Способ получения молекулярного синглетного кислорода и генератор синглетного кислорода

Изобретение относится к способу получения молекулярного синглетного кислорода (МСК) и конструкции генератора синглетного кислорода и может быть использовано в лазерной технике, а также в других отраслях народного хозяйства, например, для очистки природных и сточных вод, для дезинфекции питьевой воды, в медицине и т. п.Цель изобретения - увеличение выхода молекулярного синглетного кислорода за счет повышения эффективности взаимодействия исходных компонентов.Способ получения МСК включает предварительное приготовление смеси водного раствора пероксида водорода и гидроксида натрия и образование в результате диссоциации Н 02 -ионов, а также растворение газообразного хлора в тетрахлорметане до его полного насыщения при температуре минус 20 - 0 С. Взаимодействие подготовленных растворов ведут в их противотоке в центробежном поле генератора МСК с одновременным разделением образующейся газовой фазы и жидких фаз. Отработанный тетрахлорметан направляют на насыщение хлором и рециркулируют в процессе, а отработанный водный раствор направляют на регенерацию.На фиг. 1 схематично показан генератор в разрезе и устройство для регулировки давления получаемого газа на выходе из генератора и расхода подаваемых растворов на входе в аппарат; на фиг. 2 представлена технологическая схема получения МСК.Генератор содержит вертикальный цилиндрический ротор на валу 1, включающий днище ротора 2, цилиндрический стакан 3 с насаженным на него горизонтальным диском 4 с радиальными ребрами 5, распределитель потока 6 легкой жидкости, распределитель потока 7 тяжелой жидкости, нижнюю двойную вставку 8 и нижнюю разделительную вставку 9, пакет рабочих тефлоновых вставок 10 с упорами 11, припаянными к их верхней поверхности, с отверстиями 12 и 13 для легкой и тяжелой жидкости, перфорированный тефлонов ый цилиндр для сбора газа, верхнюю разделительную вставку 15 с разделительной кольцевой перегородкой 16 и крышку ротора 17, а также неподвижный узел, состоящий из трубки подачи легкой жидкости (растворенного в тетрахлорметане хлора) 19, напорного диска для вывода газовой фазы 20, напорного диска для вывода отработанного легкого растворителя 21, напорного диска 22 для вывода отработанного тяжелого растворителя, манометров на газовой линии 23, клапана регулировки давления газа в отводящем газ патрубке 24, криостат 25.Устройство работает следующим образом.Раствор хлора в СС 14 по трубке 19 подается в ротор через распределитель потока 7 и попадает в межвставочный зазор между нижней двойной вставкой 8 и нижней разделительной вставкой 9, затем поднимается по каналам, образованным отверстиями 13 во вставках и распределяется по межвставочным зазорам, устремляясь, благодаря действию центробежной силы, от оси вращения к периферии пакета вставок 10. Достигнув внутренней поверхности крышки ротора 17, тяжелый раствор поднимается по стенке крьппки вверх к выходу из аппарата и выводится через напорный диск 22, поступая через зазор между верхней разделительной вставкой 15 и крышкой 17.Водный раствор, как более легкий, подается насосом и вводится по трубке 18 в распределитель потока 6. Через отверстия в разделительных вставках 8 и 9 водный раствор поднимается по каналам, образованным отверстиями 12 во вставках 10 и распределяется по межвставочным зазорам, устремляясь в направлении к оси вращения и к краю вставок с минимальной радиальной координатой, оттесняемый от периферии ротора раствором хлора в тетрахлорметане, Далее, огибая края вставок с минимальной радиальной координатой и край верхней разделительной вставки 15, водный раствор по мере продвижения вверх к выходу из аппарата попадает в полость, образованную кольцевой перегородкой 16 и конфузором цилиндра 14, Из этой полости отработанный водный раствор выводится напорным диском 21. Тяжелый и легкий растворы образуют противотоки в зазорах между вставками 10 с расходами, составляющими (1/г) Я, где: Я - расход жидкости, подаваемой в аппарат, например, для водного раствора Ял = 283 мл/с, а для тетрахлорметана Ят = 140 мл/с, г - число рабочих вставок, например 23.Количество зон смешения противотоков определяется количеством горизонтальных ступеней гофрировки п, например, п = 8. Суммарное число зон смешения противотоков в аппарате определяется его конструктивными параметрами как (гфп), например, 238=184. Зоны смешения противотоков являются областями наиболее тесного контакта С 12 с Н 02 и наиболее интенсивного выделения кислорода. Выделяющийся газообразный кислород, как наиболее легкая из трех сосуществующих фаз, малорастворимый в жидких фазах, будет оттесняться ими внаправлении к оси вращения. Газ движетсяв зазорах между вставками 10 и поступаетв пространство над свободной поверхностьюлегкого раствора (водного). Освобождаясь откапель и паров жидкостей на поверхностицилиндра 14, газовая фаза через перфорациюцилиндра проникает в полость между егостенкой и стенкой распределителя потока 7.Уплотняясь за счет поступления в указаннуюполость новых порций кислорода, газоваяфаза наращивает давление на уровне разделас жидкой фазой, которое по достижении егопревышения над атмосферным обеспечиваетвыход газа через диск 20. Посколькуперфорированный цилиндр 14 выполнен изхимически инертного тефлона, обладающегонулевой адгезией, то удаление из газа капельи паров жидкостей обеспечивается в достаточной мере и является практически полным,особенно в условиях вибраций аппарата,Возможен вариант отсасывания кислородавакуумным насосом и хранение в вакуумныхсосудах.Регулировка давления в отводящем газопроводе осуществляется регулятором давления 24 прямого действия для егоавтоматического поддержания на заданномуровне "до себя". С целью исключенияперегрева реакционной смеси в аппаратеротор помещен в криостат 25,Технологические показатели работы генератора определяются его пропускной способностью по жидким фазам. Аппарат,обеспечивающий расходы ф = 283 мл/сводного раствора и ф = 140 мл/стетрахлорметана (суммарный расход жидкостей через аппарат 1,53 мз/ч), предназначендля проведения массообмена с расходованием1 моль/с хлора, что должно сопровождатьсявыделением соответственно количества МСКпорядка 22,4 л/с или 80 м /ч, чтозсущественно превышает выход МСК, достигаемый в прототипе.Пример осуществления способа,Технологическая схема получения МСК,включающая реактор 26 в криостате дляприготовления смеси водного раствора пероксида водорода с гидроксидом натрия иполучение раствора, содержащего ионы НО 2,реактор 27 в криостате для насыщениятетрахлорметана хлором, центробежный генератор 28 синглетного кислорода в криостате, установку обратного осмоса 29 длярегенерации отработанного водного раствора,холодильник 30, бак 31 для воды, насосы32.После приготовления водного и органического растворов в реакторах 26 и 27 последние подаются в генератор 28, в котором при противотоке двух растворов между ними осуществляется массообмен с образованием МСК, который под действием центробежного поля генератора отбрасывается в сторону, противоположную жидким фазам, и под напором выводится газоотводящим патрубком для последующего использования или хранения, Одновременно осуществляется вывод отработанных растворителей, один из которых - СС 14 - поступает в реактор 27 для последующего насыщения хлором, а водная фаза с хлоридами (например, МаС 1) поступает на регенерацию в установку 4, Процессы приготовления растворов и процесс генерации МСК сопровождаются повышением температуры, поэтому реакторы и генератор снабжены криостатами.1 моль газообразного С 12 (70,91 г) растворяют при -20 С в 65 мл СС 14. Объем полученного раствора 87 мл, его плотность 2,03 г/см .Водный раствор с содержанием 50 об.0 воды готовят из расчета двойного избытка НО 2 над молекулами С 12 и в соответствии со следующей реакцией взаимодействия: ИаОН + Н О -НО + Ба + Н О + иккалг г г г мольВ этом случае объем водного растворасоставляет (40:2,13 + 34:1,5)4 = 166,8 млпри плотности раствора 231,4 г/166,8 см31,39 г/см.Объемный модуль легкого и тяжелогорастворов в против отоке составляет ш166,8:87 = 1,917, а отношение плотностейтяжелого и легкого раствора равняется ртрл= 2,03:1,39 = 1,46,Коэффициент распределения С 12 в системе вода при 0 С - СС 14 при -20 С равен 461мл/21138 мл = 1/45,8. Кислород же,вытесняемый хлором из водного раствораН 02, растворим в воде, меньше хлора в 461мл/4,89 мл = 94,2 раза.Коэффициент распределения газовой фазы в системе вода - тетрахлорметансоставляетВ = 1/45,8 1/94,2 = 1/4314,а фактор А процесса массопередачи соответственно ему равенА = шфВ=1,917/4314 = 0,4410в связи с чем 1/А 2,1000.Осуществление предлагаемого способа вэтих условиях как реакционно-массообменного процесса оказывается значительноинтенсифицированным по сравнению с прототипом, так как фактор массопередачивыше обычного на три порядка.637205 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 7 1Объемные расходы 166,8 мл/с водного раствора и 87 мл/с раствора хлора в тетрахлорметане с суммарным расходом жидкостей 0,91 - 1,0 м /ч через генератор обеспечивают массообмен с расходованием 1 моль/с хлора с генерацией соответственного 1. Способ получения молекулярного синглетного кислорода, включающий приготовление исходной смеси водного раствора пероксида водорода и гидроксида натрия, ее взаимодействие с газообразным хлором и отделение молекулярного синглетного кислорода, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода молекулярного синглетного кислорода за счет повышения эффективности взаимодействия исходных компонентов, газообразный хлор предварительно растворяют в тетрахлорметане до его полного насыщения при температуре минус 20-0 С, а взаимодействие ведут в центробежном поле в противотоке исходной смеси и растворенного хлора с одновременным разделением образующейся газовой фазы и жидких фаз,2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после взаимодействия отработанный тетрахлорметан направляют на насыщение хлором и рециркулируют в процесс, а отработанный водный раствор направляют на регенерацию.3. Генератор синглетного кислорода, включающий вал вращения, вертикальный количества синглетного кислорода порядка 22,4 л/с или 80 м /ч,По сравнению с известным способом, позволяющим получить 0,005 - 0,01 моль/с Ог(1 Ы, данный способ повышает выход молекулярного синглетного кислорода до 1 моль/с, т. е. на два порядка. цилиндрический ротор с расположенным внутри него вставкодержателем, пакет горизонтальных вставок с трапецеидальной гофрировкой в меридиональном сечении, устройство для ввода исходных компонентов, расположенное в верхней части ротора, устройство для вывода легкой фазы, патрубок для вывода тяжелой фазы, верхнюю разделительную вставку с кольцевой перегородкой, нижнюю разделительную вставку, герметично соединенную с вставкодержателем и стенкой крышки ротора, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода молекулярного синглетного кислорода за счет повышения эффективности взаимодействия исходных компонентов, ротор снабжен распределителем потока тяжелой жидкости, цилиндрическим стаканом с насаженным на нем горизонтальным диском с радиальными ребрами, дополнительной нижней разделительной вставкой, перфорированным тефлоновым цилиндром для сбора газовой фазы и напорным диском для вывода газовой фазы.