Установка для получения водорода и гидрооксидов алюминия
Владельцы патента RU 2603802:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (Университет машиностроения) (RU)
Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к установкам для получения водорода и гидроксидов алюминия. Установка содержит бак, в котором в воде располагаются реакционные колбы, выполненный с двумя штуцерами для входа холодной и вывода нагретой воды. Штуцер для вывода нагретой воды соединен со стеклянным трубопроводом, по которому осуществляется подача нагретой воды в колбу Бунзена. Реакционные колбы выполнены с боковым отводом для вывода водорода и содержат сетку, имеющую размеры ячеек 1 мкм. В горловой части реакционных колб вмонтирована дроссельная заслонка и инфракрасный датчик, регулирующий положение дроссельной заслонки. При этом горловая часть реакционных колб соединена со стеклянным трубопроводом, связанным со стеклянной трубкой насосом, на который установлен инфракрасный датчик, регулирующий подачу суспензии в колбу Бунзена и взаимодействующий с инфракрасными датчиками, регулирующими положение дроссельных заслонок. В дно реакционных колб вмонтирован стеклянный трубопровод, связанный с колбой Бунзена насосом, предназначенным для подачи водного раствора NaOH в реакционные колбы. Обеспечивается упрощение конструкции установки и повышение ее надежности. 1 ил.
Область применения
Изобретение относится к области неорганической химии, а точнее к устройствам для реализации способов получения водорода и гидрооксидов алюминия из отходов производства алюминия типа стружки и небольших кусков различной формы. Установка может быть использована в удаленных доступах от источников электроэнергии.
Уровень техники
Известна установка для получения гидроокиси алюминия и водорода (патент РФ 2350563, кл. C01F 7/42, С01В 3/08, Могилевский И.Н., опубл. 27.03.2009), которая включает в себя устройство для смешивания мелкодисперсного порошка алюминия и воды, реактор для химического взаимодействия воды с алюминием, сопровождающегося выделением водородсодержащей газовой смеси и образованием продуктов окисления алюминия, а также устройство отвода водородсодержащей газовой смеси и продуктов окисления алюминия. Реактор для химического взаимодействия воды с алюминием снабжен перемешивающим устройством и устройством ультразвукового облучения суспензии, расположенным внутри реактора.
Недостатком данной установки является необходимость в использовании мелкодисперсного порошка алюминия 20 микронами, что ограничивает и значительно увеличивает стоимость получаемого водорода и порошка гидроокиси алюминия. Также это ограничение вызвано требуемой величиной скорости окисления алюминия, которая определяет полноту превращения алюминия в гидроксиды в реакторе.
Известно устройство для осуществления способа получения гидроксидов алюминия и водорода (патент РФ 111840, С01В 3/10, С01Р 7/42, опубл. 20.06.2006), взятое за прототип, которое включает в себя (реактор), в который подается щелочной раствор и загружается алюминий или его сплавы, через крышку реактора, выпускной клапан, насос, емкость, воронка Бюхнера, колба Бунзона, вакуумный насос, контроллер, датчик давления, Ph метр, змеевик для охлаждения, бумажный фильтр, цилиндр из нержавеющей стали, датчик для определения заполнения порошка, электродвигатель для перемещения цилиндров, насос для поддержания определенного уровня воды, температурный датчик.
Недостатком данного устройства является система охлаждения, в результате экзотермической реакции температура раствора в баке достигает выше 100°С и давление подымается до критического значения 4 атм и клапан сбрасывает раствор в специальную емкость. Еще одним недостатком является большое количество датчиков и программ, которые не обеспечивают правильную корректировку работы всех систем.
Задача, на которую направлено изобретение, заключается в безопасном получении водорода и гидроокиси алюминия. Решаются также, такие технические задачи, как отсутствие большого количества датчиков и программ, малое потребление энергии для работы данной установки, так как отмывка порошка занимает несколько минут, простота в техническом плане и надежность установки.
Раскрытие изобретения
Сущность изобретения заключается в том, что установка содержит бак, в котором в воде располагаются реакционные колбы и который выполнен с двумя штуцерами. Один представляет собой штуцер для входа холодной воды. Другой это штуцер для вывода нагретой воды, соединенный со стеклянным трубопроводом, по которому осуществляется подача нагретой воды в колбу Бунзена для отмывки суспензии Na[Al(OH)4]. Реакционные колбы выполнены с боковым отводом для вывода водорода, который соединен со стеклянным трубопроводом. Также реакционные колбы содержат сетку, имеющую размеры ячеек 1 мкм, предназначенную для удержания фракций алюминия и полученной в результате экзотермической реакции суспензии Na[Al(OH)4]. Кроме этого в горловой части реакционных колб вмонтирована дроссельная заслонка и инфракрасный датчик, который регулирует положение дроссельной заслонки при прекращении поступления водорода в боковой отвод по стеклянному трубопроводу, который образуется в процессе экзотермической реакции, а также регулирующий подачу суспензии Na[Al(OH)4] в колбу Бунзена. При этом горловая часть реакционных колб соединена со стеклянным трубопроводом, связанным со стеклянной трубкой насосом, на который установлен инфракрасный датчик, регулирующий подачу суспензии в колбу Бунзена и взаимодействующий с инфракрасными датчиками, регулирующими положение дроссельных заслонок. Также в дно реакционных колб вмонтирован стеклянный трубопровод, связанный с колбой Бунзена насосом, предназначенным для подачи водного раствора NaOH в реакционные колбы. На колбу Бунзена надета воронка Бюхнера с бумажным фильтром, используемые для удерживания нанодисперсного порошка Аl(ОН)3. В колбе Бунзена выполнен отвод, связанный стеклянным трубопроводом с вакуумный насосом, предназначенным для разрежения воздуха.
Технический результат
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в упрощении конструкции установки и повышении ее надежности.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 представлена схема установки для получения водорода и гидрооксида алюминия, которая включает:
1 - штуцер для входа холодной воды;
2 - штуцер для вывода нагретой воды;
3 - бак;
5 - сетка;
6 - дроссельная заслонка;
7 - реакционная колба;
8, 12 - насос;
9 - воронка Бюхнера;
10 - вакуумный насос;
11 - колба Бунзена;
4, 13, 14, 15 - стеклянный трубопровод;
16 - бумажный фильтр;
17 - боковой отвод;
18, 19 - инфракрасный датчик;
20 - стеклянная трубка.
Осуществление изобретения
Установка для получения водорода и гидрооксидов работает следующим образом.
В бак (3), в котором располагаются реакционные колбы, через штуцер для входа холодной воды (1) подается холодная вода, которая необходима для охлаждения и поддержания постоянной скорости выделения водорода в реакционных колбах (7). Через дно реакционных колб (7) объемом 1500 мл по стеклянному трубопроводу (15) из колбы Бунзена (11) с помощью насоса (12) подается щелочной раствор (NaOH), при этом в реакционные колбы (7) добавляют фракции алюминия в виде кусочков или стружки и которые для исключения попадания на дно удерживаются на сетке (5), имеющей размер ячеек 1 мкм. В результате реакции: Al2O3+2NaOH+3Н2O образуется суспензия Na[Al(OH)4] и водород, который затем выводится с помощью бокового отвода (17) по стеклянному трубопроводу (4). Выделившийся водород может быть направлен в бензиновый генератор в качестве замены топлива или в топливные элементы или закачиваться в баллоны. Образовавшаяся в реакционных колбах (7) суспензия Na[Al(OH)4] направляется с помощью насоса (8) по стеклянному трубопроводу (13), соединенному со стеклянной трубкой (20) в колбу Бунзена (11), на которую надета воронка Бюхнера (9) на промывку. Регулировка подачи суспензии Na[Al(OH)4] в колбу Бунзена (11) осуществляется с помощью дроссельных заслонок (6), установленных в горловой части реакционных колб (7), положение которых регулируется инфракрасными датчиками (18), получающими сигнал от инфракрасного датчика (19), установленного на насосе (8). Для промывки суспензии Na[Al(OH)4] в колбу Бунзена (11) по стеклянному трубопроводу (14) через штуцер для вывода нагретой воды (2), установленный в баке (3), направляется нагретая вода, образующаяся в результате теплообмена между стенками реакционных колб (7), в которых осуществляется экзотермическая реакция, и холодной воды. Нанодисперсный порошок Аl(ОН)3 для предотвращения попадания в колбу Бунзена (11) задерживается в бумажном фильтре (16), надетом на воронку Бюхнера (9), а потом извлекается и используется для получения керамических изделий.
Для разрежения воздуха колбе Бунзена (11) подсоединен вакуумный насос (10).
Таким образом, работа данной установки обеспечит упрощение конструкции установки за счет минимизации количества датчиков и отсутствия контроллеров, а также использования более простого способа охлаждения, при этом позволяет повысить надежность работы установки за счет регулировки постоянного выхода водорода из реакционных колб.
Установка для получения гидрооксидов алюминия и водорода, содержащая бак, насосы, колбу Бунзена, имеющую отвод, соединенный с вакуумным насосом, на которую надета воронка Бюхнера, отличающаяся тем, что бак, в котором располагаются реакционные колбы, выполнен с двумя штуцерами, один из которых представляет собой штуцер для входа холодной воды, а другой штуцер для вывода нагретой воды, соединенный со стеклянным трубопроводом, реакционные колбы выполнены с боковым отводом для вывода водорода, который соединен со стеклянным трубопроводом, содержат сетку, имеющую размеры ячеек 1 мкм, имеют также дроссельную заслонку и инфракрасный датчик, регулирующий положение дроссельных заслонок, располагающиеся в горловой части, в дно которых вмонтирован стеклянный трубопровод, связанный с колбой Бунзена насосом, при этом горловая часть реакционных колб соединена со стеклянным трубопроводом, связанным со стеклянной трубкой насосом, на который установлен инфракрасный датчик, регулирующий подачу суспензии в колбу Бунзена и взаимодействующий с инфракрасными датчиками, регулирующими положение дроссельных заслонок.
