Способ получения раствора бромистого железа
Сеюз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 290878 (21) 2661037/2 3-26 (51)
3 с присоединением заявки № (23) Приоритет
С 01 В 9/04
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
Опубликовано 151230. Бюллетень ¹ 46 (53) УДК 546.141 (088.8) Дата опубликования описания 154280 (72) Лвторы изобретения
О.В. Лебедев, Н.И. Варламова и Ю.О. Лебедев
Г
1 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА БРОМИСТОГО (ЕЛЕЗА
Изобретение относится к технологии получения бромистых солей металлов с переменной валентностью.
Известен способ получения растворов бромистых металлов путем взаимо- 5 действия окисей, гидратов окисей и карбонатов соответствующих металлов с бромом в присутствии восстановителей и воды.
Недостатком этого способа являет- 10 ся низкая производительность процесса ("1.
Известен также способ получения раствора бромистого железа путем восстановления раствора бромно-бромисто- 15 го железа твердым железосодержащигл восстановителем. В качестве железосодержащего восстановителя используют железную стружку, а восстановление ведут при 70-95 С. На получение 1 т 2О бромистого железа в растворе при проведении процесса при +90 С расходуется 840 .10 Дж тепловой энергии. В производственных условиях процесс ведут при циркуляции нагретого раство- 25 ра бромно-бромистого железа через железную стружку в течение 6-8 ч. При этом получают раствор бромистого;хелеза, содержащий менее 0,2 масс.Ъ трехвалентного железа, что требуется 3() 2 по ОСТ 6-22-312-74, поэтому на цирку.ляцию раствора дополнительно к указанному расходуют еще по 5 ° 106 Дж на
1 т целевого продукта (21.
Недостатками способа являются сло>хность процесса иэ-за необходимости подогрева раствора, низкая производительность процесса 0,15 ч " вследствие длительного времени проведения процесса и высокие энергетические затраты.
Цель изобретения — упрощение процесса за счет исключения нагревания раствора, повышение производительности процесса до 10-150 ч- и снижение
-4 энергетических затрат до 5-10 Дж на
1 т 100%-ного готового продукта.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения раствора бромистого железа путем восстановления раствора бромно,-бромистого железа твердым железосодержащим восстанови O телем восстановление ведут при 15-25 С, а в качестве железосодержащего восстановителя используют сернистое железо, соотношение массы сернистого железа к массе раствора поддерживают равным 2,6-3,0, а высоту слоя сернистого железа берут равной 0,2-0,5 м.
787358
Пример 1. Навеску раствора бромно-бромистого железа помешают в коническую колбу. Затем туда добавляют раздробленное сернистое железо фракции размером до 2 мм. Фракцию размером до 2 мм получают дроблением и просеиванием плава технического сернистого железа. Смесь .раствора и реагента-восстановителя взбалтывают.,Через определенные промежутки времени отбирают пробы для анализа на содержание трехвалентного (окисного) железа по методу испытания по ОСТ6-22-312-74.
В табл. 1 приведена зависимость производительности реактора от соотношения массы сернистого железа к массе раствора.
Таблица 1
Нример
Соотношение массы сернистого железа к массе раство ра
Содержание трехва- Темпералентного железа в тура, 0 С растворе, масс. 3
Производительность
1 м реактора, м >/ч началь- в конце ное процесса
0,44
0,81
2,0
2,6
3,0
3,5
0,88
0,88
0,88
0,88
0,88
0,88
0,20
0,20
0,19
0,20
0,20
0,18
1,,5
3,0
7,3
10,0
10,3
9,9
В табл.2 приведена зависимость производительности реактора от температуры при соотношении массы сернистого железа к массе раствора равном 3,0.
Из табл. 1. следует, что при соотношении массы сернистого железа к массе раствора (2,6 и 3,0 производительность реактора снижается. ЗО
Таблица 2
Пример
Содержание трехвалентного железа в растворе, масс.В
Температура, о С
Производительность
1 м реактора, м9/ч началь- в конце ное . процесса его расход на 1 т готового продукта.
Для этого оставшееся сернистое железо отделяют от раствора, промывают, высушивают и взвешивают. Расход сернистого железа определяют в 105-1104 от теоретически необходимого. Это составляет для раствора, содержацего
1% трехвалентного железа, около 8 кг на 1 т, что в 6 раэ меньше (48 кг на
1 т), чем в известном способе °
Пример 3. Для опрецеления параметров проведения процесса в динамических условиях его исследование провоцят на опытной установке непрерывного действия. В реактор иэ
Иэ табл. 2 следует, что снижение температуры процесса. <15 С и увелио чение )25 C приводит к снижению производительности реактора.
Пример 2. Опыты проводят аналогично примеру 1.
Одну и ту же навеску сернистого железа используют неоднократно до значительной потери веса. Каждый раз, как только в растворе бромистого же- 4Q леза концентрация трехвалентного железа снижается до 0,2 масс.В, его заменяют свежим. По расходу раствора и потере веса навеской твердого реагента-сернистого железа рассчитывают
2
4
6
8
10
0,88 0,20
0,88 0,19
0,88 0,20
0,88 0,20
0,88 0,19
1,64 0,18
1,64 0,19
1,64 . 0,20
1,64 0,20
1,64 0,19
10,1
10,5
10,3
10,3
10,1
5.,9
6,1
6,2
6,2
6,1
787358
Продолжение табл.3
2,3 26
2., 6 30
3,0 31
3,2 30
П р и м е ч а н и е. Соотношение более 3,0 достигается
19 принудительным уплотнением слоя сернистого железа, что практически
35 нецелесообразно.
Иэ табл. 3 следует, что наиболее целесообразно в непрерывно действующем реакторе для восстановления трех39 валентного железа в растворе бромистого железа сернистым железом иметь соотношение в нем массы сернистого железа к массе раствора, равное от
2,6 до 3,0.
Снижение этого соотношения (2,6 и увеличение >3,0 приводит к снижению производительности реактора.
Таблица 4
Температура, ОС
Высота слоя сернистого железа в реакторе, м
Максимальная производительность реактора, м /ч на
1 м
11
0,1
0,2
0,5
0,6
3 Из -табл. 5 следует, что высота слоя сернистого железа в реакторе должна составлять от 0,2 до 0,5 м, так как дальнейшее увеличение высо46 ты W 0,5 м не дает 3начительного увеличения производительности реактора при значительном увеличении его размеров, а уменьшение высоты слоя (0,2 м приводит к снижению произво, дительности реактора.
1,5
2,0
16
22 цилиндрической стеклянной трубы диа-! метром 0,012 м и высотой 1,0 м, установленной вертикально, на решетку загружают слой твердого реагента сернистого железа. Иэ напорной склянки раствор бромистого железа, содержащий бромное железо, поступает в реактор снизу. Иэ верхней части реактора целевой продукт самотеком поступает в сборник отработанного раствора. Для опытов применяют раствор бромно-бромистого железа, взятого перед подачей его на стадию восстановления железной стружкой (известный метод).
Расход раствора бромно-бромистого
- железа определяют объемным методом.
Пробы на анализ отбирают из линии между реактором и сборником отработанного раствора (целевого продукта).
Их анализ на содержание трехвалентного железа осуществляют по методике ОСТ 6-22-312-74.
Скорость пропуска (расход) исходного раствора бромно-бромистого.железа через реактор постоянно увеличивают до появления "проскока" через реактор трехвалентного железа более
0,2 масс.%. Ilo этому расходу рассчитывают максимальную. производительность В реактора, в м /ч на 1 м объема реактора. Результаты опытов приведены в нижеследующих таблицах.
В табл. 3 приведены результаты опытов по определению наиболее целесообразного соотношения массы сернистого железа к массе раствора бромнобромистого железа в том же объеме реактора для Фракции сернистого железа размером от 2,8 до 3,2 мм, температуры +24 С, высоты слоя сернистого железа 0,26 м, концентрации трехвалентного железа в исходном растворе бромистого железа — 0,88 масс.%. go
В табл. 4 для тех же условий опытов приведены данные зависимости производительности реактора от температуры при соотношении массы сернистого железа к массе раствора, равном 8,0.
В табл. 5 приведены данные зависимости производительности реактора от высоты слоя сернистого железа в нем для тех же условий опыта.
В табл. 6 приведены данные зависимости максимальной производитель- 50 ности реактора от высоты слоя сернистого железа, концентрации трехвалентного железа, размера (фракции ) кусков. сернистого железа в реакторе при co" отношении массы сернистого железа и 55 массы раствора, равном 3,0 °
Таблица
Максимальная производительность 1 м реактора, м 5/ч
10 30
15 31
20 31
25 31
30 30
Йз табл. 4 следует, что процесс целесообразно вести без нагревания, при комнатной температуре, то есть от +15 до +25 C.
При снижении температуры ни:ке
15©С и при увеличении выше 25 С сни жается производительность реактора.
Таблица 5
787358
-Таблица 6
Пример Размеры частиц сернистого железа, мм
Концентрация трехвалентного железа в исходном растворе, масс.Ъ
Высота слоя сернистого железа в реакторе, м
Удельная максимальная производительность реактора, м /ч на 1 м объема
3+0,2
3
2
4
2
3
3
Из табл. 6 следует, что восстановление необходимо вести при размере частиц сернистого железа равном 2 мм, при этом условии достигается максимальная производительность реактора.
X — концентрация трехвалентно-. го железа в растворе, подаваемом в реактор, масс.Ъ;
0,003 — фракция частиц сернистого железа в опыте 1 (табл. 6);
0,2 — допустимая остаточная концентрация трехвалентного железа в целевом продукте, масс.%;
0,68 = 0,88 — 0,2, где 0,88 — концентрация трехвалентного железа в исходном растворе в опыте 1 (табл. 6), принятом эа основной при расчетах, k,п,m- экспериментальные коэффициенты, равные соответственно для
Н = 0,2 — 0,5 м: 118 — 120;
2,3 — 2,7; 0,5 - 0,7.
По результатам экспериментов и расчетов произведено сравнение предлагаемого и известного способов. Полученные данные известного и предла гаемого способов приведены в табл. 7.
Данные по скорости осветления целевого продукта получены на основе измерений границы осветленного и неосветленного раствора при выдержке его в цилиндре с делениями.
При обработке данных табл. 6 с 30 учетом данных табл. 3-5 на ЭЦВИ EC-1020 выведено следующее уравнение для расчета необходимой производительности реактора: оооэ оьв где В удельная максимальная производительность непрерыв- 40 но действующего реактора, м /ч на 1 м З его объема, высота слоя сернистого железа в цилиндрическом реакторе, м, средний поперечник (фракция) частиц или кусков сернистого железа в реак1 торе, м, 50
Таблица 7
Способ Улучшение показателя известный предлагаемый
Показатель
В 30-1500 раэ
Удельная производительность, ч"
0,1-0,3 10-150
Энергозатраты на 1 т целевого продукта,Дж
5 ° 10
910 10
В 180 раз
6-8 ч 60-70 с В 300-480 раэ
Время контакта фаэ
Потери восстанови-теля, Ъ
0,1-2
70-80
В 30-800 раэ
2
4
6
8
11
12
13
0,26
0,2
0,3
0,4
0,2
0,2
0,4
0,4
0,5
0,5
0,2
0,4
0,26
0,2
0,88
0,,88
0,88
0,88
0,88
0,88
0,88
0,88
0,88
0,88
1,68
0,65
1,68
0,76
31,0
23,8
34,8
47,7
65,5
11,6
22,0
12,0
151,2
30,7
1.6, 2
28,1
21,0
75,1
787358
Продолжение табл.7
Способ
Улучшение показателя
Показатель известный предлагаемый
Скорость осветления целевого продукта, м/сут
2,5-3 В 2,5-3 раза
Температура процесса, С 80-90
15-25 В 3-6 раз
Расход твердого реагента, кг на 1 т условного продукта
В 6 раэ
Формула изобретения
Составитель Л.Ситнова .
Редактор Ю.Петрушко Техред A,À÷ Корректор С.Шекмар
Заказ 8257/20 Тираж 565 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Выделяющаяся при реакции сера способствует седиментации осадка в целевом продукте. Осадок получается более плотным, хлопьевидным,лучше фильт-щ руется. Сера из осадка может быть извлечена известными приемами и использована на получение сернистого железа.
Выделение сероводорода при прове" денни процесса не наблюдается.
Процесс прост в осуществлении и ие требует применения специального оборудования.
1. Способ получения раствора бромистого железа путем восстановления раствора бромно-бромистого железа твердым железосодержащим восстанови телем, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью упрощения процесса эа счет исключения нагревания раствора, повышения производительности процесса и снижения энергетических затрат, восстановление ведут при 15-25 С, а в качестве железосодержащего восстановителя используют сернистое железо.
2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и R с я тем, что соотношение массы сернистого железа к массе раствора поддерживают равным 2,6 — 3,0.
3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что высоту слоя сернистого железа берут равной
0,2 — 0,5 м.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
М 8215, кл. С 01 В 9/04, 28.02.29.
2. Ильинский В.П. и др. Сб. трудов ГИПХ, Л, "Химия", 1958, с. 192209 (прототип).
