Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_10807
.pdf
Полное техническое задание принято: декабрь. 74, 1934.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в области электрических выпрямителей и связанные с ними вопросы.
Мы, корпорация RuBEN RECTIFIER, учрежденная и действующая в соответствии с законами штата Делавэр,
Соединенные Штаты Америки, расположенная по адресу: 46, Lawton Street, New Rochelle, штат Нью-Йорк,
Соединенные Штаты Америки, настоящим заявляем о характере данного изобретения и о способе его
осуществления, которые подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится к односторонним проводящим электрическим парам электрохимического
пленкообразующего типа, включающим тело из электроположительного материала и другое тело из
электроотрицательного материала, находящееся с ним в контакте.
Общими целями изобретения являются: создание таких пар, обладающих улучшенными характеристиками,
являющихся эффективными, экономичными и легко изготавливаемыми, а также имеющих длительный срок
службы; создание в таких парах дополнительного элемента, который предотвращает в процессе эксплуатации
образование поляризующей жидкости, снижающей эффективность и сокращающей срок службы; и
конструктивные варианты устройства, которые легко изготавливаются и позволяют эффективно использовать
и эксплуатировать его.
Конкретной целью изобретения является создание такой пары, снабженной слоем неполяризующего
вещества, контактирующего с материалом, составляющим ее электроотрицательный электродный элемент,
для предотвращения образования в процессе работы поляризующего материала рядом с
электроотрицательным материалом и для обеспечения стабильности выходного сигнала и повышения
эффективности.
Согласно настоящему изобретению, тело электроположительного материала образовано из соединения
кремния с одним из элементов: бериллием, магнием, кальцием, цинком и алюминием, а тело
электроотрицательного материала образовано из одного или нескольких оксидов, сульфидов, селенидов и
теллуридов металлов.
Ранее были предложены электрические выпрямители и лампы для переменного тока низкого напряжения и
низкой частоты, которые включают в себя твердые выпрямляющие электроды из кремния или сплава
кремния, в котором кремний присутствует в преобладающем количестве. [Цена 1/-]
Электроположительный электродный элемент предпочтительно изготавливается из гранулированного
силицида магния. Наилучшая плотность сетки для такого материала была определена в диапазоне от 36 до
60. Было обнаружено, что при использовании более мелкой сетки контактное сопротивление становится
нежелательно высоким, а при использовании более крупной сетки результирующие элементы оказываются
нежелательно негерметичными из-за локального давления. В качестве электроотрицательного электродного
материала во многих случаях используется гранулированный сульфид меди (II), но более предпочтительным
материалом является смесь сульфида меди (II) и селенида меди (II) с размером частиц около 100 меш.
Подходящим методом получения такой смеси является добавление примерно 0,0% селена к сульфиду
меди(II) с последующей термической обработкой смеси в течение значительного периода времени, например,
около трех часов, при температуре около 2300 °C в вакууме для предотвращения окисления и испарения
избытка серы и селена.
При работе с такими электроположительными и электроотрицательными материалами необходимо
использовать структуру, которая будет удерживать эти гранулированные материалы вплотную друг к другу
под достаточным давлением, чтобы обеспечить хороший контакт между ними. Это легко достигается с
помощью чашеобразного элемента, в котором электроположительный материал в гранулированной форме
размещается над массой электроотрицательного материала.
В соответствии с настоящим изобретением, любая из описанных выше односторонних проводящих пар
улучшается за счет использования вещества или веществ, препятствующих в процессе эксплуатации
образованию поляризующего материала рядом с электроотрицательным материалом. В работе некоторых
пар было замечено, что довольно часто наблюдается постепенное снижение выходной мощности с
сопутствующим снижением эффективности, которое, по-видимому, в значительной степени зависит от
образования нежелательного слоя поляризующего материала рядом с электроотрицательным материалом.
Было установлено, что благодаря нанесению слоя неполяризующего вещества рядом с
электроотрицательным материалом в соответствии с настоящим изобретением, срок службы любой из таких
пар электродов может быть значительно увеличен. После этого такие пары снабжены слоем
неполяризующего вещества и могут эффективно работать с практически постоянной выходной мощностью,
что значительно увеличивает срок их службы.
Неполяризующее вещество включает в себя один из следующих материалов: углерод, карбиды металлов,
металлические тела с обугленными поверхностями и сплавы никеля и хрома. В качестве конкретных
примеров некоторых наиболее желательных неполяризующих веществ можно привести вещество, известное
под зарегистрированным товарным знаком «аквадаг», калий, графит, карбонизированный никель,
карбонизированный свинец, сплавы никеля и хрома, известные под торговым названием «нихром», а также
проводящие карбиды с относительно низким сопротивлением, такие как карбид вольфрама, карбид тантала и
карбид хрома.
Предпочтительно, слой неполяризующего вещества в сборке обеспечивается следующим образом. Вплотную
к электроотрицательному материалу вставляется элемент из обугленного никеля, предпочтительно в форме
шайбы. Эта шайба представляет собой никелевый лист с нанесенным на него углеродным покрытием. Вместо
карбонизированного никеля можно использовать карбонизированный свинец, то есть свинцовую шайбу,
покрытую углеродом. Такой элемент размещается в сборке таким образом, что карбонизированная сторона
примыкает к электроотрицательному материалу. Когда используются карбиды с относительно низким
сопротивлением, из их прессованных порошков формируются пластинки.
При использовании сплавов никеля и хрома выбирается сплав с относительно большим содержанием хрома
(0,50%).
Было установлено, что тонкие листы латуни, содержащие около 20 процентов или более цинка, могут быть
использованы для предотвращения образования поляризующего материала вблизи электроотрицательного
электродного элемента при условии, что выпрямительная сборка находится под высоким давлением, а
рабочие температуры поддерживаются ниже 1500 °C.
В таких условиях эти латунные листы можно считать слоями неполяризующего материала.
Для ясности понимания изобретения приводятся прилагаемые чертежи, иллюстрирующие, в частности, ряд
вариантов осуществления изобретения, на которых: Фиг. 1 — вид сверху устройства, описываемого
настоящим изобретением; Фиг. 2 — сечение по линии 2-2 Фиг. 1; Фиг. 3 — вид снизу устройства,
изображенного на Фиг. 1 и 2; Фиг. 4 — сечение модификации устройства, изображенного на Фиг. 1 и 2; Фиг. 5
— вид частично в сечении и частично в проекции модификации устройства, описываемого настоящим
изобретением; Фиг. 6 — проекция другой модификации устройства, описываемой настоящим изобретением, с
частично отломанными частями.
Рис. 7 представляет собой схематическое поперечное сечение элементарной односторонней проводящей
пары сухого поверхностного контакта, сформированной в соответствии с еще одним вариантом
осуществления настоящего изобретения; рис. 8 представляет собой поперечное сечение одной из
структурных форм устройства настоящего изобретения, использующей пары типа, изображенного на рис. 7. 9.
Рис. 9 представляет собой поперечное сечение еще одной конструктивной модификации устройства
настоящего изобретения. На фиг. 10 представлен вид сверху с частями 95, разрезами и отломанными
частями дальнейшей структурной модификации устройства, описанного в настоящем изобретении; на фиг. 11
представлен вид с торца устройства, изображенного на фиг. 10; и на фиг. 12 представлен поперечный разрез
одного из 400 соединительных элементов конструкции, изображенной на фиг. 10 и 11.
Обращаясь к чертежу, на фиг. 1 и 2 показаны виды одного из вариантов устройства настоящего изобретения,
которое состоит из металлического основания 10 из любого хорошего электропроводящего материала,
предпочтительно меди, снабженного практически металлическим штекером 11 из электропроводящего
материала, такого как медь. При желании этот соединительный элемент может быть выполнен цельным с
базовым элементом 10. Одна грань пробки 11 снабжена слоем 12 из относительно электропроводящего
материала, такого как сульфид меди 115, который может быть сформирован непосредственно на ней путем
воздействия паров серы на поверхность пробки 11 известным способом или может быть сформирован путем
нанесения на поверхность пробки 11 массы гранулированного сульфида меди, частицы которого
предпочтительно имеют размер, позволяющий им проходить через сито с размером ячейки от примерно 86 до
60 меш.
Изолирующий воротник 1.3 расположен 125 над сульфидной пробкой 11, образуя чашеобразный элемент,
имеющий изолирующие стенки и дно из относительно электроотрицательного материала. Воротник 1 может
быть изготовлен из любого подходящего изоляционного материала, но 130 421,136 421,136 для
предотвращения его разрушения при приложении давления, предпочтительно изготовлен из алюминия и
покрыт изнутри изоляционным оксидным слоем. Масса 15 электроположительного материала расположена
внутри воротника 13. Эта масса 15 может состоять из единой кристаллической структуры или из нескольких
мелких кусочков соединения силицида плитки.
t10 Упругий металлический элемент 16, предпочтительно в показанной форме, включающей множество
упругих рычагов 17, снабжен выступающей частью 18, преимущественно цилиндрической формы,
предпочтительно из меди, предназначенной для выступа в воротник 13 и контакта с массой 15. Каждый из
рычагов 17 имеет отверстие для установки болта 19 достаточной длины, чтобы он проходил через отверстие
в опорном элементе 10, при этом болт 19 изолирован от опорного элемента изоляционным кольцом 20. Эти
болты предназначены для скрепления узла, как показано на рис. 2, чтобы создать нагрузку на упругие рычаги
17 и, таким образом, приложить достаточное давление к массе 15 между заглушкой 11 и выступающей частью
18 для обеспечения хорошего контакта между ними. Данное устройство завершается закреплением
электрического клеммного разъема 21 на базовом элементе и установкой дополнительного электрического
клеммного разъема 22 в электрическом контакте с упругим элементом 16 любым желаемым способом.
На рис. 4 показана модификация структуры, изображенной на рис. 1 и 2. Основание 10', аналогичное
основанию 10 на рис. 2, предпочтительно выполнено из меди и является неотъемлемой частью заглушки или
выступающей части 11', а также снабжено резьбовым стержнем 23. Выступающая часть 11' снабжена
поверхностью 12 из электроотрицательного материала, над которой расположен воротник 13, а внутри него
размещена масса 15 из кремниевого материала. Другой базовый элемент 101, имеющий выступающую часть
1111 и резьбовой хвостовик 23', расположен, как показано на рисунке, таким образом, что поверхность
выступающей части 11" соприкасается с массой 15 внутри воротника 13. Упругий крестовина 24, по форме
напоминающая элемент 16 в плане, но с изогнутыми, как показано на рисунке, плечами, расположена над
стержнем 23W, а болты 191, проходящие через отверстия в крестовине 24 и базовых элементах 101, 10ln,
завершают сборку.
Эти узлы могут быть соединены последовательно путем соединения хвостовиков 23 и 23' соседних узлов с
помощью внутренних резьбовых муфт 25.
На рис. 5 показана модификация устройства, в которой несколько асимметричных пар, аналогичных
изображенным на рис. 1 и 2, расположены последовательно.
Каждый из базовых элементов 26 выполнен аналогично элементу 16, однако каждый из них снабжен
заглушкой 27, аналогичной заглушке 11, установленной на базовом элементе 10. Каждый из этих
соединительных элементов 27 выполняет функции одновременно элементов 11 и 18 устройства,
изображенного на фиг. 1 и 2, когда блоки данной модификации укладываются друг на друга, как показано, с
массами 15, расположенными между соседними соединительными элементами и заключенными 75 внутри
изолирующих воротников 13.
Сквозные болты 28 скрепляют между собой узлы сборки, изоляционные кольца 29 используются для
предотвращения короткого замыкания между контактами, а электрические клеммные зажимы 80 21 и 22,
каждый из которых находится в электрическом контакте с концевым блоком, как и в первой модификации,
завершают сборку.
При необходимости асимметричная пара или пары могут быть установлены и эксплуатированы 85 в вакууме с
помощью подходящей конструкции, например, показанной на рис. 6, которая включает в себя основание
вакуумной трубки 80, снабженное опорами клеммных элементов 81, надлежащим образом закрепленными на
клеммных элементах 90 32, предпочтительно из меди. Между соседними концевыми элементами 32-32
расположены пара электродных элементов 33 и 34. Эти блоки скреплены между собой болтом 35,
изолированным от блоков bb подходящей изоляционной втулкой 36. Устройство, показанное на рис. 6,
представляет собой двухволновое выпрямительное устройство, в котором каждая полуволна переменного
тока также выпрямляется одной парой электродных элементов 33 и 34. В таком случае два электродных
элемента 33-33 предпочтительно изготавливаются из прессованной массы силицидного соединения,
например, силицида магния или силицида кальция 105. Электродные элементы 34---34 предпочтительно
изготавливаются из сульфида меди.
На рисунках 7 и 8 показан структурный вариант модифицированной формы изобретения FAirther 110O, в
которой элементарная односторонняя проводящая пара сухого поверхностного контакта состоит из
электроположительного электродного элемента 40, образованного из соединения кремния с одним из
элементов: бериллием, магнием, кальцием, цинком и алюминием.
Этот электродный элемент предпочтительно выполнен в виде шайбы, при этом силицид спрессован и, при
необходимости, смешан со связующим веществом 120 для получения элемента такой формы. Шайба 40
соприкасается лицевой стороной с электроотрицательным элементом 41, образованным из сульфида и/или
селенида или одного или нескольких оксидов металлов. 125 Слой 42 неполяризующего вещества, подобного
упомянутому ранее, помещается в контакт с противоположной стороной электроотрицательного электродного
элемента 41. Когда эти элементы выполнены в виде шайб (рис. 30), их можно легко собрать, как показано на
рис. На болте 4.3, снабженном изолирующей втулкой 44 и парой шайб с буртиком 4.5 и 16, установлена
клеммная пластина 4, соприкасающаяся лицевой стороной с электроположительным электродным элементом
40, рядом с которым расположен электроотрицательный электродный элемент 41, соприкасающийся лицевой
стороной со слоем неполяризующего вещества 42. Слой 42 неполяризующего вещества взаимодействует с
другой клеммной пластиной 48, рядом с которой установлена другая односторонняя проводящая пара,
неполяризующий слой 42 которой взаимодействует с третьей клеммной пластиной 49.
С помощью болта обеспечивается возможность приложения давления к элементам для обеспечения прочного
контакта между ними.
На рис. 9 показана структурная модификация, предпочтительно используемая, когда электроположительные и
электроотрицательные материалы находятся в гранулированной форме. Основание 50, предпочтительно в
форме диска или квадратного листа, изготовленного из меди, снабжено резьбовым стержнем 31 и
выступающей частью 52, выполняющей функцию концевого элемента. На поверхности выступающей части 52
предпочтительно располагается шайба 33 из свинца и тонкий лист карбонизированного никеля 54. Воротник
55 расположен над выступающей частью 52 и взаимодействует со свинцовой шайбой 53 и элементом из
карбонизированного никеля 54, образуя чашеобразный элемент с изолирующими стенками 56 и дном,
снабженным слоем неполяризующего вещества. Воротник 55 может быть изготовлен из любого подходящего
изоляционного материала, такого как стекловидная эмаль или силикат магния, известный в торговле как
«стеатит» и зарегистрированный товарный знак «лавит», но предпочтительно изготавливается из алюминия и
покрывается изнутри изоляционным оксидным слоем 36.
Масса 57 гранулированного электроотрицательного материала, предпочтительно смеси сульфида меди и
селенида меди, частицы которого предпочтительно имеют размер около 100 меш, помещается в воротник 55
поверх слоя неполяризующего вещества 34. Масса электроположительного материала, такого как оксид
магния в гранулированной форме, частицы которого имеют размер, позволяющий им проходить через сито с
размером ячейки от 36 до 60 меш, располагается над массой 37 электроотрицательного материала внутри
кольца 53. На электроположительный материал 58 устанавливается еще одна свинцовая шайба 33', при
желании в качестве промежуточного элемента 354' используется обычный никелевый лист, чтобы
предотвратить проникновение зерен электроположительного материала в относительно мягкую поверхность
свинцовой шайбы 531 при приложении давления. Другой базовый элемент 50', имеющий резьбовой хвостовик
511 и выступающую часть 521, выполняющий функцию второго концевого элемента, расположен, как показано
на рисунке, так что поверхность выступающей части 52' соприкасается со свинцовой шайбой 70 внутри
воротника 5.5.
Упругий крестовина 3.9, плечи которого изогнуты, как показано на рисунке, располагается над хвостовиком 31'
и болтами 6J0, проходящими через отверстия в плечах крестовины 75 39, а базовые элементы 50 и 501
завершают сборку. Болты 60 снабжены соответствующими изоляционными кольцами 61 для предотвращения
короткого замыкания асимметричной пары. Электрический клеммный разъем 8G 62 установлен на базовом
элементе 30. Устройство может быть дополнено установкой дополнительной электрической клеммы l2' на
неподсвеченный электрический контакт, соединенный с основанием mi mljer.-0' или, когда 85.
Предполагается, что эти блоки будут расположены последовательно путем соединения хвостовика 51' с
хвостовиком 1 соседнего блока посредством внутренней резьбовой муфты 63.
На рис. 10 показана структурная модификация устройства, изображенного на рис. 9, с расположенными
односторонними проводящими парами для преобразования переменного тока в постоянный. Каждая пара
состоит из пары базовых элементов 64 и 64', предпочтительно из меди, снабженных заглушками с
выступающими частями 65 и 651, предназначенными для использования в качестве концевых элементов
пары. Вставки 6i и 65' проходят через базовые элементы 64 и 64' соответственно, образуя выступы 66 и 6(J6').
Соседние пары имеют своих базовых членов 64', 64', электрил,-lv: соединенных вместе мнеталическим тэ-ве
67, который получает эти проекты Gs tiWjl, 66' как 1t0-hw n. Каждая пара завершается блоком i68, который
включает в себя электроположительный и электроотрицательный электродные элементы, один из которых
электрически соединен с разъемом 65, а другой электрически соединен с разъемом 631.
Предпочтительно, пары элементов устанавливаются блоками по две и скрепляются между собой болтами 69,
69, проходящими через концевые блоки -0, 70, предпочтительно из стали, так что пары элементов могут
поддерживаться под требуемым давлением. Болты 69, 69 mnay, при желании, могут проходить через
отверстия в основании lemlil) ers G4, 641, поскольку последние изготовлены с большой площадью
поверхности i29, чтобы эффективно выполнять функцию тепловых ребер.
Изоляционные элементы корпуса Li n.chi l. -ves 71 71 установлены на болтах {;J I,' для исключения
возможности короткого замыкания tlhe t''c1"I I)eil:' замыкания болтами;' ', Концевые блоки 125 70, 70;p eTir,-d
для приема выступов ti;6, (;t;.i i, I{t.at b etween one end block 70 l(ld tei a idjacent base tnelliber 6-2 a slii ' i, ijFIujted
to allow the end block 70, lo le resilient stressed. 130 421,136 current flow was about 30 ampes.
Затем сопротивление увеличивали до тех пор, пока ток не достиг примерно 18-20 ампер, и использовали
несколько 5-секундных периодов подачи тока, пока напряжение не достигло максимального значения в 70
ампер. Однако очевидно, что изготовление сварных соединений не зависит от применения конкретного
описанного метода.
В сборках предпочтительно использовать по меньшей мере одну свинцовую шайбу 53 75, прилегающую к
элементу 54 из неполяризующего вещества, поскольку при достаточном давлении на пару элементов
свинцовая шайба расширится, полностью закрыв конец 80, воротник 55 или 80 и герметизируя от атмосферы
относительно нестабильный электроотрицательный материал. Для обеспечения эффективной герметизации
рядом с электроположительным материалом используется вторая свинцовая шайба 53', как показано на
рисунке 85.
Давление, используемое при формировании сварных соединений, не только обеспечивает хороший контакт
между электроположительным и электроотрицательным материалами для получения эффективного сварного
шва и образования токоблокирующей пленки, но и расширяет свинцовые шайбы для герметизации
материалов электродов.
Дополнительное давление используется в готовых сборках для обеспечения хорошего контакта между
соседними поверхностями элементов, для эффективного формирования в местах соединения
электроположительного и электроотрицательного материалов обратной токоблокирующей пленки, когда
сварные соединения не используются, для обеспечения сохранения токоблокирующей пленки во время
работы устройства и для быстрого рассеивания тепла. В работе изображенного устройства
электроположительный материал образует катод, а электроотрицательный материал — анод, и когда ток
проходит между этими электродами в течение периода формирования, между ними образуется обратная
токоблокирующая пленка. Считается, но это отнюдь не точно, что эта блокирующая ток пленка 115, когда
анод состоит из сульфида меди, а катод — из силицида магния, представляет собой сульфид кремния и
магния. Однако нежелательно придерживаться этой теории в отношении вероятной природы соединений,
составляющих пленку, блокирующую обратный ток.
Использование неполяризующего вещества, такого как углерод, по-видимому, предотвращает в процессе
работы образование поляризующего материала 125 рядом с электроотрицательным материалом, что, как
было установлено, постепенно снижает выходную мощность асимметричного или одностороннего
проводящего контура с последующим уменьшением 130. Базовые элементы 64, 64 снабжены кронштейнами
73, 73, которые служат опорами и электрическими соединениями.
Как показано на рис. 10, два блока установлены рядом друг с другом на металлических полосах 74 и 75,
которые служат электрическими соединителями между соседними блоками. Полученная конструкция
используется для преобразования переменного тока в постоянный путем соединения клемм переменного тока
76 и 77 с металлическими полосами 74 и 75, при этом постоянный ток подается из сборки через клеммы
постоянного тока 78 и 79, одна из которых подключена к базовому элементу 641 в одной группе, а другая — к
базовому элементу 64 в другой группе.
Блок 68, изображенный на рис.
12 В целом, это аналогично изображению на рис. 9. Он включает в себя воротник 80 из изоляционного
материала, такого как силикат магния, известный в торговле как «стеатит» и под зарегистрированной торговой
маркой «лавит», окруженный металлическим кольцом 81, предпочтительно из латуни, предназначенным для
усиления воротника 80 и для рассеивания тепла. Дополнительной особенностью блока 68 является наличие
сварного соединения, которое повышает эффективность работы, исключает необходимость формовки при
вводе блока в эксплуатацию и обеспечивает единую конструкцию, с которой легко работать.
Предпочтительно сварное соединение получают путем размещения воротника 80 над выступающим
электродом и вставки в него свинцовой шайбы 53, предпочтительно толщиной около 30 мил, диска из
карбонизированного никеля 54, предпочтительно толщиной около одной мил, небольшого количества
электроотрицательного материала, предпочтительно смеси сульфида меди и селенида меди с размером
частиц около 100 меш, соответствующего количества силицида магния, предпочтительно с размером частиц
от 36 до 60 меш, никелевого диска 541 и дополнительной свинцовой шайбы 53' в указанном порядке. Второй
электрод приводится в контакт со свинцовой шайбой 53', прикладывается давление, и между электродами от
электроотрицательного материала (стороны анода) к электроположительному материалу (стороне катода)
протекает ток с напряжением и силой тока, превышающими те, при которых рассчитана работа пары. Этот
поток тока продолжается до тех пор, пока материалы не будут сварены вместе.
В качестве примера, сварные соединительные пары, рассчитанные на подачу постоянного тока силой около 5
ампер при напряжении около 7 вольт, были сформированы путем размещения их в цепи постоянного тока,
содержащей переменное сопротивление, отрегулированное таким образом, чтобы через пару протекал ток
силой около 50 ампер при напряжении около 12 вольт в течение примерно 2 секунд каждая, причем эти циклы
повторялись до достижения КПД 421 136 и относительно короткого срока службы.
Таким образом, становится видно, что настоящее изобретение эффективно достигает изложенных выше
целей и обеспечивает асимметричные или односторонние проводящие пары, которые имеют простую и
прочную конструкцию и эффективны в работе, включая электроположительные электродные элементы из
сульфида магния и электроотрицательные электродные элементы из электроотрицательного материала,
включающего сульфид меди, с которым связан слой неполяризующего вещества, такого как углерод, и
которые непрерывно работали в течение более 1500 часов при плотности тока около 100 ампер на
квадратный дюйм и потенциале 10 вольт на пару без какого-либо существенного снижения выходной
мощности.
Подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы заявляем, что
то, что мы
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_421137.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=421137&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB421137A
[]
[Второе издание.] ]
СПЕЦИФИКАЦИЯ ПАТЕНТА. 7,.. Дата проведения съезда (США): сентябрь. 27, 1932. 421,137 -, Дата подачи
заявки (в Соединенном Королевстве): сентябрь. 27, 1933. № 26654/33.
Полное техническое задание принято: декабрь. 14, 1934.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в разделении твердых веществ от раствора методом испарения.
Мы, компания BRITISH CELANESE LIMITED, зарегистрированная в соответствии с законодательством
Великобритании, по адресу: Celanese House, 22 & 2.3, Haneyr Square. Лондон, штат Вашингтон, настоящим
заявляет о характере данного изобретения и о том, каким образом оно должно быть выполнено, что должно
быть конкретно описано и установлено в следующем заявлении:
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для разделения твердых веществ из водных
растворов этих веществ, и в частности к разделению в безводной форме твердых веществ, которые
кристаллизуются в гидратированной и безводной формах, из их водных растворов при температурах
соответственно ниже и выше критической температуры.
Испарение растворов твердых веществ, в частности солей, кристаллизующихся с кристаллизационной водой,
с целью получения полученного из них твердого вещества представляет собой множество серьезных
трудностей. Одна из хорошо известных трудностей заключается в том, что растворы не могут быть полностью
выпарены в испарителях, содержащих нагревательные камеры, трубки и тому подобное, поскольку твердый
осадок отделяется и покрывает нагревательные поверхности, что существенно снижает скорость передачи
тепла раствору.
Большие количества водных растворов ацетата натрия образуются во многих процессах. Например, путем
нейтрализации карбонатом натрия или гидроксидом натрия 3,5-процентного водного раствора уксусной
кислоты, образующегося при осаждении ацетата целлюлозы из его раствора в уксусной кислоте, который
получают путем ацетилирования целлюлозы добавлением воды. Для превращения ацетата натрия в ледяную
уксусную кислоту или уксусный ангидрид, используемые для ацетилирования, важно, чтобы ацетат натрия
был безводным. Поэтому до настоящего времени было принято концентрировать растворы ацетата натрия в
испарителях описанного выше типа до образования практически насыщенного раствора без заметного
образования твердых частиц, а затем переносить раствор в открытые испарительные чаши и подобные им
устройства, снабженные мешалками и нагреваемые газовым или масляным пламенем или другими
источниками горячего сгорания. Этот процесс, помимо того, что он расточителен, требует чрезвычайно
длительного и утомительного периода сушки после достижения «тяжелой» стадии, т.е.
Когда масса в испаряющейся жидкости содержит от 8 до 11% воды, поскольку испарение не проводится очень
медленно и с большой осторожностью, образуются твердые агломераты, которые трудно, а иногда и
невозможно разрушить. Таким образом, будет видно, что при выделении безводной формы ацетата натрия,
образующей кристаллы, содержащие кристаллическую воду, при температуре ниже критической, около 40 °C,
с помощью ранее известных процессов, крайне сложно избежать, среди прочего, образования этих твердых
агломератов. Кроме того, если используются слишком высокие температуры, всегда существует опасность!
разложения ацетата натрия.
Аналогичные трудности возникают и в случае других веществ, которые, как, например, 75-процентный ацетат
натрия, хорошо растворимы в воде и склонны отделяться от своих растворов в гидратированной форме при
определенных температурах.
Примерами солей, сходных с ацетатом натрия 80 по образованию гидратированной формы ниже
определенной температуры, являются следующие, с указанием их критической температуры: формиат натрия
30 °C, ацетат бария 40 °C, бромид натрия 85 60 °C и тиосульфат калия 80 °C. Следует понимать, что в случае
таких солей, как бромид натрия и тиосульфат калия, в частности, при образовании гидратированных солей
происходит образование твердых агломератов при их отделении. самостоятельный процесс.
Настоящее изобретение описывает способ обработки растворов ацетата натрия и подобных твердых
веществ, при котором твердые вещества отделяются в безводной форме значительно упрощенным способом,
и при этом данный способ позволяет получить продукт превосходного качества. 100 В соответствии с
настоящим изобретением, ацетат натрия и подобные твердые вещества, кристаллизующиеся в
гидратированной и безводной форме из их водных растворов при температурах соответственно ниже и выше
критической температуры, разделяются путем выпаривания водного раствора твердого вещества при
температуре выше критической температуры с образованием безводного твердого вещества и удаления
указанного твердого вещества из маточного раствора 5, при этом температура раствора, контактирующего с
твердым веществом, поддерживается выше критической температуры. Таким образом, при производстве
безводного ацетата натрия согласно изобретению водный раствор ацетата натрия испаряют при температуре
выше примерно 0,40 °C, чтобы осадить безводный ацетат натрия, а твердый ацетат натрия удаляют из
маточного раствора, поддерживая температуру раствора, контактирующего с твердым ацетатом натрия, выше
примерно 400 °C.
Изобретение особенно полезно тем, что устраняет или уменьшает тенденцию к образованию твердых
агломератов в растворе.
Испарение может осуществляться в любом подходящем концентрирующем испарителе, имеющем
соответствующие средства нагрева, например, паровые трубки, воздуховоды и тому подобное, для
поддержания температуры на желаемом уровне. Нагревательные элементы предпочтительно располагаются
внутри испарителя и таким образом, чтобы твердые частицы, отделяющиеся от нагревательных поверхностей
или прилегающие к ним, оседали на дно испарителя. Таким образом, нагревательные элементы
предпочтительно располагаются в верхней части испарителя. Также предпочтительно предусмотрено, что
испарение может осуществляться при пониженном давлении, что позволяет проводить процесс наиболее
экономичным способом. Нагрев раствора при желании может осуществляться вне испарителя и под
давлением в подходящей камере высокого давления, после чего раствор вводится в испаритель, в котором
поддерживается более низкое давление. Таким образом, часть растворителя мгновенно превратится в пар, и
эквивалентное количество ацетата натрия или подобного вещества осядет на дно испарителя вместе с
неиспарившимся раствором и может быть направлено в любое подходящее разделительное устройство.
Для отделения твердых частиц от жидкости могут быть предусмотрены подходящие средства, например,
декантеры или отстойные камеры, но предпочтительнее использовать центрифуги, листовые или другие
фильтры. Предпочтительно использовать фильтр Оливера или другой непрерывный фильтр.
Предусмотрены устройства типа «жакет» или другие средства для поддержания температуры раствора,
контактирующего с твердым веществом, на требуемом уровне при его транспортировке из испарителя в
разделительное устройство.
Кроме того, разделительное устройство снабжено уплотнителями или другими средствами для поддержания
температуры жидкости на требуемом уровне6,5. Отделившаяся от твердого вещества жидкость либо
направляется в дополнительный испаритель, где она может быть подвергнута дальнейшему выпариванию,
либо, что предпочтительнее, возвращается в испаритель, из которого она была извлечена.
Процесс, описанный в настоящем изобретении, особенно полезен при его осуществлении в непрерывном
режиме. Для этой цели было установлено, что использование роторных или подобных им фильтров или сит
особенно полезно для отделения твердых частиц, содержащихся в отделенной части раствора.
Таким образом, жидкость может непрерывно отводиться из испарителя, фильтроваться в непрерывном
фильтре или подобном устройстве и непрерывно подаваться насосом в основную массу раствора. В этом
случае для поддержания уровня в испарителе 85 постоянно подается свежий раствор.
Изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемый чертеж, иллюстрирующий подходящее устройство
для реализации изобретения, однако следует понимать, что изобретение никоим образом не ограничивается
им.
На рисунке 1 изображен испаритель, в который с помощью трубки 2 загружается раствор ацетата натрия или
другого вещества, подлежащего испарению. Испаритель снабжен паровой камерой или корзиной 3, в которую
через трубу 4 подается пар или другое теплоносительное вещество, а конденсат от пара выходит из камеры
через трубу 5.
Пары, образующиеся в результате испарения жидкости, покидают испаритель 1 по трубе 6, которая
предпочтительно соединена с насосом или другим устройством, предназначенным для снижения давления
внутри испарителя, когда требуется испарение при пониженном давлении.
Верхняя часть испарителя 1 соединена с выходной трубой 7, которая 110 окружена рубашкой 8 для начала
нагрева жидкости в трубе 7 с помощью нагревательных элементов или другой подходящей теплоносительной
среды. Выходная труба 7 eoM проходит через клапан 9, при этом фильтр 115 обычно обозначен цифрой 10.
Эта выходная труба 7 может иметь такую высоту, что гидростатическое давление жидкости внизу будет равно
разности между преобладающим атмосферным давлением и абсолютным давлением паров в верхней части
испарителя 1. Если труба 7 должна быть короче, то в линию 7 ниже клапана 9 можно вставить насос для
обеспечения надежной и регулируемой подачи жидкости в фильтр 10.
Фильтр 10, показанный на чертеже, представляет собой роторный фильтр непрерывного действия Oliver, хотя
может быть использован любой подходящий фильтр. Этот фильтр снабжен рубашкой T11, через которую
может пропускаться пар или другое теплоносительное вещество, чтобы избежать испарения фильтруемой
жидкости. При желании, фильтрующий элемент 11 может быть изготовлен из теплоизоляционного материала
для поддержания температуры фильтруемой жидкости. Фильтрующий элемент включает вращающийся
барабан 12, поверхность которого состоит из ряда неглубоких отсеков 13, над которыми размещен
подходящий фильтрующий материал 14. Отсеки 13 соединены трубами 15 с отверстиями в ступице 16,
которые соединяются с трубой 17, ведущей к насосу 18. Конструкция такова, что когда отсек 13 выходит из
жидкости 19, отверстие, соединяющееся с всасывающей линией 17, закрывается и открывается снова только
после того, как отсек снова попадает в жидкость. Фильтрат возвращается по трубе 17 и насосу 18 через линию
20 в испаритель 1.
Для удаления твердых частиц, отфильтрованных из раствора, предусмотрено лезвие или нож 21,
контактирующее с периферией фильтрующего материала 14, при этом эти твердые частицы подаются в
желоб 22, ведущий в сушилку 23. После прохождения через сушилку твердый материал подается к выходному
отверстию 24. Изображенная на чертеже сушилка представляет собой вращающуюся печь, которая может
нагреваться изнутри или снаружи с помощью горячих продуктов сгорания от газовых или масляных горелок
или устройств на основе эфира.
Ниже представлен один из многих способов осуществления настоящего изобретения.
Водный раствор ацетата натрия, подлежащий концентрированию, подается по трубе 2 в испаритель 1. Этот
раствор может иметь концентрацию от 20 до 85% и может, например, быть получен путем нейтрализации с
помощью карбоната натрия или гидроксида натрия водного раствора, образованного осаждением ацетата
целлюлозы в растворе уксусной кислоты, образующейся при ацетилировании целлюлозы путем добавления к
ней воды.
В трубу 6 подается всасывание, так что давление в испарителе 1 составляет от 0,5 до 10 фунтов на
квадратный дюйм в абсолютном выражении. Пар подается в камеру 3 через трубу 4, температура
поддерживается на уровне точки кипения водного раствора ацетата натрия при существующем давлении,
которое составляет от 60 до 90 °C, а вода испаряется. После того как раствор ацетата натрия достигает
концентрации выше точки насыщения, из раствора выделяются кристаллы одлиманацетата. Поскольку
преобладающие температуры соответствуют температурам образования безводных кристаллов ацетата
натрия, эти кристаллы являются безводными, то есть не содержат кристаллизационной воды.
Когда раствор становится достаточно концентрированным для отделения кристаллов безводного ацетата
натрия от раствора, клапан 9 открывается, и насос 1S запускается, так что жидкость откачивается через трубу
7 с рубашкой к фильтру 10. При необходимости в рубашку 8 может быть введена теплоноситель, например,
пар, для поддержания температуры жидкости на требуемом уровне.
Фильтрующий элемент 14, вращающийся на барабане 12, обеспечивает фильтрацию жидкости, при этом
очищенный фильтрат возвращается по трубе 17, насосу 18 и трубе 20 в испаритель 1 для дальнейшего
концентрирования. Если процесс должен быть непрерывным, свежий раствор ацетата натрия непрерывно
подается через трубу 2 для поддержания уровня жидкости в испарителе 1 практически постоянным.
Лопасть 21 захватывает кристаллы безводного ацетата натрия из фильтрующего материала и подает их по
желобу в непрерывную сушильную печь 23, где удаляется любой раствор, механически прилипший к
кристаллам. Затем сухие кристаллы ацетата натрия собирают 9,5 из выходного отверстия 24.
Для того чтобы предотвратить охлаждение жидкости, содержащейся в фильтре 10, ниже температуры, при
которой ацетат натрия образует кристаллы, содержащие кристаллизационную воду (т.е. 40 В.), рубашка 11
фильтра может быть снабжена теплоизоляционным материалом, или через эту рубашку может пропускаться
пар или другое теплоносительное вещество. 105 В свете подробного описания и выяснения природы нашего
изобретения и способа его осуществления, мы заявляем, что то, что мы
Соседние файлы в папке патенты