Способ получения кислорода Советский патент 1993 года по МПК C01B13/02 

00 00

а

ю

00

сь

со

Изобретение относится к способам получения кислорода из хлоратов и перхлоратов щелочных металлов, так 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 за счет соответствующего выбора химического состава, формы и размеров хлоратных 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.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения кислорода, в котором регулирование скорости выделения кислорода достигается за счет варьирования содержания окиси натрия в составе композиции. Однако по этому способу расход генерируемого кислорода также не может быть изменен во время горения.

Целью изобретения является обеспечение возможности регулирования расхода выделяемого кислорода в единицу времени непосредственно в процессе.

Указанная цель достигается тем. что по 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 (Gi) устанавливают в зависимости от требуемой скорости выделения кислорода (G 2). Для увеличения глубины регулирования, т. е. относительно изменения расхода после и до регулирования, к спутному или встречному потоку генерируемого кислорода добавляют поток газа из внешней среды. Подаваемый газ 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. п. Поэтому получить зависимость глубины регулирования от расхода кислорода, направляемого через исходное вещество, и от расхода подаваемого газа из внешней среды, в общем случае, практически невозможно. Такую зависимость нужно устанавливать в каждом конкретном случае экспериментально.

Способ получения кислорода осуществляется следующим образом (см. фиг. 1). Таблетированное или гранулированное исходное вещество 2 загружается в корпус генератора, имеющий два патрубка 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 противопылевой фильтр 8 спутно направлению движения 3 фронта горения, а

оставшуюся часть - в 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 Gi и GE 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, в 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 (), а встречный

поток газа отсутствует (. где G2 - расход газа, отводимого встречно фронту горения). Наименьший уровень соответствует случаю, при котором и Ј

Для расширения пределов регулирования дополнительно к спутному или встречному потоку генерируемого кислорода подают поток газа из внешней среды. Например, для увеличения уровня расхода

G 2 в патрубок 7 подают воздух с расходом Ge (вентиль 10 закрыт, G2-0). В этом случае в поток газа через исходное вещества входит расход генерируемого кислорода и расход подаваемого воздуха, который

необходимо учитывать при определении величины G Ј по показаниям счетчика 11 и

ротаметра 13 G Gi-Cn.

Для уменьшения расхода генерируемого кислорода до остановки процесса горения поток газа из внешней среды добавляют к встречному потоку генерируемого кислорода (вентиль 9 закрыт, Gv-0, Gj Gj-Ge).

Пример 1. Таблетки диаметром 5 мм и высотой 5-7 мм, состава 95 мас.% NaCIOa+5 мас.% ВаОг. 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, Gi G X,

). На 15-ой минуте приоткрывают вентиль 10 и вентилем 9 устанавливают расход ,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.

Пример 2. Исходные данные аналогичны примеру 1. но расход кислорода на 14,5-ой минуте через исходное вещество устанавливают на уровне Gi-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).

Пример 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, ). 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.

Пример 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 (), но время остановки составляет уже 11 мин. Средний расход кислорода до изменения направления течения 18 л/мин. Объем выделившегося кислорода за время остановки 84 л.

Таким образом, видно, что по предлагаемому способу скорость выделения кислорода можно регулировать, устанавливая различные расходы генерируемого кислорода через исходное вещество от наибольшего значения, соответствующего случаю, при котором весь генерируемый кислород направляют через исходное вещество (Gi- G 5), до

. полной остановки процесса генерации, при

котором генерируемый кислород направляют

встречно фронту горения (G v 0).

Пример 5. Исходные данные те же,

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 из внешней среды с расходом 5 л/мин. Зависимость скорости

выделения кислорода от времени приведена на фиг, 3 (кривая 1). Средний расход кислорода с 5-ой по 16-ую минуту 8 л/мин, с 19-ой по 24-ую минуту - в 1,4 раза больше (11.2 л/мин).

П р и м е р 6. Масса рабочего вещества увеличена до 800 г, высота насыпки 420 мм, другие исходные данные те же, что и в примере 5. Начиная с 13-ой минуты в патрубок 7 подают воздух с расходом 10 л/мин. Зависимость расхода генерируемого кислорода от времени приведена на фиг. 3 (кривая 2). Средний расход кислорода с 5-ой по 13-ую минуту 8 л/мин, с 17-ой по 22-ую минуту - в 2,2 раза больше (17,3 л/мин).

Пример. Исходные данные те же, что и в примере 4, но на 12-ой минуте к встречному потоку генерируемого кислорода через патрубок 1 (вентиль 9 закрыт. Gi-0) добавляют поток воздуха из внешней среды

с расходом 10 л/мин. Расход генерируемого кислорода снижается от среднего значения 18 л/мин, и через 2,7 минуты процесс выделения кислорода прекращается. За время остановки процесса горения выделяется 23 л кислорода.

Пример 8. Исходные данные те же, то и в примере 7, но расход подаваемого воздуха 30 л/мин. Скорость выделения кислорода падает от среднего значения 18 я/мин, и через 1,4 минуты процесс генерации останавливается. За время остановки выделяется 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 генерируемого

кислорода через патрубок 7 (вентиль 10 закрыт) добавляют поток азота с расходом в одном случае 5 л/мин, в другом 10 л/мин.

Пример 10. Исходные денные те же. что и в примере 1. но на 12-ой минуте к встречному потоку генерируемого кислорода, через патрубок 1 (вентиль 9 закрыт), добавляют поток азота из внешней среды с расходом 5 л/мин. Расход генерируемого кислорода снижается от среднего значения 8,2 л/мин, и через 4.2 минуты процесс выделения кислорода прекращается.

Пример 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.

Пример 12. Исходные данные те же, что и в примере 1, но на 12-ой минуте к

5

встречному потоку генерируемого кислорода через патрубок 1 (вентиль 9 закрыт) добавляют поток кислорода с расходом 5 л/мин. Расход генерируемого кислорода снижается от среднего значения 7,9 л /мин, и через 3,9 мин процесс выделения кислорода прекращается.

Примеры 5-12 показывают, что добавление к спутному потоку генерируемого кислорода потокатаза из внешней среды (воздух, кислород, азот) существенно увеличивает скорость выделения кислорода, а добавление потока газа к встречному потоку резко замедляет процесс генерации и приводит его к полной остановки.

1, Способ получения кислорода, включающий термическое разложение смеси на основе хлората или перхлората щелочного металла с образованием фронта горения, отличающийся тем. 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 п. 1,отличающийся тем, что к потокам выделяемого кислорода добавляют извне воздух или инертный по отношению к смеси и продуктам реакции газ.

0

13

Фие.1

6Цв

20

Расход,

1612

8

16

Время, мин

фиг. 2