Патент на изобретение №2177905

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2177905 (13) C2
(51) МПК 7
C01B31/04
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 17.05.2011 – прекратил действие

(21), (22) Заявка: 99124251/12, 16.11.1999

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

16.11.1999

(43) Дата публикации заявки: 27.09.2001

(45) Опубликовано: 10.01.2002

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2057065 C1, 27.03.19960. SU 1497952 A1, 30.01.1994. SU 1662929 A1, 15.07.1991. SU 1727338 A1, 27.08.1995. SU 1781984 A1, 27.07.1990. RU 2118941 C1, 20.09.1998. RU 95109481 A1, 20.06.1997. СТРЕНК Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. – Л.: Химия, 1975, с.47, 61, 63-64. GB 1496643 А, 30.12.1976. US 4895713 А, 23.01.1990. DE 2608866 A1, 08.09.1977.

(71) Заявитель(и):

Федеральное государственное унитарное предприятие “Пермский завод им. С.М. Кирова”

(72) Автор(ы):

Аликин В.Н.,
Кузьмицкий Г.Э.,
Федченко Н.Н.,
Чернышова С.В.,
Миков А.И.,
Татаринов В.В.

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное унитарное предприятие “Пермский завод им. С.М. Кирова”

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСЛЕННОГО ГРАФИТА


(57) Реферат:

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении противопожарных, уплотнительных и конструкционных материалов. В реактор заливают серную кислоту. Под ее слой подают перекись водорода при интенсивном перемешивании и охлаждении. Загружают графит. Через 30-35 мин полученный окисленный графит разбавляют водой, промывают при следующих условиях: г/Vв= 1/10-1/8; dм/D~ 0,4; hм/Н~ 0,5, где Vг, Vв – объемы окисленного графита и воды; dм, D – диаметры мешалки и емкости разбавителя суспензии; hм, Н – высоты мешалки и слоя водно-графитовой суспензии. Промывку ведут 5-7 мин, выдерживают суспензию 5-7 мин, фильтруют, сушат при 100-110oС. Насыпная плотность окисленного графита 8,1-41,2 г/л, Квсп= 8-34. Способ экологически чист, отсутствуют вредные стоки. 1 табл. , 1 ил.


Изобретение относится к получению окисленного (интеркалированного) графита, который может быть использован в качестве конструкционного материала и в различных композициях: вспучивающиеся огнезащитные материалы противопожарного назначения (для защиты металлических и деревянных покрытий конструкций самолетов, космических кораблей, бронетехники, кабельных магистралей, вычислительной техники и т. д. ), огнестойкая система жесткого теплоизоляционного пенополиуретана для строительной отрасли, как различные уплотнительные материалы, работающие при высоких температурах и давлениях.

Типовые испытания показали, что сальниковые уплотнения из терморасширяющего графита зарекомендовали себя как высоконадежные узлы для любых сред и работоспособны при эксплуатационной температуре ~ 500oС и давлении 300 кгс/см2.

В данном способе используется обработка графита концентрированной серной кислотой в смеси с бихроматом калия, персульфатом аммония или азотной кислотой в течение одного часа, затем суспензия разбавляется водой, с последующим отфильтровыванием графита от избыточного окислителя и сушкой до влажности 40-50%.

Недостатками данного способа являются использование в качестве окислителя 2% раствора бихромата калия – вредного для организма человека, раздражающего слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, кроме того, он воздействует на желудочно-кишечный тракт, может вызвать тяжелое отравление организма. Дальнейшая термическая обработка графита приводит к выделению паров с остатками бихромата калия, возникает необходимость в дополнительной очистке воды, воздуха от окислителей. На выходе – большая влажность графита после сушки и, в целом, способ дает низкий выход продукта.

Известен “Способ получения окисленного графита” по а. с. 1781984, кл. С 01 В 31/04, 1990 г.

Данный способ включает в себя предварительную обработку графита перекисью водорода с последующей обработкой хромовым ангидридом, концентрированной серной кислотой, карбамидом и оксидом магния.

Недостатком данного способа является сложная схема обработки графита и использование в качестве окислителя хромового ангидрида. Фактически это яд, поражающий жизненноважные органы человека. Существует трудность регулирования температуры в реакторе предварительной обработки, есть дополнительная операция перегрузки графита из реактора для сушки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является “Способ получения окисленного графита” по патенту 2057065, кл. 6 С 01 В 31/04, 1996 г.

Данный способ включает в себя обработку измельченного кристаллического графита серной кислотой и пероксидом водорода в качестве окислителя, засыпку графита, выдержку реагирующей массы, разбавление, фильтрацию и промывку водой прореагировавшей массы.

Пероксид водорода и серную кислоту перемешивают в соотношении 1: (6-20) мас. ч. при подаче пероксида водорода под слой серной кислоты, производят интенсивное перемешивание и непрерывное охлаждение до образования однородной смеси, затем засыпают графит в соотношении 1: (2-3) мас. ч. серной кислоты, выдерживают реагирующую массу при непрерывном перемешивании в течение 10-20 мин, после чего прореагировавшую массу подают на фильтрацию. В данном способе перемешивание пероксида водорода и серной кислоты и окисление графита ведут при барботаже воздуха.

Недостатками данного способа являются усложнение конструкции аппарата для обеспечения барботажа воздухом, возможное испарение жидкости струей барботажного воздуха, большой расход энергии, а также подача пероксида водорода под давлением.

Задачей настоящего изобретения является получение качественного окисленного графита в условиях экологически чистого, безотходного производства. Качество графита контролируется основными выходными параметрами, коэффициентом вспучиваемости.

Поставленная задача решается следующим образом.

В известном способе получения окисленного графита, включающем обработку графита серной кислотой и перекисью водорода в качестве окислителя, причем перекись водорода подают под слой серной кислоты при интенсивном перемешивании и охлаждении, засыпку графита, разбавление, фильтрацию, промывку и сушку прореагировавшей массы, процесс окисления графита ведут в течение 30-35 мин, а при отмывке в разбавителе суспензии соблюдают следующие условия:
Vг/Vв= 1/10-1/8;
dм/D~ 0,4;
hм/Н~ 0,5,
где Vг, Vв – объемы окисленного графита и воды;
dм, D – диаметры мешалки и емкости разбавителя суспензии;
hм, Н – высоты мешалки и слоя водно-графитовой суспензии,
причем после отмывки проводят выдержку при соотношении времени отмывки и времени выдержки 1: 1, а сушку окисленного графита осуществляют при температуре 100-110oС.

Таким образом, гидродинамический процесс определяется типом перемешивающего устройства, частотой вращения мешалки реактора, температурой промывки воды, временем перемешивания и временем выдержки после перемешивания.

Способ использует только перекись водорода и серную кислоту.

Способ осуществляют следующим образом.

Серная кислота или олеум перекачивается из емкости-хранилища 2 в мерник 4 с помощью вакуум-насоса 7, далее самотеком в реактор синтеза 5. Перекись водорода из емкости-хранилища 1 самотеком поступает в мерник 8, далее осуществляется объемное дозирование перекиси водорода в реактор синтеза 5. Воронка 3 с навеской графита устанавливается на реактор 5.

Окисление графита проводится в реакторе синтеза 5.

В реактор синтеза 5 из мерника 4 заливают дозу серной кислоты, включают мешалку реактора и из мерника 8 с помощью трубки доза перекиси водорода тонкой струйкой подается под слой серной кислоты, исключая перегрев среды за счет автоматической подачи в рубашку реактора холодной воды с температурой 5-25oС. Загрузку графита проводят при работающей мешалке открытием шибера на воронке 3. Температура реакционной смеси должна быть в пределах от 25-55oС. Процесс окисления в реакторе длится 30-35 мин при постоянно работающей мешалке. Далее окисленный графит из реактора синтеза с помощью сжатого воздуха передавливается в нижнюю часть разбавителя суспензии 6 при включенной мешалке, в него же заливается необходимое количество хозяйственно-питьевой воды. Для поддержания температуры разбавления суспензии в пределах 40-60oС в рубашку подается холодная вода с температурой 5-25oС, содержимое разбавителя охлаждается при перемешивании до температуры 25-30oС. Промывка окисленного графита в разбавителе проводится при работающей мешалке в течение 5-7 мин, после чего мешалка разбавителя останавливается. Производится выдержка 5-7 мин и далее масса окисленного графита вакуум-насосом 9 подается на фильтрацию. Окисленный графит, оставшийся на вакуум-фильтре 10, промывают хозяйственно-питьевой водой от остатков кислоты, подаваемой порциями до достижения рН водной вытяжки графита 3,5-7, далее графит с влажностью не более 40% направляют в сушилку 11. Сушка окисленного графита проводится до влажности не более 5% при температуре 100-110oС, после чего графит поступает на расфасовку. Вода после фильтрации и отжима графита насосами 13, 14 поступает в емкость для сбора кислых вод 12, в которую при включенной мешалке загружают порцию известковой пасты. Полученную гипсовую суспензию перемешивают в течение 5-7 мин, после чего сливают с помощью насоса 14 на фильтр 15. После фильтрации гипс с влажностью 30% поступает на фасовку.

Реактор синтеза 5 имеет фиксированные значения D, Н и т. д.

Из опытных работ (см. таблицу) видно, что коэффициент вспучивания изменяется в пределах от 8 до 34 единиц в зависимости от типа перемешивающего устройства, частоты вращения мешалок, состава окислительной смеси.

Для оптимизации режима отмывки проведен комплекс экспериментально-расчетных работ. Экспериментальные работы проведены для проверки адекватности расчетной гидродинамической модели процесса на основе математического моделирования уравнений Навье-Стокса для ньютоновской жидкости методом конечных элементов.

Результаты получены на “модели” и подтверждены в натурном эксперименте для нестандартного смесительного аппарата с якорной мешалкой при выполнении в общем случае безразмерных условий:
dм/D~ 0,4;
hм/Н~ 0,5,
где dм – диаметр мешалки;
D – диаметр емкости разбавителя;
hм – высота мешалки;
Н – высота слоя водно-графитовой смеси.

Выполнение условий, определяющих гидродинамику процесса перемешивания при отмывке графита, позволяет получить довольно высокое значение коэффициента вспучиваемости (Квсп= 32-34) от всех технологических факторов:
Квсп-(Re, Vг, Vв, to см, tпep, tвыд, dм/D, hм/Н),
где Vг; Vв – объемы графитной смеси и воды соответственно;
to см – температура смеси;
tпер – время перемешивания;
tвыд – время выдержки после перемешивания.

Наилучшие результаты достигнуты при:
to = 20-40oС,
tвыд5-7 мин,
tпep5-7 мин,
Vг/Vв= 1/10-1/8
Выполнение последних условий позволило дополнительно повысить величину вспучиваемости окисленного графита до уровня
Квсп= 32-34
Установленные соотношения для технологической фазы отмывки графита реализованы на опытно-промышленной установке производства интеркалированного графита мощностью 120 т/год, на Пермском заводе им. С. М. Кирова.

Формула изобретения


Способ получения окисленного графита, включающий обработку графита серной кислотой и перекисью водорода в качестве окислителя, причем перекись водорода подают под слой серной кислоты при интенсивном перемешивании и охлаждении, засыпку графита, разбавление, фильтрацию, отмывку и сушку прореагировавшей массы, отличающийся тем, что процесс окисления графита ведут в течение 30-35 мин, а при отмывке в разбавителе суспензии соблюдают следующие условия:
Vг/Vв= 1/10-1/8,
dм/D~ 0,4,
hм/Н~ 0,5,
где Vг, Vв – объемы окисленного графита и воды;
dм, D – диаметры мешалки и емкости разбавителя суспензии;
hм, Н – высоты мешалки и слоя водно-графитовой суспензии,
причем после отмывки проводят выдержку при соотношении времени отмывки и времени выдержки 1: 1, а сушку окисленного графита осуществляют при температуре 100-110oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3


MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 17.11.2006

Извещение опубликовано: 20.01.2008 БИ: 02/2008


Categories: BD_2177000-2177999