стадия – |
осаждение ионов |
V, Mn, Cr |
||
Содержание |
(%) основ- |
|
|
|
ных компонентов в осад- |
|
|
||
ке 2: |
|
|
|
|
CaСO3 |
|
|
34,50 |
– |
MnСO3 |
|
|
37,91 |
– |
Cr2O3 |
|
|
0,15 |
– |
V2O5 |
|
|
1,65 |
– |
Скорость |
седиментации |
|
|
|
частиц осадка 2, м/ч |
2,25 |
– |
||
Скорость |
|
фильтрации |
|
|
осадка 2, м3/м2·ч |
2,60 |
– |
Пример 2. Испытания способа очистки кислых сточных вод по прототипу проводили со сточной водой Чусовского металлургического завода указанного состава. Согласно прототипу операцию нейтрализации вод производили стехиометрическим количеством известкового молока
289
с концентрацией Са(ОН)2 100 г/л. Затем, не отделяя осадок сульфата кальция от раствора, производили осаждение ионов тяжелых металлов 1%-ным раствором сульфида натрия, подаваемым в стехиометрическом количестве к суммарному содержанию ионов Mn, V, Cr. После осаждения ионов Mn, V, Cr производили подщелачивание суспензии, ввод полиакриламида, осветление воды и фильтрацию осадка.
По представленным в табл. 8.1, 8.2 данным видно, что очистка вод от примесей ионов V, Mn, Cr по заявленному способу протекает лучше, чем по прототипу: степень очистки воды по MnO составляет 99,05 %, против 82,3 %. Образующийся при этом на первой стадии осадок имеет высокое содержание сульфата кальция (91,29 %) и не содержит примесей ионов V, Mn, Cr, что позволяет использовать его в качестве сырья для получения строительного гипса. Причем получаемый осадок имеет высокую скорость седиментации и фильтрации.
Образующийся на второй стадии осадок также имеет высокую скорость седиментации и фильтрации и содержит 37,9 % карбоната марганца, что дает возможность использовать его в качестве добавки при получении марганцовистых сталей или в качестве сырья для получения соединений марганца.
Получающийся по прототипу осадок содержит не более 80,24 % сульфата кальция и загрязнен примесями марганца и оксида ванадия. Такой осадок не может служить сырьем для получения строительного гипса и не является марганцевым концентратом из-за низкой концентрации марганца. Кроме того, образующийся по прототипу осадок имеет в 4 раза меньшую скорость седиментации частиц (0,77 против 3,3 м/ч) и в 2,7 раза меньшую скорость фильтрации осадка.
Таким образом, по сравнению с прототипом очистка кислых сточных вод по заявляемому способу позволяет эффективно очищать сточные воды с образованием хорошо отстаивающихся и быстро фильтрующихся осадков с одно-
290