УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА ЦИНКА Российский патент 1997 года по МПК C22B19/34 

Изобретение относится к области производства окислов металлов газофазным способом с последующим окислением паров металлов и может быть использовано в производстве оксида цинка (цинковых белил) из металлического цинка, используемого в резинотехнической и лакокрасочной промышленности.

В настоящее время известны муфельные печи для получения оксида цинка, содержащие обогреваемую камеру с горизонтально установленными в ней муфелями, в которые периодически загружают чушковый цинк, расплавляют и испаряют его. Пары окисляют в окислительном "колодце", в который подают воздух. Каждый из муфелей работает периодически, но т.к. в печи находится большое количество муфелей и их загрузка цинком проводится последовательно, то испарение цинка в печи протекает непрерывно (Козулин Н.А. и др. Оборудование заводов лакокрасочной промышленности. Л. Химия, 1980, с. 376).

Недостатками известных печей являются большой расход топлива, быстрый износ муфелей и недостаточная равномерность их работы по длине печи, большой расход цинка и загрязнение окружающей среды окисью цинка.

Из известных устройств для получения оксида цинка наиболее близким по технической сущности является взятая авторами за прототип установка для получения окиси цинка из металлического цинка, включающая устройство для плавления цинка и установленные за ним, связанные коллектором паров цинка устройства для испарения цинка и окисления его паров, последнее из которых имеет приспособления для подачи воздуха, выполненные в виде тангенциальных сопл, размещенных под углом к потоку паров в боковой стенке камеры (авт. св. СССР N 999231, кл. B 01 J 19/00, 1981).

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает достаточной экономичности и экологической чистоты процесса.

Это объясняется тем, что для получения 1 кг готовой продукции в известной установке требуется 1,23 кг условного топлива, при этом основные затраты тепла приходятся на испарение цинка (75%). Устройство для испарения цинка обогревается продуктами сгорания природного газа, которые на выходе испарительного устройства попадают в боров установки и выбрасываются в атмосферу. Вследствие неизбежных неплотностей устройства для испарения наличия трещин в тарелях и в муфелях и частых их поломок пары цинка попадают в дымовые газы и теряются с ними в среднем количестве 0,6 0,7 г/нм³. При этом образовавшаяся окись цинка рассеивается в окружающую среду.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, - снижение расхода сырья и топлива на единицу продукции и предотвращение потерь цинка с дымовыми газами.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для получения оксида цинка из металлического цинка, включающей устройство для плавления цинка и установленные за ним устройства для испарения цинка и окисления его паров, последнее из которых имеет приспособления для подачи воздуха, выполненные в виде тангенциальных сопл, размещенных под углом к потоку паров в боковой стенке камеры, устройство для испарения цинка коаксиально установлено в полости камеры устройства для окисления паров цинка и выполнено в виде параллельно расположенных в горизонтальной плоскости кольцеобразных тарелей с выходными отверстиями, размещенными радиально по их образующим, и отверстием в днище для перелива расплавленного цинка, а упомянутое устройство для окисления дополнительно снабжено устройством для подачи воздуха, размещенным в центре верхней торцевой стенки его камеры.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая установка отличается от известной взаимным расположением устройства для испарения и устройства для окисления паров цинка, а также формой выполнения и расположения элементов упомянутого устройства для окисления.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают предлагаемому изобретению соответствие критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая установка; на фиг. 2 ее поперечный разрез.

Предлагаемая установка включает устройство для плавления цинка 1, соединенное переливным каналом 2 с устройством для испарения цинка 3. Последнее коаксиально установлено в камере устройства для окисления паров цинка 4.

Упомянутое устройство для испарения цинка 3 выполнено в виде параллельно расположенных в горизонтальной плоскости кольцеобразных тарелей 5 и разделяет камеру устройства для окисления на две части внутреннюю 6 и внешнюю 7. Тарели 5 имеют выходные отверстия 8 для паров цинка, размещенные радиально по их образующим, и отверстия 9 в днище для перелива расплавленного цинка. Внешняя и внутренняя части камеры устройства для окисления в нижней части соединены проемами 10 с белилопроводом 12, который одновременно является теплообменником для подогрева воздуха и нагрева и плавления металлического цинка в устройстве для плавления 1.

Вышеупомянутое устройство для окисления паров цинка 4 имеет два диаметрально расположенных в боковой стенке камеры приспособления для подачи воздуха 13 и размещенное в центре верхней торцевой стенки упомянутой камеры устройство для подачи газовоздушной смеси 14, связанное с воздуховодом 15 и газопроводом 16 с запорным устройством 17. Приспособления для подачи воздуха выполнены в виде тангенциально расположенных фурм, связанных воздуховодом 18 с воздухоподогревателем 19, имеющим воздуховод 20.

Предлагаемая установка работает следующим образом.

Твердый металлический цинк подают в устройство для плавления 1. В период пуска установки подают природный газ и воздух по газопроводу 16 и трубопроводу 15 во внутреннюю часть 6 камеры устройства для окисления 4. Продукты сгорания проходят по воздухоподогревателю 19, омывают устройство для плавления цинка 1 и через фильтры выбрасываются в атмосферу. При этом находящийся в устройстве твердый металлический цинк нагревают, плавят и подогревают до температуры 550 600^oC, после чего жидкий цинк самотеком по каналу 2 поступает на тарели 5 устройства для испарения цинка 3, где происходит образование паров цинка. Последние через отверстия 8 поступают во внутреннюю 6 и внешнюю 7 части камеры устройства для окисления 4. Для окисления паров цинка кислородом воздуха через фурмы 13 и 14 подается подогретый до 300 400^oC воздух. В результате происходит интенсивная экзотермическая реакция окисления паров цинка. Этот процесс ведется при температуре 1250 1500^oC (адиабатическая температура реакции окисления паров цинка в воздухе 2900^oC).

При достижении устойчивого процесса испарения и окисления паров цинка газ отключают с помощью запорного устройства 17, а процесс проводят за счет тепла экзотермической реакции.

Температуру окисления регулируют количеством подаваемого воздуха и его температурой.

Раскаленные продукты реакции окисления (аэрозоль окиси цинка) создают в устройстве для испарения 3 температуру 1000 1100^oC, при которой происходят кипение и испарение жидкого цинка (tZnкип

907,5^oC). Из камеры устройства для окисления 4 аэрозоль окиси цинка, имеющая температуру 1000 - 1100^oC, через проемы 10 поступает в белилопровод 12 и, продвигаясь по последнему, отдает свое тепло на подогрев воздуха в воздухоподогревателе 19 и на плавление твердого металлического цинка в устройстве для плавления цинка 1. При этом аэрозоль охлаждается до температуры 100 150^oC и подается на фильтраппаратуру (не показано).

Баланс тепла предлагаемой установки (в расчете на 1 кг окиси цинка) приведен в таблице.

Таким образом, тепловой КПД предлагаемой установки равен
КПД
что почти в десять раз выше, чем у всех известных действующих цинкобелильных печей.

Предлагаемое взаимное расположение устройств для испарения и окисления паров цинка, а также выполнение кольцеобразных тарелей испарительного устройства с выходными отверстиями, размещенными радиально по их образующим, и снабжение устройства для окисления устройством для подачи газа и воздуха, размещенным в центре верхней торцевой стенки его камеры позволяет обеспечить минимальные потери тепла и белил в окружающую среду.

Реализация предлагаемой печи в промышленности дает экономию природного газа 1000 м³ на одну тонну производимой окиси цинка из металлического цинка. Это эквивалентно 1,23 т условного топлива на тонну продукции.

Использование: для производства оксида цинка (цинковых белил) из металлического цинка, используемого в резинотехнической и лакокрасочной промышленности. Сущность: установка для получения оксида цинка содержит устройство для плавления металлического цинка, связанное с устройством для испарения цинка, коаксиально установленным в полости камеры устройства для оксиления паров цинка, которое выполнено в виде параллельно расположенных в горизонтальной плоскости кольцеобразных тарелей, выполненных с выходными отверстиями, размещенными радиально по их образующим, и переливными отверстиями в днище. При этом устройство для окисления имеет приспособление для подачи воздуха, размещенное в боковой стенке камеры, и дополнительно снабжено устройством для подачи газа и воздуха, размещенным в центре верхней торцевой стенки его камеры. 2 ил., 1 табл.

Установка для получения оксида цинка из металлического цинка, включающая устройство для плавления цинка и установленные за ним устройства для испарения цинка и окисления его паров, последнее из которых имеет приспособления для подачи воздуха, размещенные в боковой стенке камеры, отличающаяся тем, что устройство для испарения цинка коаксиально установлено в полости камеры устройства для окисления паров цинка и выполнено в виде параллельно расположенных в горизонтальной плоскости кольцеобразных тарелей с выходными отверстиями, размещенными радиально по образующим, и отверстием в днище для перелива расплавленного цинка, а упомянутое устройство для окисления дополнительно снабжено устройством для подачи газа и воздуха, размещенным в центре верхней торцевой стенки его камеры.