Способ получения кислорода

(я)б С 01 В 13/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК У ПАТЕ НТ ение й хиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 21) 4931671/26"Государственный институт прикладной химии(56) Патент США гЬ 4073741,кл, С 01 В 13/02, 1978.Патент США 4 3702305,кл, С 01 В 13/02, 1972.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА (57) 1, Способ получения кислорода, включающий термическое разложение смеси на основе хлората или перхлората щелочного металла с образованием фронта горения, о т л и ч а ю щ и й с я твм, что, с целью обеспечения возможности регулирования расхода выделяемого кислорода в единицу времени непосредственно в процессе, кислород отводят двумя потоками, при этом один поток отводят через смесь в направлении фронта горения, а второй - в противоположном направлении.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что к потокам выделяемого кислорода до бавляют извне воздух или инертный по отноиению к смеси и продуктам реакции газ.Изобретение относится к способам получения кислорода иэ хлоратов и перхлоратов щелочных металлов, тэк называемых химических генераторов кислорода.Известны способы получения кислорода путем термокаталитического разложения различных композиций на основе хлората и (или) перхлората щелочного металла,в присутствии, например, окислов натрия или калия, или окиси кобальта. Регулирование процесса генерации кислорода по этим способам осуществляется зэ счет соответствующего выбора химического состава, формы и размеров хлорэтных свечей и не может быть осуществлено непосредственно во время генерации кислорода. На практике же существуют задачи, в которых требуется изменять расход выделяемого кислорода в заранее неизвестный, незапланированный момент времени,5 10 5 20. Наиболее близким по технической сущности является способ получения кислорода, в котором регулирование скорости выделемия кислорода достигается за счет 25 варьирования содержания окиси натрия в составе композиции. Однако по этому способу расход генерируемого кислорода также ме может быть изменен во время горения, 30Целью изобретения является обеспечение воэможности регулирования расхода выделяемого кислорода в единицу времени непосредственно в процессе.Указанная цель достигается тем, что по 35 предлагаемому способу часть выделяемого кислорода отводят через поры исходного вещества спутно фронту горения (спутный поток), а оставшуюся часть - в противоположном направлении (встречный поток). При этом расход генерируемого кислорода через исходное вещество (61) устанавливают в зависимости от требуемой скорости выделения кислорода (6;г). Для увеличения глубины регулирования, т. е. относительноизменения расхода после и до регулирования, к спутному или встречному потоку генерируемого кислорода добавляют поток газа иэ внешней среды. Подаваемый гэз должен быть химически инертен по отношению к исходному веществу и продуктам реакции.Это позволяет регулировать количество выделяемого кислорода в единицу времени непосредственно во время генерации от наибольшего значения до полной остановки процесса горения.Время выхода на новый режим горения, его характер и конечное значение величины расхода кислорода зависят от конкретных параметров рассматриваемого технологического процесса: температуры горения, энергии активации, уровня теплопотерь, расхода и теплоемкости вдуваемого газа и т, и. Поэтому получить зависимость глубины регулирования от расхода кислорода, направляемого через исходное вещество, и от расхода подаваемого газа иэ внешней среды, в общем случае, практически неаоэможмо, Такую зависимость нужно устанавливать в каждом конкретном случае экспериментально,Способ получения кислорода осуществляется следующим образом(см. фиг. 1). Таблетирова нное или гранулированное исходное вещество 2 загружается в корпус генератора, имеющий два пзтрубка 1 и 7 для отвода генерируемого кислорода. После инициирования процесса генерации электрическим или ударным запальным устройством 6 часть генерируемого кислорода отводят через исходное вещество 2, патрубок 1 и протиаопылевой фильтр 8 спутно направлению движения 3 фронта горенияа оставшуюся часть - а противоположном направлении 4, через конденсированные продукты сгорания 5. При этом расход кислорода через исходное вещество устанавливают в зависимости от требуемой скорости выделения кислорода с помощью вентилей 9 и 10. Величины расходов 61 и 6 у контролируют по ротаметрам 13 и 14 соответственно, Газовые счетчики 11 и 12 служат для определения объема кислорода и также используются для измерения расхода кислорода через определенный интервал времени. Например, а процессе работы генератора необходимо уменьшить расход генерируемого кислорода. Для этого патрубок 7 открывают, а патрубок 1 закрывают так, чтобы уменьшить расход газа через исходное вещество. Наибольший уровень расхода соответствует случаю, при котором весь генерируемый кислород направляют через исходное вещество (61=6;Д, э встречный поток газа отсутствует(62=0. где 62- расход газа, отводимого встречно фронту горения), Наименьший уровень соответствует случаю, при котором 61 0 и 62=6Для расширения пределов регулирования дополнительно к спутному или встречному потоку генерируемого кислорода подают поток газа из внешней среды. Например, для увеличения уровня расхода 6 г в пэтрубок 7 подают воздух с расходом 6 е (вентиль 10 закрыт, 62-0), В этом случае в поток газа через исходное вещество входит расход генерируемого кислорода и расход подаваемого воздуха, которыйнеобходимо учитывать при определении величины 6 2. по показаниям счетчика 11 и ротаметра 13 0= 01 0 в.Для уменьшения расхода генерируемого кислорода до остановки процесса горения поток газа из внешней среды добавляют к встречному потоку генерируемого кислорода (вентиль 9 закрыт, 01"О, 6 ",62-08).П р и мер 1. Таблетки диаметром 5 мм и высотой 5-7 мм, состава 95 мас. йаСОэ+5 мас. Ва 02, загружают в корпус из термостойкого стекла. Внутренний диаметр корпуса 41 мм. Процесс генерации инициируется от нихромовой спирали электрическим током мощностью 40-50 Вт в течение 2,5 мин, Масса рабочего вещества 700 г, В начальном положении весь генерируемый кислород пропускают через исходное вещество (вентиль 10 закрыт, 01- 0 62=0). Нэ 15-ой минуте приоткрывают вентиль 10 и вентилем 9 устанавливают расход 61-1-1,2 л/мин. Зависимость расхода генерируемого кислорода от времени представлена на фиг, 2, Средний расход кислорода с 3-ей по 14-ую минуту 9,6 л/мин, с 18-ой по 28-ую минуту - в 1,7 раза меньше (5,5 л/мин). Время переходного процесса 2-3 мин.П р и м е р 2, Исходные данные аналогичны примеру 1, но расход кислорода на 14,5-ой минуте через исходное вещество устанавливают на уровне 01-4-4,4 л/мин, Зависимость расхода генерируемого кислорода от времени имеет вид, аналогичный примеру 1: средний расход кислорода с 3-ей по 14-ую минуту 9,3 л/мин, но с 17-ой по 27-ую минуту - в 1,3 раза меньше (7,4 л/мин).П р и м е р 3. Диаметр таблеток 8 мм, высота 6-8 мм, Другие исходные данные те же, что и в примерах 1 и 2, На 17-ой минуте весь генерируемый кислород направляют встречно фронту горения (вентиль 10 закрывают. вентиль 9 открывают, 61-0). Скорость выделения кислорода плавно снижается от среднего значения 7 л/мин, а через 4 минуты происходит остановка процесса генерации, За время остановки выделяется 13,6 л кислорода,П р и м е р 4. Внутренний диаметр корпуса 59 мм, масса рабочего вещества 1,4 кг, высота 350 мм, другие исходные данные те же, что и в примере 3. На 12-ой минуте также весь генерируемый кислород направляют встречно фронту горения (61=0), но время остановки составляет уже 11 мин. Средний расход кислорода до изменения направления течения 18 л/мин. Обьем выделившегося кислорода эа время остановки 84 л,Таким образом, видно, что по предлагаемому способу скорость выделения кисло 5 рода можно регулировать, устанавливаяразличные расходы генерируемого кислорода через исходное вещество от наибольшегозначения, соответствующего случаю, при котором весь генерируемый кислород направ 10 ляют через исходное вещество (61- 6 Я, до. полной остановки процесса генерации, прикотором генерируемый кислород направляютвстречно фронту горения (61-О).П р и м е р 5. Исходные данные те же,15 что и в примере 1, но, начиная с 16-ой минуты, к спутному потоку генерируемого кислорода через патрубок 7 (вентиль 10 закрыт)добавляют поток воздуха иэ внешней средыс расходом 5 л/мин, Зависимость скорости20 выделения кислорода от времени приведена на фиг, 3 (кривая 1). Средний расход кислорода с 5-ой по 16-ую минуту 8 л/мин, с19-ой по 24-ую минуту - в 1,4 раза больше(11,2 л/мин).П р и м е р 6, Масса рабочего веществаувеличена до 800 г, высота насыпки 420 мм,другие исходные данные те же, что и в примере 5, Начиная с 13-ой минуты в патрубок7 подают воздух с расходом 10 л/мин. Зави 30 симость расхода генерируемого кислородаот времени приведена на фиг, 3 (кривая 2).Средний расход кислорода с 5-ой по 13-уюминуту 8 л/мин, с 17-ой по 22-ую минуту - в2,2 раза больше (17,3 л/мин),П р и и е р 7. Исходные данные те же,что и в примере 4, но на 12-ой минуте квстречному потоку генерируемого кислорода через патрубок 1 (вентиль 9 закрыт, 61-0)добавляют поток воздуха иэ внешней средыс расходом 10 л/мин. Расход генерируемогокислорода снижается от среднего значения18 л/мин, и через 2,7 минуты процесс выделения кислорода прекращается, Зэ времяостановки процесса горения выделяется23 л кислорода,П р и м е р 8, Исходные данные те же,то и в прмере 7, но расход подаваемоговоздуха 30 л/мин. Скорость выделения кислорода падает от среднего значения 18л/мин, и через 1,4 минуты процесс генера 50 ции останавливается. За время остановкивыделяется 13,6 л кислорода.П р и м е р 9. Исходные данные аналогичны примеру 1, но, начиная с 12-ой минуты, к спутному потоку генерируемого55 кислорода через патрубок 7 (вентиль 10 закрыт) добавляют поток азота с расходом водном случае 5 л/мин, в другом 10 л/мин.П ри м е р 10. Исходныедэнныетеже, что и в примере 1, но нэ 12-ой минуте к встречному потоку генерируемого кислорода, через пэтрубок 1 (вентиль 9 зэкрыт), добавляют поток азота из внешней среды с расходом 5 л/мин. Расход генерируемого кислородэ снижается от среднего значения 8,2 л/мин, и через 4,2 минуты процесс выделения кислорода прекращается,П р и м е р 11, Исходные данные те же, что и в примере 1. Начиная с 12-ой минуты, к спутному потоку генерируемого кислорода добавляют поток кислорода из внешней среды с расходом 5 и 10 л/мин,П р и м е р 12, Исходные данные те же, что и в примере 1, но нэ 12-ой минуте к встречному потоку генерируемого кислорода через пэтрубок 1 (вентиль 9 закрыт) добавляют поток кислорода с рэсходом 5 л/мин. Расход генерируемого кислородэ 5 снижается от среднего знэчения 7,9 л/мин,и через 3,9 мин процесс выделения кислорода прекрэщэется,П р и м е р ы 5-12 показывают, что 10 добэвление к спутному потоку генерируемого кислорода потока газа из внешней среды (воздух, кислород, азот) существенно увеличивает скорость выделения кислорода, э добавление потока газа к встречному потоку 15 резко замедляет процесс генерации и приводит его к полной остановки.