540

Формула изобретения:

1.Способ утилизации тепла отходящих горючих газов, включающий сжигание горючих газов и подогрев топочными газами солевого раствора, отличающийся тем, что подогрев топочными газами проводят путем их пропускания через слой солевого раствора.

2.Устройство для утилизации тепла отходящих горючих газов, содержащее испаритель с раствором, камеру сгорания горючих газов, отличающееся тем, что камера сгорания помещена в испаритель таким образом, что факел горения находится под слоем раствора.

3.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на конце камеры сгорания со стороны факела установлен газораспределительный диффузор, а в крышке испарителя установлены взрывной клапан и газоход.

8.15.Формула изобретения на применение

Кобъекту изобретения относится и применение известного ранее устройства, способа, вещества, штамма по новому назначению с иным предназначением. Различают

функциональные изобретения, изобретения на перенос и селективные изобретения.

Функциональные изобретения – это изобретения, в которых у объекта появляется новая функция. Пример формулы такого изобретения:

«Применение электрохимических аккумуляторов в качестве электрических конденсаторов, в частности для компенсации реактивного тока в роторных цепях асинхронных машин».

В данном изобретении электрохимический аккумулятор выполняет новую функцию – функцию электрического конденсатора.

К изобретениям на перенос относятся такие изобретения, в которых для решения новой задачи используется уже известное качество данного объекта, или известный объект переносится в другую область. Пример формулы изобретения на перенос:

281

«Применение двухчашечного распылителя лакокрасочных материалов в качестве устройства для получения волокнистого нетканого фильтрующего материала». Здесь двухчашечный распылитель лакокрасочных материалов в качестве устройства используется для решения новой задачи – получение волокнистого нетканого фильтрующего материала.

Селективные изобретения – это изобретения, в которых возможность использования какого-либо вещества или группы веществ известного класса соединений основано на выявленных изобретателем ценных свойствах этого вещества. К таким изобретениям обычно относятся случайные изобретения или найденные неожиданно. Пример формулы изобретения селективного изобретения:

«Применение водного отвара вяленых ягод китайского лимонника для улучшения зрения».

8.16. Задачи для составления формул изобретения

Задача 1.

В известном способе получения пентаоксида ванадия из конверторных шлаков шлаки обжигают при температуре 800...850 °С с добавкой карбоната кальция в количестве 6...8 %, затем спек растворяют в слабой (5...7 %) серной кислоте при температуре 20...25 °С в две стадии. Полученный раствор отделяют от шлама на фильтрах и нагревают до температуры 90 °С, затем корректируют рН раствора кристаллической содой до рН 1,7…1,9. Из раствора далее осаждают V2O5, осадок фильтруют, затем сушат при повышенной температуре. В результате получают пентаоксид ванадия, содержащий 78...82 % основного вещества.

Предложен новый способ получения пентаоксида ванадия из конверторных шлаков. Обжиг шлака ведут с добавкой соды Na2CO3 (7...9 %) при температурах 750...770 °С с последующим растворением спека в воде при температуре 70...80 °С. Далее полученную взвесь фильтруют, фильт-

282

рат (раствор) нагревают до 90 °С, корректируют рН раствора кристаллической содой до величины 1,7...1,9. Из этого раствора осаждают V2O5, осадок отфильтровывают, промывают 7...8%-ным раствором сульфата аммония и сушат при высоких температурах. В результате получают пентаоксид ванадия, содержащий 85...90 % основного вещества.

Задача 2.

Визвестном способе обезвоживание карналлита проводят путем его нагревания во вращающихся печах топочными газами до температуры 230...250 °С в течение 40 мин

споследующим плавлением карналлита при температуре 760...820 °С в токе хлористого водорода в течение 2,5 ч. Недостатком способа являются большие потери хлорида магния (до 12 %) из-за гидролиза хлорида магния до оксида магния.

Вновом способе для снижения потерь хлорида магния предложено во вращающиеся печи вводить добавку отра-

ботанного магниевого электролита в количестве 4...6 % к весу исходного карналлита. При этом гидролиз снижается до 7 %.

Задача 3.

Известен способ получения хлорида калия высокой чистоты путем растворения сырья хлорида калия при температуре 105 °С, очистки раствора добавкой в раствор гидроксида калия, кипячения раствора при температуре 105 °С в течение 2 ч, осветления раствора от шлама при температуре 95 °С с последующей кристаллизацией КС1 путем охлаждения, отделения КС1 от раствора и последующей сушкой осадка. Недостатком способа является высокая стоимость очистки раствора хлорида калия.

В новом способе предложено вместо гидроксида калия вводить на стадии очистки раствора глинисто-карбонатный шлам (без кипячения раствора). Все остальные стадии проводятся как и в вышеизложенном способе. В результате очистка насыщенного раствора хлорида калия протекает с низкими затратами.

283

Задача 4.

Известен способ получения кальцинированной соды путем аммонизации очищенного раствора хлорида натрия с последующей стадией карбонизации аммонизированного рассола, отделением осадка бикарбоната натрия от раствора и термическим разложением бикарбоната натрия при повышенных температурах. Недостатком способа является низкая степень использования хлорида натрия (около

60 %).

Для повышения степени использования сырья в новом способе предложено на стадиях аммонизации и карбонизации рассола хлорида натрия подачу газов (аммиака и углекислого газа) рассредоточить по высоте абсорбционной колонны путем дробной подачи газов в несколько точек колонны. В результате степень абсорбции газов возрастает, что приводит к повышению степени использования хлорида натрия до 65 %.

Задача 5.

Известен способ получения нитрит-нитратных солей путем абсорбции окислов азота (оксида и диоксида азота) раствором кальцинированной соды при температурах 40...70 °С с последующими операциями выпаривания раствора при повышенной температуре, разделением нитрата и нитрита натрия кристаллизацией, отделением кристаллического осадка на центрифугах и сушкой осадка при повышенных температурах. Недостатком способа является повышенная стоимость кальцинированной соды, что удорожает технологию.

В новом способе предложено абсорбцию оксидов азота проводить суспензией гидрокарбоната натрия при температурах 40...70 °С при концентрации твердой фазы в суспензии 25...30 %. Остальные операции проводят аналогично вышеизложенному. Преимущество нового способа – снижение затрат на сырье на 20 %.

Задача 6.

Известен состав схватывающихся цементов на основе цемента Сорреля (вес. %): 15...20 MgCl2, 15...20 MgO,

284

60...70 SiO2. Недостатком таких цементов является низкая влагостойкость.

Для повышения влагостойкости цемента предложен новый состав цемента (вес. %): 10...15 MgCl2, 10...15 MgO, 55...65 SiO2, 20...25 поливинилацетатного клея.

Задача 7.

Известен состав огнеупорного материала, содержащего: 25...30 % диоксида циркония и 75...85 % глинозема. Недостатком огнеупора является невысокая прочность и низкая термоустойчивость.

Для повышения прочности и термоустойчивости предложено изменить состав огнеупора (вес. %): 15...20 диоксида циркония, 60...75 глинозема, 25...30 оксида магния.

8.17. Пример описания изобретения

С02 F 1/00

Способ очистки сернокислых сточных вод ванадиевых производств

Изобретение относится к технологии нейтрализации и очистки сернокислых сточных вод ванадиевых производств от соединений ванадия, марганца, хрома и может использоваться в других отраслях промышленности для очистки сернокислых сточных вод от указанных соединений.

Известен способ очистки сточных вод, содержащих ванадий и тяжелые металлы, включающий полное осаждение на первой стадии ионов железа (111) и отделение осадка с последующей обработкой частично осветленного стока гумматами для полного осаждения ионов ванадия в виде концентрата ванадия [1]*. Недостатком способа является невозможность получения осадков концентрата марганца.

* Cсылка на источник, приведенный в библиографическом списке описания способа.

285

Известен также способ очистки сернокислых и солянокислых сточных вод, содержащих соединения ванадия, марганца и хрома, включающий нейтрализацию вод известковым молоком, осаждение ионов тяжелых металлов сульфидом натрия и последующее подщелачивание сточных вод, ввод полиакриламида и осветление вод в отстойных аппаратах, фильтрацию шлама нерастворимых соединений металлов и складирование шлама [2]*. Недостатком способа является получение неутилизируемых плохо фильтрующихся осадков (технического сульфата кальция и/или концентрата марганца), поскольку они тонкодисперсные и загрязнены примесными компонентами.

Для устранения указанного недостатка предлагается способ очистки сернокислых сточных вод ванадиевых производств, включающий операции нейтрализации вод и химического осаждения соединений ванадия, марганца, хрома реагентами с последующим отделением осадка, отличающийся тем, что на первой стадии осаждают и отделяют осадок сульфата кальция, а на второй стадии производят нейтрализацию и химическое осаждение соединений ванадия, марганца, хрома. Причем на первой стадии для осаждения сульфата кальция подают в сточную воду хлорид кальция в стехиометрическом соотношении к сульфат-иону, содержащемуся в сточной воде, а на второй стадии производят нейтрализацию и химическое осаждение соединений ванадия, марганца, хрома карбонатом натрия. При этом карбонат натрия подают в сточную воду в количестве, необходимом для повышения значения рН до величины 8,5.

Проведение на первой стадии операции осаждения хлоридом кальция, взятом в стехиометрическом количестве к содержанию в сточной воде сульфат-иона, путем подачи хлорида кальция в сточную воду позволяет выделить из сточных вод примеси сульфат-иона и получить при этом легко фильтрующийся осадок сульфата кальция с высоким

* Ссылка на источник, приведенный в библиографическом списке описания.

286

содержанием основного вещества. Такой осадок после промывки может служить сырьем для получения строительного гипса.

Осуществление на второй стадии операции нейтрализации и химического осаждения соединений ванадия, марганца, хрома карбонатом натрия позволяет очистить сточную воду от указанных ионов и непосредственно получить марганцевый концентрат, который может быть использован

вкачестве добавки при выплавке стали в металлургии или

вкачестве сырья для получения соединений марганца. При нейтрализации вод и осаждении соединений ванадия, марганца, хрома карбонатом натрия в количестве, меньшем рН 8,5, наблюдается низкая степень очистки сточных вод

от указанных ионов, а при рН более 8,5 − наблюдается перерасход карбоната натрия.

Пример 1. Испытания способа очистки проводили с кислой (рН 1,45) сточной водой Чусовского металлургического завода, содержащей следующие примеси (г/л): V2O5 0,23; SiO2 0,06; MnO 1,45; Fe2O3 0,0041; TiO2 0,0014; Cr2O3 0,02; P 0,016; CaO 0,94; MgO 0,24; Al2O3 0,005; H2SO4 5,4; нерастворимый остаток 26,95. В термостатированный при 75 °С реактор заливали 200 мл сточной воды. Затем проводили первую стадию очистки воды, для чего микронасосом в реактор со сточной водой со скоростью 0,6 мл/мин подавали 9,1%-ный раствор хлорида кальция в стехиометрическом количестве к содержащемуся в воде сульфат-иону. Образовавшуюся суспензию первичного осадка CaSO4 переливали в мерный цилиндр и отстаивали при температуре 50 °С. При этом регистрировали скорость процесса седиментации частиц осадка. Затем осветленный раствор декантировали, а сгущенную суспензию первичного осадка фильтровали на вакуум-фильтре, регистрируя скорость фильтрации. Отфильтрованный первичный осадок сушили при температуре 110 °С до постоянного веса и анализировали.

287

Далее проводили вторую стадию процесса очистки сточной воды. Для этого фильтрат помещали в термостатированный при температуре 75 °С реактор и микронасосом в раствор подавали раствор карбоната натрия с концентрацией 10 % до момента достижения в реакторе величины рН 8,5. Затем в суспензию подавали 0,2%-ный раствор полиакриламида из расчета 2 л/м3 суспензии. Измерения скорости седиментации частиц осадка проводили в цилиндре при температуре 20 °С. Затем осветленный раствор декантировали, а сгущенную суспензию вторичного осадка фильтровали на вакуум-фильтре, измеряя скорость фильтрации. Отфильтрованный вторичный осадок сушили до постоянного веса и анализировали. Фильтрат подвергали химическому анализу. В результате очистки очищенная вода не содержала примесей V2O5, Cr2O3, SiO2, P, CaO, MgO, Al2O3, H2SO4, нерастворимого остатка. Показатели эффективности очистки сточной воды приведены в табл. 8.1, а показатели первой и второй стадий осаждения (состав осадков и скорости седиментации и фильтрации осадков) − в табл. 8.2.

Таблица 8.1

Степень очистки (%) кислых сточных вод ванадиевых производств от примесей ионов Mn, V, Cr

Компоненты	Заявляемый	Способ очистки
	способ очистки	по прототипу
	(пример 1)	(пример 2)
MnO	99,05	82,3
V2O5	100	100
Cr2O3	100,0	100

288

Таблица 8.2

Показатели стадий очистки кислых сточных вод ванадиевых производств

			Заявляемый	Способ очистки
Показатели			способ очистки	по прототипу
			(пример 1)	(пример 2)
Первая стадия –			осаждение сульфата	кальция
Содержание		(%) основ-
ных компонентов в осад-
ке 1:
CaSO4			91,29	80,24
MnO			0	4,43
Cr2O3			0	0
V2O5			0	1,92
Скорость	седиментации
частиц осадка 1, м/ч			3,32	0,77
Скорость		фильтрации
осадка 1, м3/м2·ч			2,80	1,10
Вторая стадия –			осаждение ионов	V, Mn, Cr
Содержание		(%) основ-
ных компонентов в осад-
ке 2:
CaСO3			34,50	–
MnСO3			37,91	–
Cr2O3			0,15	–
V2O5			1,65	–
Скорость	седиментации
частиц осадка 2, м/ч			2,25	–
Скорость		фильтрации
осадка 2, м3/м2·ч			2,60	–

Пример 2. Испытания способа очистки кислых сточных вод по прототипу проводили со сточной водой Чусовского металлургического завода указанного состава. Согласно прототипу операцию нейтрализации вод производили стехиометрическим количеством известкового молока

289

с концентрацией Са(ОН)2 100 г/л. Затем, не отделяя осадок сульфата кальция от раствора, производили осаждение ионов тяжелых металлов 1%-ным раствором сульфида натрия, подаваемым в стехиометрическом количестве к суммарному содержанию ионов Mn, V, Cr. После осаждения ионов Mn, V, Cr производили подщелачивание суспензии, ввод полиакриламида, осветление воды и фильтрацию осадка.

По представленным в табл. 8.1, 8.2 данным видно, что очистка вод от примесей ионов V, Mn, Cr по заявленному способу протекает лучше, чем по прототипу: степень очистки воды по MnO составляет 99,05 %, против 82,3 %. Образующийся при этом на первой стадии осадок имеет высокое содержание сульфата кальция (91,29 %) и не содержит примесей ионов V, Mn, Cr, что позволяет использовать его в качестве сырья для получения строительного гипса. Причем получаемый осадок имеет высокую скорость седиментации и фильтрации.

Образующийся на второй стадии осадок также имеет высокую скорость седиментации и фильтрации и содержит 37,9 % карбоната марганца, что дает возможность использовать его в качестве добавки при получении марганцовистых сталей или в качестве сырья для получения соединений марганца.

Получающийся по прототипу осадок содержит не более 80,24 % сульфата кальция и загрязнен примесями марганца и оксида ванадия. Такой осадок не может служить сырьем для получения строительного гипса и не является марганцевым концентратом из-за низкой концентрации марганца. Кроме того, образующийся по прототипу осадок имеет в 4 раза меньшую скорость седиментации частиц (0,77 против 3,3 м/ч) и в 2,7 раза меньшую скорость фильтрации осадка.

Таким образом, по сравнению с прототипом очистка кислых сточных вод по заявляемому способу позволяет эффективно очищать сточные воды с образованием хорошо отстаивающихся и быстро фильтрующихся осадков с одно-

290