Способ получения гидрозоля диоксида кремния

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(311 М. Кл. С 01 В 33/14 с присоединением заявки М 9 -Государственный комитет СССР по делам изобретений(088.8) Опубликовано 151082. Бюллетень М 9 38 Дата опубликования описания 15,10.82 Ю,Г. Фролов, А,Н, федосеев, Е.Н. Лебедев,(72) Авторы(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРКРЕМНИЯ ИОКСИДА Наиб по техн мому ре луче ия в трубч щийся в менной кислоты лозин лее бли ческой ультату гидроэо том наг том чт олонки с рН 77 бретению достигаеспособ по- а кремния заключаюиз ионооб-, оликремневой; тся при усэким к сущнос являе ля дио ревате о выход раство пропус изои исясиде,ящий с д ия из- ольших Изобретение относится к химичес- кой технологии и касается способа получения гидроэоля диоксида кремния, используемого в химической, текстильной, лакокрасочной, стекольной и других отраслях промышленности при изготовлении моделей для точного литья, керамических покрытий, производства катализаторов пропитке тканей и т.д., Известен способ получения коллоид ного кремнезема пропусканием раствора силиката щелочного металла через слой катионнообменного материала й нагреванием выходящего раствора в автоклаве при .температуре, давлении и .времени, достаточных для образования коллоидной формы 1.13Известен также способ получения водного золя.50,2 нагреванием в автоклаве выходящего иэ ионообменной колонки раствора поликремневой кислоты с рН7 до1100 С в течение времени, достаточного для образования коллоидной формы 123. о известные способы не нахокого практического применеа периодичности процесса ипотерь.на стенке автоклава.где ). - скорость, см/мин;0 .- внутренний диаметр трубы, см,через трубчатый нагреватель при1750 С 13)еНедостатком данного способа является осаждение частиц 5)0 я. на стен.ке трубы, что уменьшает выход гидроэоля 510 до 90 - 96, ухудшает коэф.фициент теплопередачи и вызываетнеобходимость частой промывки трубыщелочью (через 200 ч работы). Крометого, способ характеризуется неболь 25 шой производительностью из-за малойлинейной скорости прохождения продукта по трубе,Цель изобретения - увеличениевыхода продукта и производительностиЗ 0 процесса.Поставленная цель достигается,тем, что согласно способу получениягидрозоля диоксида кремния путемнепрерывного пропускания раствораполикремневой кислоты через трубу принагревании нагревание ведут ступенчато: на первой ступени при с = 70 -120 фС, на последней при с=200-300 Си раствор поликремневой кислоты пропускают с линейной скоростью, см/минОх рХ.75- 2600,, где О - внутренний диаметр трубы, см,Это дает возможность проводить по.ликонденсацию групп5,ОН постепенно с повышением температуры нагревания по ступеням, что особенно важнодля раствора поликремневой кислоты смаленьким размером частиц 510(после ионообменной колонки и стабилизации 10 - 25 Л), так как чемменьше размер частиц 510 и выше .температура нагревания, тем больше5 О . осаждается на стенке трубы, чтоумейьшает выход по 50. Нагреваниераствора поликремневой кислоты наопервой ступени при й = 70 - 120 Спозволяет увеличить размер частиц до50 - 70 А без осаждения 5 О на стенке трубы и при дальнейшем нагреванииэто способствует уменьшению осаждения 5 О даже при следующем нагревании при с = 200 - 300 С. Нагреваниеопри й= 200 - 300 С является верхнимпределом, так как дальнейшее увеличение температуры приводит к появлению в гидроэоле диоксида кремния неаморфных, а кристаллических .частиц510 о, что значительно снижает активность гидрозоля при его применениии является нежелательным Фактором.Проведение процесса с линейнойОЯ..скоростью менее 75см/мин приводит к плохому перемешиванию продукта в трубе и появлению крупных агрегированных частиц 510, выпадающих;2600 О см/мин наблюдается резкоеувеличение отложений 510 на стенкетрубы, что снижает выход по 5 О ипадает эффективность роста частиц.Несоблодение граничных значенийпо температуре нагревания продуктаи.линейной скорости пропускания уменьшает выход продукта, приводит к осаждению 510 о. на стенке трубы, ухудше;нию коэффициента теплоотдачи,уменьшению производительности и частой промывке трубы щелочью.Увеличение ступеней нагреванияприводит к увеличению расхода продук.;та 1.и производительности .процесса,причем для получения положительногоэффекта по сравнению с известным способом минимальным количеством являются 2 ступени нагревания. П р м е р 1, Раствор поликреМневой кислоты, полученной из разбавленного раствора силиката натрия ионным обменом с катионообменной смолойв Н- Форме, стабилизированный 1 н,5 раствором йаОН до рН = 7,04 и имеющий весовое соотношение 510/йаО =94,концентрацию 510=4,15 вес.В, сред,ний диаметр частиц 510 д = 20 А,пропускают. с линейной скорьстьюО 260 см/мин через трубу с внутреннимдиаметром 1 см. На первой ступениподдерживается температура 70 С, наэвторой - 200 фС. Время пребывания про-дукта на первой ступени нагреваниясоставляет 60 мин, на второй - 5 мин,Яродукт подается в трубу под давлением 16 кг/см, которое поддерживает-.ся игольчатым вентилем, установленным после второй ступени нагревания,После вентиля продукт проходит эмеевиковый холодильник, в котором ох,лаждается до 15 С,Полученный гидрозоль"диоксидакремния не содержит крупных агреги- .рованных частиц 510 , прозрачный.Концентрация 5 Оа выходящего продукта 4,15 вес.В, д = 180 Х, В такомрежиме установка работает 350 ч, после чего вся труба заливается щелочыбдля определения количества 510,ЗО осевшей на стенке, Количество 510определенное в щелочи, равняется1050 г, что составляет 0,6 вес.Ъот всего количества 510 , пропущен-ного через трубу.35 П р м е р 2. Поликремневая кислота, полученная как в примере 1 срН я 7,95 и имеющая весовое соотношение 510/йа 0 = 76,9, концентрацию 5 О= 4,12 вес.Ъ, средний раз 40 мер частиц 5 О д= 12 1, пропускается с линейной скоростью 6500 см/минчерез трубу с внутренним диаметром5 см. На первой ступени поддержива-.ется температура 120 С, на второй 45 190 С, на третьей - 300 С. Время пребывания продукта на первой ступенинагревания составляет 20 мин, навторой - 8 мин, на третьей - 0,5 мин.Продукт подается в трубу под давлением 88 кг/см на выходе из трубы.Игольчатый вентиль и холодильник ус. тановлены после третьей ступени .нагревания.Полученный продукт прозрачный,не содержит крупных агрегированныхчастиц 510 . Концентрация 510 о навыходе равна 4,12 вес,В, дср = 240 А.Установка работает 250 ч, Количество510, осевшее на стенке трубы, определенное как в примере 1, равно60 39400 г, что составляет"0,05 отвсего количества 510 , пропущенногочерез трубу.П р и м е р 3. Поликремневаякислота, полученная как в примере 165 я имеющая весовое соотношение 510966004 20формула изобретения1. Способ получения гидрозолядиоксида кремния путем непрерывногопропускания раствора поликремневойкислоты через трубу при нагревании,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения выхода продуктаи производительности процесса, нагревание ведут ступенчато: на первойступени при температуре 70 - 120 С;30 на последней при температуре 200300 фС и процесс ведут при линейнойскорости пропускания поликремиевойрЯ.кислоты в интервале 75рф35 2600см/мин, где р - внутреннийдиаметр трубы, см.2. Способ по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что процесс ведутв 2 4 ступени.40 источники информации,принятые во .внимание при экспертизе1. Патент США 9 2573743,кл. 252-313, 1951.2. Патент США Р 3012973,45 .кл. 252-313, 1961.3. Заявка Японии М 49-43080,кл. С 01 В 33/14, 15 Г 131, 1974. Составитель Г. БеренштейнРедактор М. Келемеш Техред М,Рейвес Корректор О. Билак Заказ 7763/32 Тираж 509 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Подписное филиал ППП "Патентф, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 йа 0 = 47,36, концентрацию 510 4,1 вес.В, средний диаметр частиц 510 6= 22 А, пропускается с линейной скоростью 10 см/мин через трубу с внутренним диаметром 1 см. На первой ступени поддерживается температура 120 С, на второй - 160 С, на третьей - 220 С, на четвертой - 300 С. Время пребывания продукта на первой ступени нагревания - 15 мин, на второй - 10 мин, на третьей - 2 мин, на четвертой,- 0,5 мин. Продукт подается в трубу под давлением 88 кг/см на выходе из.трубы. Игольчатый вентиль и холодильник установлены после четвертой ступени нагревания.Полученный продукт. прозрачный, не содержит крупных агрегированных частиц 510 . Концентрация на. выходе 510= 4,1 вес.%, бр = 265 А. Установка работает 420 ч, Количество 510, осевшее на стенке трубы и выпавшее в осадок, определенное как в примере 1, равно 110 г, что составляет лг 1,4 от всего количества 5 О , пропущенного через трубу.П р и м е р 4. Поликремневая кислота, полученная как в примере 1 и имеющая весовое соотношенйе 310 /йа 0 = 89,31, концентрацию, 510 д = 2,59 вес.Ъ, средний размер ча тиц 6= 24 А, пропускается с линейной скоростью 260 см/мин через трубу с внутренним диаметром 1 см. На первой ступени поддерживается температура 100 С, ноа второй - 160 С, на третьей -. 230 С, на четвертой - 300 С, Время пребывания продукта на первой ступени нагревания в . 20 мин, на второй - 10 мин, .на третьей - 2 мин, на четвертой - 0,5 минПродукт подается в трубу под давлением 88 кг/см, контролируемой на выходе из трубы. Игольчатый вентиль и холодильник установлены после четвертой ступени нагревания.Полученный продукт прозрачный. Концентрация на выходе равна 2,5 вес.%, 6 ер = 315 А. Установка работает 350 ч. Количество 510осевшее на стенке трубы, определенное как в примере 1, равно 100 г,что составляет 0,9 от всего коли 1 чества 510 , пропущенного через трубу.Получение гидроэбля диоксидакремния по предлагаемому способу посравнению с прототипом увеличиваетвыход продукта по 10 до 98,6- 10 99,95 вес.Ъ; а ресурс работы установки до промывки щелочью - до800 - 950 ч. Кроме того повышаетсяпроизводительность процесса более,чем в 30 раэ, что значительно повы шает эФФективность работы оборудования, уменьшает количество отходов.производства и снижает капитальныезатраты.