Устройство для непрерывного превращения желтого фосфора в красный Советский патент 1935 года по МПК C01B25/23 

Существующие до сих пор и применяемые методы получения порошкообразного красного фосфора обладают целым рядом недостатков. Основные из них:

1.Чрезвычайно малые скорости превращения желтого фосфора в красный.

2.Недостаточно высокое качество получаемого продукта, которое вызывает необходимость дополнительной химической или тепловой обработки полученного красного фосфора.

3.Периодичность ведения процесса.

Малые скорости превращения желтого фосфора в красный обусловливаются низкой температурой (270-280) ведения процесса. Превращение основной массы желтого фосфора в красный происходит в течение 2-4 суток. Естественно при этом, что последние порции желтого фосфора вследствие низкой температуры будут требовать значительного времени для полного превращения. Поэтому ни в одном из применяемых методов процесс не идет до конца.

Значительные количества примесей желтого фосфора в красном вызывают необходимость дополнительной обработки последнего водяным паром, затем едким натром с последующей нейтрализацией серной кислотой или дополнительную тепловую обработку. Помимо этого красный фосфор, полученный при

(16)

низкой температуре, является особо активным, так как содержит другие модификации фосфора. Такой активный продукт затрудняет использование его в спичечной промышленности, являющейся основным потребителем красного фосфора. Последнее свойство будет затруднять хранение и транспортировку, а также сбыт его за границей.

Периодичность ведения процесса, помимо резкого снижения производительности и таким образом повышения себестоимости красного фосфора, также способствует ухудшению качества получаемого красного фосфора. При этом методе ведения процесса реакционный аппарат нельзя полностью загрузить желтым фосфором, так как расширяющийся при нагревании желтый фосфор вызывает давление и взрыв аппаратуры. Таким образом необходимо в аппарате иметь свободный объем. Этот объем увеличивается по мере течения реакции, так как удельный вес красного фосфора больше удельного веса желтого. Свободный объем заполняется парами желтого фосфора. Известно, что желтый фосфор в парах не может превращаться в красный. Поэтому, весь парообразный желтый фосфор при охлаждении аппаратуры дг выгрузки полученного красного фосфора конденсируется на последнем, загрязняя продукт.

На основании вышесказанного процесс получения красного фосфора должен быть свободен от вышеперечисленных основных недостатков. Основываясь на вышеизложенном, предлагается новая аппаратура для ведения процесса превращения желтого фосфора в красный. Принцип, положенный в основу аппаратуры, позволяет варьировать конкретное его осуществление в зависимости от наличия того или иного вида энергии, а также конкретное оформление различных деталей аппарата, и заключается в следующем.

I.Ведение процесса при температурах 400-430, при котором происходит ТОО /о-ное превращение желтогб фосфора в красный в течение долей минуты (см. работу Л. Я. Введенского и ft. В. Фрост, Журнал общей химии, т. 1, вып. 7, ст. 917-925, 1931 г.) и получается неактивный продукт.

II.Непрерывность ведения процесса.

III.Растирание красного фосфора в порошок в процессе его образования.

Ниже описывается схема аппарата, иллюстрированная чертежом, на котором фиг. 1 изображает поперечный разрез аппарата, а фиг. 2-продольный. Яппарат состоит из стальной камеры, разделенной на четыре отделения 2, 5, 7 и 8 (фиг. 1). Поперечный разрез верхней части камеры (пространство 2, 5) представляет правильный четырехугольник. Эта часть камеры двумя рядами плотно пригнанных друг к другу вальцов 4 и б делится на два отделения 2 и 5. Таким образом отделение 2 изолируется от отделения 5. Отделение 5 в свою очередь изолируется от отделения 7 вальцами 6. Оси вальцов сквозь стены камеры выходят наружу. Вальцы устроены полыми и обогреваются изнутри до температуры ведения процесса перегретым водяным паром, топочными газами, электронагревом и т. д. В пространстве 5 и 7 также поддерживается температура, равная температуре вальцов. Обогрев может быть произведен или специальным кожухом или трубчатой системой, расположенной вдоль стенок камеры. Кроме того можно использовать теплоту реакции и таким образом для обогрева пространства 5 можно не делать дополнительных устройств. Совершенно очевидно, что пространство 5 можно обогревать, использовав вальцы 4 л 6.

Расплавленный и имеющий температуру около 70-100°, но не выше и не ниже, желтый фосфор нагнетается через форсунку 7 и распыляется в пространство 2. Пространство 2 не обогревается специально и температура в ней должна быть не выше 200-250° в некотором отделении от вальцов 4, близ которых, конечно, температура будет высокая. Попадая в это пространство, фосфор будет реагировать медленно и только на горячей поверхности вальцов скорость реации примет большее значение. Подбирая скорость вращения вальцов так, чтобы желтый фосфор на его поверхности пребывал 2-3 минуты, реакцию в основном можно довести до конца на вальцах 4. Так как желтый фосфор был впущен на вальцы в виде брызгов, полученный красный фосфор уже будет представлять не очень крупные зерна. Далее, попадая в промежуток вращающихся все время вальцов 4, эти зерна будут измельчаться и попадать в пространство 5 и на вальцы 6. Не успевшие превратиться следы желтого фосфора будут видоизменяться в красный в процессе прохождения через вальцы 4 в пространстве 5 и на вальцах б.Впущенный в камеру желтый фосфор через вальцы 6 будет высыпаться в сборник 7 в виде порошка ЮО /о-го красного фосфора.

Так как желтый фосфор мог бы на стенках пространства 2 частично реагировать и постепенно забивать ее комьями смеси желтого и красного фосфора, вдоль стенок пространства 2 располагаются валики, все время находящиеся в движении. Последние, в случае образования на них вышеуказанных комочков, будут транспортировать эти комочки на вальцы # и предотвращать от забивания пространства 2. Пространство 5 не будет забиваться, так как туда попадает порошок красного фосфора.

При этих температурах желтый фосфор имеет упругость паров от 7 до 10 атм. Поэтому камера должна быть рассчитана на рабочее давление около 10 атм., что является небольшой величиной.

Допускается, что в отделении 7 вследствие несовершенной изоляции пространства 2 и 5 от пространства 7 вальцами 4 и б упругость паров желтого фосфора будет достигать также от 7 до 10 атм. Поэтому при выгрузке порошка красного фосфора из отделения 7 пары желтого фосфора могут увлечься порошком и загрязнять последний. Для того, чтобы избегнуть этого, отделение 7 заполняется порошком красного фосфора от 80 до 98°1о всего объема, не заполненный же объем в пространстве 7 будет равен от 20-2/о, что будет соответствовать от 0,1 до 0,0Р/о примеси желтого фосфора в красном--величина вполне приемлемая для промышленных целей.

После заполнения отделения 7 до нужного объема порошок красного фосфора сбрасывается в отделение 8 выдвиганием задвижки W. В отделении 8 порошок остывает до температуры ниже 200, после чего из люка 9 транспортируется при помощи транспортера. Отделение 8 должно перед заполнением продуваться инертным газом во избежание возможного сгорания порошка красного фосфора, который выше 200° сгорает в присутствии воздуха. Задвижка /О может быть сделана типа задвижки анастигмата в фотоаппаратах или просто выдвижных.

Система выгрузки порошка из отделения 7 может варьироваться. Например, по обе стороны отделения 7 можно сделать два подобных отделения, но уже не обогреваемых, так же как и отделение 8 в указанном случае. В трех отделениях (7 и не изображенных по обе стороны по одному отделению), расположенных на одном уровне на рельсах, могут перемещаться два бака соответствующей емкости. В то время, как один из них находится в отделении 7 и заполняется, второй выгружается после охлаждения в одном из соседних отделений. После заполнения бака в отделении 7 последний передвигается в соседнее свободное отделение, а опорожненный бак передвигается в отделение 7. Для быстроты охлаждения порошка соответствующие отделения могут специально охлаждаться.

Нагнетание желтого фосфора в реакционную камеру можно производить или при помощи насоса или из резервуара, обогреваемого до 70-100° под давлением инертного газа. Распылитель / можно охлаждать до 70--100° во избежание забивания выходного отверстия. Вальцы 3 можно сделать не соприкасающимися с зальцами 4. Вальцы могут быть снабжены скребками. Число вальцов, расположенных в одном ряду,, а также число рядов, может отличаться от числа изображенных на фиг. 1.

Этот метод позволяет вести процесс в широком интервале температур за счет изменения времени реакции или увеличения числа рядов вальцов. Процесс можно осуществить при температурах от 250 до 500°. В указанном интервале температур упругость паров желтого фосфора меняется от 0,5 до 23, 2 атм. От температуры, при которой ведется процесс, зависит минимальное рабочее давление в аппарате, лежащее в указанном интервале упругостей желтого фосфора. Оптимальными температурами для скоростей реакции и рабочее давление камеры с точки зрения промышленного ведения процесса будут 400- 230° и 7-10 атм.

Перед пуском установки следует продувать всю камеру инертным газом для удаления воздуха и предупреждения возможного сгорания части фосфора.

Предмет изобретения.

1.Устройство для непрерывного превращения желтого фосфора в красный при нагревании с одновременным измельчением, отличающееся тем, что в реакционном сосуде помещены два горизонтальных ряда нагреваемых парных вальцов 4 к 6.

2.Форма выполнения устройства, означенного в п. 1, отличающаяся тем, что, с целью защиты стенок реакционного сосуда выше первого ряда вальцов 4 от налипания фосфора, около этих стенок помещены один над другим вальцы 3.

Фиг.1