Способ получения раствора бромистого железа

Сефз Сфеетскнх Сфциалистнческнк Республик(51)М. КлС 01 В 9/04 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытийДата опубликования описания 1512,80(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА БРОМИСТОГО 1(ЕЛЕЗА1Изобретение относится к технологии получения бромистых солей металлов с переменной валентностью.Известен способ получения растворов бромистых металлов путем взаимо действия окисей, гидратов окисей и карбонатов соответствующих металлов с бромом в присутствии восстановителей и воды.Недостатком этого способа являет ся низкая производительность процессаИзвестен также способ получения раствора бромистого железа путем восстановления раствора бромно-бромисто го железа твердым железосодержащигл восстановителем. В качестве железосодержащего восстановителя используют железную стружку, а восстановление ведут при 70-95 С. На получение 1 т 20 бромистого железа в растворе при проведении процесса при +90 С расходуется 840 10Дж тепловой энергии. В производственных условиях процесс ведут при циркуляции нагретого раство ра бромно-бромистого железа через железную стружку в течение 6-8 ч. При этом получагот раствор бромистого хелеза, содержащий менее 0,2 масс.Ъ трехвалентного железа, что требуется 30 2по 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 слохность 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 энергетических затрат до 5-10 ь 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 восстановителем 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 П р и м е р 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 содер" жанне трехвалентного (окисного) железа по методу испытания по ОСТ 6-22- -312-74.В табл. 1 приведена зависимость производительности реактора от соотношения массы сернистого железа к массе раствора. Таблица 1 Нри- мер Соотношениемассы сернистого железа кмассе раствора Содержание трехва- Темпералентного железа в тура, ф С растворе, масс,3 Производительность1 м реактора, м/ч началь- в конценое 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 20 20 20 20 20 20,5 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 и3,0 производительность реактора снижается. ЗО Таблица 2 При- Содержание трехва- Темперамер лентного железа в тура,о Срастворе, масс.В Производительность1 м реактора, м 9/ч началь- в конценое . 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 105-110 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 способеП р и м е р 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 увелиочение )25 ОС приводит к снижению производительности реактора.П р и м е р 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 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 65 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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 15 20 25 30 10 15 20 25 30 Е10,1 10,5 10,3 10,3 10,15.,9 6,1 6,2 6,2 6,1%ШП р и м е ч а н и е. Соотношениеболее 3,0 до.стигается 16принудительным уплотнением слоясернистогожелеза, чтопрактически 35 нецелесообразно.Иэ табл. 3 следует, что наиболеецелесообразно в непрерывно действующем реакторе для восстановления трех валентного железа в растворе бромис"того железа сернистым железом иметьсоотношение в нем массы сернистогожелеза к массе раствора, равное от2,6 до З,О.Снижение этого соотношения (2,6 иувеличение 3,0 приводит к снижениюпроизводительности реактора.Таблица 4 Температура,бСВысота слоя сернистого железа вреакторе, м Максимальная производительность реактора, м/ч на1 м 11 30 60 65 0,1 0,2 0,5 0,6 Из .табл. 5 следует, что высотаслоя сернистого железа в реакторедолжна составлять от 0,2 до 0,5 м,так как дальнейшее увеличение высо 66 ты 1 0,5 м не дает значительного увеличения производительности реакторапри значительном увеличении его размеров, а уменьшение высоты слоя(0,2 м приводит к снижению проиэвоЯ ,дительности реактора,1,5 2,0 1 2 цилиндрической стеклянной трубы диаметром 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 иэ линии между реактором и сборником отработанного раствора (целевого продукта). Их анализ на содержание трехвалентного железа осуществляют по методикеОСТ 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.Ъ. По 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 желе- З 5 за 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.Ъ.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 ности реактора от высоты слоя сернистого железа, концентрации трехвалентного железа, размера (Фракции ) кусков сернистого железа в реакторе при со" отношении массы сернистого железа и 55 массы раствора, равном 3,0Таблица 3 Максимальная производительность 1 мреактора, м 5/ч 10 3015 3120 3125 3130 30Йз табл. 4 следует, что процессцелесообразно вести без нагревания,при комнатной температуре, то естьот +15 до +25 С.При снижении температуры ниже15 С и при увеличении выше 25 С снижается производительность реактора.Таблица 5.Таблица 6 Пример Размерычастицсернистогожелеза, мм Концентрациятрехвалентного железа висходномрастворе,масс.Ъ Высотаслоясернистогожелеза вреакторе, м Удельная максимальная производительностьреактора, мЪ/чна 1 мобъема 3+0,2 3 3 3 2 4 4 5 2 4 3 4 3 2 Из табл. 6 следует, что восстановление необходимо вести при размере 25 частиц сернистого железа равном 2 мм, при этом условии достигается максимальная производительность реактора. Х - концентрация трехвалентного железа в растворе, подаваемом в реактор, масс.Ъ;0,003 - фракция частиц сернистогожелеза в опыте 1 (табл. 6);0,2 - допустимая остаточная концентрация трехвалентногожелеза в целевом продукте,масс.3;0,68 = 0,88 - 0,2, где 0,88 - концентрация трехвалентного железав исходном растворе в опыте 1(табл. 6), принятом эа основной при расчетах,,п,а- экспериментальные коэффициенты, равные соответственно дляН = 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 предлагаемого 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. б с 30 учетом данных табл. 3-5 на ЭЦВИ ЕСвыведено следующее уравнение для расчета необходимой производительности реактора: оооЗ оьв где В удельная максимальная производительность непрерывно действующего реактора,м /ч на 1 м З его объема,высота слоя сернистогожелеза в цилиндрическомреакторе, м,средний поперечник (фракция) частиц или кусковсернистого железа в реакторе, м,50 Таблица 7 Способ Улучшениепоказателя известный предла- гаемый Показатель В 30-1500раэ Удельная производительность, ч" 0,1-0,3 10-150 Энергозатраты на 1 т целевого продукта,Дж 510 910 10 В 180 раз 6-8 ч 60-70 с В 300-480 раэ Время контакта фаэ Потери восстанови теля, % 0,1-2 70-80 В 30-800 раэ 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 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 0,88 088 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 16,2 28,1 21,0 75,110 787358 Продолжение табл.7 Способ Улучшение показателя Показатель известный предла- гаемый Скорость осветленияцелевого 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 48 В 6 раэ 30 Формула изобретения 35 Составитель Л.Ситнова .Редактор Ю.Петрушко Техред А.Ач Корректор С.Шекмар Заказ 8257/20 Тираж 565 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5авфилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Выделяющаяся при реакции сера способствует седиментации осадка в целевом продукте. Осадок получается более плотным, хлопьевидным,лучше фильтО 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 восстановителем, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса эа счет исключения нагревания раствора,повышения производительности процесса и снижения энергетических затрат,восстановление ведут при 15-25 С, ав качестве железосодержащего восстановителя используют сернистое железо.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й 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 щ и й с я тем, что высотуслоя сернистого железа берут равной0,2 - 0,5 м,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. 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. 192- 209 (прототип).