АППАРАТ С ГАЗООБРАЗНОЙ СРЕДОЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ НАХОДЯЩЕГОСЯ В НЕМ МАТЕРИАЛА СВЧ-ПОЛЕМ Российский патент 2006 года по МПК C22B3/02 C22B11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к аппаратам с газообразными средами, предназначенными для обработки находящихся в них материалов СВЧ-полем, и может использоваться в процессах сушки, прокаливания, нагрева, кипячения и т.п., которые применяются в различных отраслях промышленности.

Уровень техники

Известен сосуд для обработки СВЧ-полем материалов, содержащих благородные металлы и находящихся в водных растворах цианидов натрия или калия, или в жидких хлоридах серы. Для предотвращения попадания СВЧ-поля в окружающую среду аппарат помещается в отечественную бытовую микроволновую печь "Электроника" (RU 2059008, С 22 В 11/00, 3/4, 1996 - см. пример 2 в описании). Известен также стеклянный реактор для обработки СВЧ-полем нагретых вплоть до температуры кипения водных растворов различных кислот и/или окислителей, в которых находятся шламы, содержащие благородные металлы. Реактор смонтирован в бытовой микроволновой печи "Самсунг" и снабжен перемешивающей насадкой в виде штока с двумя перфорированными дисками, двигающегося возвратно-поступательно по оси реактора. Кроме того, реактор соединен с конденсатором, предназначенным для конденсации паров кислот и возврата их в реактор (RU 2239665, С 22 В 11/00, 3/06, 2004 - см. пример 1 в описании).

Недостатком данных аппаратов является повышенная опасность их эксплуатации вследствие возможности попадания в окружающую среду ядовитых паров цианидов натрия или калия, или хлоридов серы, а также агрессивных и вредных паров кислот и/или окислителей, в частности, во втором аналоге из-за неописанного уплотнения в месте ввода вибрирующего штока в корпус реактора. Кроме того, эти аппараты не могут быть применимы в промышленном масштабе.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату (прототипом) является аппарат с газообразной средой для обработки (например, нагрева) находящегося в нем материала СВЧ-полем, имеющий, по крайней мере, один гидрозатвор, содержащий слой жидкотекучей среды, одна поверхность которого находится в соприкосновении с СВЧ-полем и газообразной средой в аппарате, а другая - с окружающей средой. В качестве жидкотекучей среды используется вода. Этот слой поглощает СВЧ-поле и препятствует его выходу в окружающую среду (см. книгу: Ю.С.Архангельский. Установки диэлектрического нагрева. СВЧ-установки", Саратов: Саратовский госуд. технич. университет, 2003 г. стр. 200-201, рис. 6.3б и описание к нему - ксерокопии этих страниц прилагаются).

Основной недостаток данного аппарата заключается в невозможности его длительной безопасной работы с вредными и агрессивными материалом и газообразной средой в аппарате, который вызывается возможностью попадания в окружающую среду через гидрозатвор аппарата вредных и агрессивных веществ, образовавшихся в результате физико-химического реагирования жидкотекучей среды - воды с газообразной средой (например, в результате хемосорбции).

Сущность изобретения

Технический результат, на решение которого направлено настоящее изобретение, состоит в обеспечении безопасной работы аппарата с вредными и агрессивными материалами и газообразными средами, а также в увеличении периода времени безопасной работы аппарата.

Данный результат достигается в аппарате с газообразной средой для обработки находящегося в нем материала СВЧ-полем, имеющем, по крайней мере, один гидрозатвор, содержащий слой жидкотекучей среды, одна поверхность которого размещена в соприкосновении с СВЧ-полем и газообразной средой в аппарате, а другая - с окружающей средой. На одной из поверхностей жидкотекучей среды гидрозатвора размещен дополнительный слой жидкости, несмешивающийся со слоем жидкотекучей среды, при этом жидкотекучая среда физико-химически инертна к газообразной среде, прозрачна для СВЧ-поля и имеет температуру кипения, превышающую температуру материала и температуру газообразной среды в аппарате, а дополнительный слой жидкости поглощает СВЧ-поле. В качестве жидкотекучей среды используются перфтордекалин - C₁₀F₁₈, перфтортрибутиламин - C₁₂F₂₇N, перфтордиметилциклогексан - C₈F₁₆, а в качестве жидкости дополнительного слоя используются вода, водные растворы Na₂CO₃, NaOH, HCl и/или Н₂O₂, HCl и/или HNO₃, H₂SO₄ и HCl и/или Н₂O₂.

Основные отличительные признаки предлагаемого аппарата заключаются в том, что на одной из поверхностей жидкотекучей среды гидрозатвора размещен дополнительный слой жидкости, несмешивающийся со слоем жидкотекучей среды, при этом жидкотекучая среда - физико-химически инертна к газообразной среде, прозрачна для СВЧ-поля и имеет температуру кипения, превышающую температуру материала и температуру газообразной среды в аппарате, а дополнительный слой жидкости поглощает СВЧ-поле.

Дополнительные отличительные признаки предлагаемого аппарата состоят в том, что в качестве жидкотекучей среды используются перфтордекалин - C₁₀F₁₈, перфтортрибутиламин - C₁₂F₂₇N, перфтордиметилциклогексан - C₈F₁₆, а в качестве жидкости дополнительного слоя используется вода, водные растворы Na₂СО₃, NaOH, HCl и/или Н₂O₂, HCl и/или HNO₃, H₂SO₄ и HCl и/или Н₂O₂.

Настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности - "новизна", поскольку из уровня техники не удалось найти технического решения, существенные признаки которого полностью совпадали бы со всеми признаками, имеющимися в независимом пункте формулы настоящего изобретения. Настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности - "изобретательский уровень", поскольку из уровня техники не удалось найти технического решения, существенные признаки которого обеспечивали выполнение такой же технической задачи, на выполнение которой направлено настоящее изобретение.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Конструкция аппарата поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен предлагаемый аппарат (вид сбоку в продольном разрезе) с двумя гидрозатворами для крышки и для проботборника. В каждом гидрозатворе дополнительный слой жидкости размещен на поверхности слоя жидкотекучей среды, соприкасавшейся до этого с СВЧ-полем и газообразной средой в аппарате.

На фиг.2 изображен предлагаемый аппарат (вид сбоку в продольном разрезе) с одним гидрозатвором, являющимся уплотнением между корпусом и крышкой, которая жестко соединена (например, посредством сварки) со штоком перемешивающего устройства и поэтому совершает относительно корпуса вращательное и/или возвратно-поступательное движение. Дополнительный слой жидкости в гидрозатворе размещен на поверхности слоя жидкотекучей среды, соприкасавшейся до этого с окружающей средой.

Предлагаемый аппарат содержит корпус 1, снабженный крышкой 2а или 2б, соединенной с корпусом посредством гидрозатвора 3а или 3б. Крышка 2а - стационарна по отношению к корпусу 1 аппарата в процессе его работы, а крышка 2б в процессе работы аппарата совершает по отношению к корпусу 1 вращательное и/или возвратно-поступательное движение вследствие того, что она жестко соединена (например, посредством сварки) со штоком 4 перемешивающего устройства, имеющего перфорированные диски 5 и пропеллер 6. Гидрозатворы 3а и 3б служат в качестве уплотнений в местах соединения крышек 2а и 2б с корпусами 1, а гидрозатвор 3в является уплотнением в месте ввода в корпус 1 пробоотборника 7. Внутри корпуса 1 каждого аппарата имеется обрабатываемый материал 8а или 8б с газообразной средой 9. В качестве материала может использоваться, например, твердое вещество 8а, или суспензия 8б. Материал 8а или 8б и газообразная среда 9 пронизываются СВЧ-полем. Все гидрозатворы 3а-3в имеют слой жидкотекучей среды 10, являющийся прозрачным для СВЧ-поля (в аппарате-прототипе слой жидкотекучей среды наооборот поглощает СВЧ-поле). В качестве жидкотекучей среды используются перфтордекалин - C₁₀F₁₈, перфтортрибутиламин - C₁₂F₂₇N, перфтордиметилциклогексан - C₈F₁₆, каждый из которых физико-химически инертен к газообразной среде. Температура кипения жидкотекучей среды превышает температуру материала 8а или 8б и температуру газообразной среды 9 в аппарате. На одной из двух поверхностей слоя жидкотекучей среды 10 размещен дополнительный слой жидкости 11а или 11б, несмешивающийся со слоем жидкотекучей среды 10. Дополнительный слой жидкости 11а (фиг.1) размещен на поверхности жидкотекучей среды 10, соприкасавшейся до этого с СВЧ-полем и газообразной средой 9 в аппарате, а дополнительный слой жидкости 11б (фиг.2) размещен на поверхности слоя жидкотекучей среды 10, соприкасавшейся до этого с окружающей средой. Дополнительный слой жидкости 11а или 11б поглощает СВЧ-поле. В качестве жидкости дополнителного слоя 11а или 11б используются вода, водные растворы Na₂СО₃, NaOH, HCl и/или H₂O₂. Крышка 2а (фиг.1) или корпус 1 (фиг.2) снабжены конденсатором 12 для конденсации газообразной среды 9 и возврата ее в корпус 1 аппарата.

Эксплуатация аппарата осуществляется следующим образом. При снятой крышке 2а или 2б в аппарат загружают материал 8а или 8б. В качестве материала 8а может служить любое твердое вещество, например свежеприготовлевленный катализатор типа АПК-2 (гранулы α-Al₂О₃, пропитанные нитратом палладия), который в процессе эксплуатации аппарата подвергают, например, сушке посредством поглощения СВЧ-поля. При этом газообразная среда 9 будет насыщаться вредными оксидами азота. В качестве материала 8б может применяться, например, суспензия, состоящая из дисперсионной среды в виде вредных и агрессивных водных растворов различных кислот и/или окислителей, и дисперсной фазы, например, в виде шламов, содержащих благородные металлы. В процессе эксплуатации аппарата дисперсная фаза и дисперсионная среда подвергаются нагреванию СВЧ-полем и перемешиваются, в результате чего благородные металлы из дисперсной фазы растворяются в дисперсионной среде. Газообразная среда 9 при этом насыщается парами кислот и/или окислителей. Затем крышка 2а или 2б устанавливается на корпус 1. Включается источник СВЧ-поля и в аппарате, изображенном на фиг. 2, вводится в действие перемешивающее устройство, состоящее из штока 4 с перфорированными дисками 5 и пропеллером 6. Шток вместе с жестко присоединенной к нему крышкой 2б совершает относительно корпуса 1 вращательное и/или возвратно-поступательное движение. Вредные и агрессивные вещества из аппарата не могут попасть в окружающую среду через гидрозатворы 3а-3в, вследствие того, что они заполнены слоем жидкотекучей среды 10, физико-химически инертной к газообразной среде 9. Слой 10 прозрачен для СВЧ-поля и, следовательно, слабо нагревается и испаряется в процессе эксплуатации. Дополнительную защиту против попадания газообразной среды 9 в окружающую среду составляют дополнительные слои жидкости 11a (в начальный период времени работы - до завершения возможного физико-химического реагирования жидкости этого слоя с газообразной средой) и 11б (в процессе всего периода времени эксплуатации аппарата). Длительная безопасная работа аппарата с вредными и агрессивными материалами 8а и 8б и газообразной средой 9 в определенной мере обеспечивается вследствие того, что температура кипения жидкотекучей среды слоя 10 превышает температуру материала 8а или 8б и температуру газообразной среды 9 в корпусе 1 аппарата. СВЧ-поле из аппарата также не может попасть в окружающую среду через гидрозатворы 3а-3в, поскольку каждый из них содержит дополнительный слой жидкости 11а или 11б, поглощающий СВЧ-поле.

Из вышеизложенного описания работы аппарата в статике и динамике очевидно, в данном аппарате обеспечивается вышеуказанный технический результат, а именно - безопасная работа аппарата с вредными и агрессивными материалами и газообразными средами, а также увеличение периода времени безопасной работы аппарата.

Промышленная реализация.

Практика эксплуатации предложенного аппарата с различными вредными и агрессивными материалами и газообразными средами показала, что период времени безопасной работы составляет не менее 1 года.

Предложен аппарат с газообразной средой для обработки находящегося в нем материала СВЧ-полем, имеющий, по крайней мере, один гидрозатвор, содержащий слой жидкотекучей среды, одна поверхность которого размещена в соприкосновении с СВЧ-полем и газообразной средой в аппарате, а другая - с окружающей средой. На одной из поверхностей размещен дополнительный слой жидкости, несмешивающийся со слоем жидкотекучей среды, и жидкотекучая среда физико-химически инертна к газообразной среде, при этом дополнительный слой жидкости поглощает СВЧ-поле, а слой жидкотекучей среды прозрачен для него. В качестве жидкотекучей среды применяется перфтордекалин - C₁₀F₁₈, перфтортрибутиламин - C₁₂F₂₇N, перфтордиметилциклогексан - C₈F₁₆, а в качестве жидкости используется вода, водные растворы Na₂CO₃, NaOH, HCl и/или H₂O₂, HCl и/или HNO₃, H₂SO₄ и HCl и/или Н₂О₂. Температура кипения жидкотекучей среды превышает как температуру материала, так и температуру газообразной среды в аппарате. Техническим результатом является безопасность работы с вредными и агрессивными материалами и газообразными средами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Аппарат с газообразной средой для обработки находящегося в нем материала СВЧ-полем, имеющий, по крайней мере, один гидрозатвор, содержащий слой жидкотекучей среды, одна поверхность которого размещена в соприкосновении с СВЧ-полем и газообразной средой в аппарате, а другая - с окружающей средой, отличающийся тем, что на одной из поверхностей жидкотекучей среды гидрозатвора размещен дополнительный слой жидкости, не смешивающийся со слоем жидкотекучей среды, при этом жидкотекучая среда физико-химически инертна к газообразной среде, прозрачна для СВЧ-поля и имеет температуру кипения, превышающую температуру материала и температуру газообразной среды в аппарате, а дополнительный слой жидкости поглощает СВЧ-поле.2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкотекучей среды используются перфтордекалин -C₁₀F₁₈, перфтортрибутиламин -C₁₂F₂₇N, перфтордиметилциклогексан -C₈F₁₆, а в качестве жидкости дополнительного слоя используются вода, водные растворы Na₂СО₃, NaOH, HCl и/или Н₂O₂, HCl и/или HNO₃, Н₂SO₄ и HCl и/или Н₂O₂.