RU2435732C1 - Device and method of obtaining highly-dispersive silicon dioxide - Google Patents
Device and method of obtaining highly-dispersive silicon dioxide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2435732C1 RU2435732C1 RU2010120110/05A RU2010120110A RU2435732C1 RU 2435732 C1 RU2435732 C1 RU 2435732C1 RU 2010120110/05 A RU2010120110/05 A RU 2010120110/05A RU 2010120110 A RU2010120110 A RU 2010120110A RU 2435732 C1 RU2435732 C1 RU 2435732C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- precursor
- silicon dioxide
- silicon
- combustion
- gas
- Prior art date
Links
- BDGMSOMNHBIRLA-UHFFFAOYSA-N CC1C(C2)CC2C(C)C1 Chemical compound CC1C(C2)CC2C(C)C1 BDGMSOMNHBIRLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 0 CCCC1C*CCC1 Chemical compound CCCC1C*CCC1 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения высокодисперсного порошка диоксида кремния методом сжигания жидких кремнийсодержащих соединений.The invention relates to a technology for producing highly dispersed silicon dioxide powder by the method of burning liquid silicon-containing compounds.
В опубликованных ранее технических решениях описываются различные способы получения диоксида кремния с максимально возможной удельной поверхностью. Для достижения этого предлагается уменьшить высоту пламени, в котором происходит гидролиз, что снижает время пребывания частиц в нем и возможность их слияния. Той же цели служит проведение реакции при «оптимальной» температуре порядка 1000-1200ºС с последующим вводом в факел охлаждающего агента (Патент GB 726.250, 1953; патент US 3.086.851, 1963 г.).The previously published technical solutions describe various methods for producing silicon dioxide with the highest possible specific surface area. To achieve this, it is proposed to reduce the height of the flame in which hydrolysis occurs, which reduces the residence time of particles in it and the possibility of their fusion. The reaction is performed for the same purpose at an “optimal” temperature of the order of 1000-1200 ° C followed by the introduction of a cooling agent into the flare (GB Patent 726.250, 1953; US Pat. No. 3,086,851, 1963).
Недостатками вышеприведенных способов является невозможность регулирования дисперсности конечного продукта в широких пределах.The disadvantages of the above methods is the inability to control the dispersion of the final product over a wide range.
Наиболее близкими по технической сущности и принятыми в качестве прототипа являются способ и устройство получения высокодисперсного порошка диоксида кремния путем сжигания жидких кремнийсодержащих соединений в пламени горючих газов в горелке специальной конструкции, заключающийся в том, что подача жидкого кремнийсодержащего сырья в зону горения осуществляется эжектированием сжатым газом в соосную струю факела (Патент РФ 2197334, МПК В05В 7/20, С01В 33/18, 2003 г.).The closest in technical essence and adopted as a prototype are a method and device for producing highly dispersed silicon dioxide powder by burning liquid silicon-containing compounds in a combustible gas flame in a burner of a special design, which consists in supplying liquid silicon-containing raw materials to the combustion zone by ejection with compressed gas into the coaxial torch stream (RF Patent 2197334, IPC B05V 7/20, СВВ 33/18, 2003).
Указанный способ имеет некоторые недостатки:The specified method has some disadvantages:
1. Ограниченная возможность регулирования дисперсности получаемого диоксида кремния путем повышения расхода распыливающего газа. Однако интенсификация процесса распыления прекурсора путем повышения расхода и, следовательно, скорости истечения газового потока, находящегося в одной плоскости с зоной подачи газообразных компонентов горения, может привести к срыву пламени и прекращению процесса. Кроме того, эжекционная пропорциональная взаимосвязь расходов газа и жидкой фазы показывает, что увеличение расхода газа не приводит к повышению степени диспергирования прекурсора, т.к. происходит сохранение, а не рост удельной энергии дробления.1. The limited ability to control the dispersion of the obtained silicon dioxide by increasing the consumption of atomizing gas. However, the intensification of the process of atomization of the precursor by increasing the flow rate and, consequently, the rate of expiration of the gas stream located in the same plane with the feed zone of the gaseous components of the combustion, can lead to flame failure and termination of the process. In addition, the ejection proportional relationship of gas flow rates and the liquid phase shows that an increase in gas flow rate does not lead to an increase in the degree of dispersion of the precursor, since there is a conservation, not an increase in the specific energy of crushing.
2. Длительное время пребывания частиц прекурсора в соосном пламени приводит к укрупнению образовавшихся микрочастиц за счет их слияния в жидком состоянии (коалесценции) и последующей агломерации (точечной или плоскостной) из-за разности скоростей частиц в газовом потоке вне факела.2. The long residence time of the precursor particles in the coaxial flame leads to enlargement of the formed microparticles due to their fusion in the liquid state (coalescence) and subsequent agglomeration (point or planar) due to the difference in particle velocities in the gas stream outside the flame.
Задачей данного изобретения является получение высококачественного диоксида кремния различной дисперсности, изменяющейся в зависимости от времени пребывания кремнийсодержащего сырья (прекурсора) в высокотемпературной зоне.The objective of the invention is to obtain high-quality silicon dioxide of various dispersion, which varies depending on the residence time of the silicon-containing raw material (precursor) in the high temperature zone.
Для решения указанной задачи предлагается способ и устройство для получения высокодисперсного диоксида кремния. Способ включает подачу исходных компонентов в высокотемпературную зону реакции и синтез целевого продукта, отличающийся тем, что кремнийсодержащее сырье вводится в факел горения на разном уровне по его высоте под углом 30-90º к оси факела выше зоны истечения компонентов горения.To solve this problem, a method and device for producing highly dispersed silicon dioxide is proposed. The method includes supplying the starting components to the high-temperature reaction zone and synthesizing the target product, characterized in that the silicon-containing raw materials are introduced into the combustion torch at different levels along its height at an angle of 30-90º to the axis of the torch above the expiration zone of the combustion components.
Устройство для получения порошка диоксида кремния с регулируемой дисперсностью состоит из двух блоков: блока горения I с внешним смешением газообразных компонентов и автономного блока подачи и распыления прекурсора эжектирующим газом II, отличающееся тем, что автономный блок подачи и распыления прекурсора эжектирующим газом и блок горения установлены соосно с возможностью взаимного, фиксированного осевого перемещения. Блок горения I состоит из корпуса 14, разделителя 15, стакана 16. Он имеет внутреннее осевое отверстие цилиндрической формы 1, две кольцевые полости 2 и 3 с боковыми каналами 4 и 5 для подвода кислородосодержащего газа и водорода и выходными каналами кольцевого сечения, выполненными под углом 20-30º к оси блока, причем один из них 2 имеет конический выход.The device for producing silicon dioxide powder with controlled dispersion consists of two units: a combustion unit I with an external mixture of gaseous components and an autonomous supply and atomization unit of a precursor with an ejection gas II, characterized in that the autonomous supply and atomization unit of a precursor with an ejection gas and a combustion unit are installed coaxially with the possibility of mutual, fixed axial movement. The combustion unit I consists of a housing 14, a separator 15, a cup 16. It has an internal axial hole of
Блок подачи и распыления прекурсора II расположен внутри блока горения с возможностью фиксированного осевого перемещения. Он состоит из ниппеля 8 с центральным осевым отверстием 10, на внешней поверхности которого имеется винтовой шнек для закрутки распыливающего газа, подаваемого через штуцер 6 в кольцевую полость 9, и центрующий буртик с каналами для прохода газа. Коническую внешнюю часть ниппеля охватывает насадок 11, образуя кольцевую выходную щель между ними под углом 20-30º.The feed and spray unit of the precursor II is located inside the combustion unit with the possibility of a fixed axial movement. It consists of a
На фиг.1 представлен общий вид устройства для получения порошка диоксида кремния. Позициями обозначены: 1 - осевая цилиндрическая полость; 2, 3 - кольцевые полости; 4, 5, 6, 7 - штуцеры; 8 - ниппель; 9 - кольцевая полость для подачи распыливающего газа; 10 - полость для подачи жидкого прекурсора; 11 - насадок; 12, 13 - патрубки; 14 - корпус; 15 - разделитель; 16 - стакан.Figure 1 presents a General view of a device for producing a powder of silicon dioxide. The positions indicated: 1 - axial cylindrical cavity; 2, 3 - annular cavities; 4, 5, 6, 7 - fittings; 8 - nipple; 9 - an annular cavity for supplying atomizing gas; 10 - a cavity for supplying a liquid precursor; 11 - nozzles; 12, 13 - nozzles; 14 - case; 15 - separator; 16 - a glass.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
По каналам через штуцеры 4 и 5 в полости 2 и 3 подают кислородсодержащий газ и водород, соответственно, которые на выходе во внешнюю зону смешиваются, образуя после поджига кольцевое пламя. Через штуцер 6 в полость 9, образованную патрубками 12 и 13, подается сжатый воздух. Проходя по каналам в буртике ниппеля 8, газ закручивается винтовым шнеком и создает на выходе ниппеля разрежение, за счет которого по каналу 10 через штуцер 7 засасывается жидкий прекурсор. На выходе он диспергируется сжатым газом, образуя факел конической формы, который внедряется в кольцевое пламя.Oxygen-containing gas and hydrogen, respectively, are fed through the fittings 4 and 5 into the
Как известно, факел по высоте имеет различное поперечное сечение и температуру. Перемещение зоны ввода прекурсора по высоте факела горения, как показано на фиг.2, приводит к изменению площади контакта компонентов и времени нахождения их в высокотемпературной зоне пламени.As you know, the torch in height has a different cross section and temperature. The movement of the input zone of the precursor along the height of the flame, as shown in figure 2, leads to a change in the contact area of the components and their residence time in the high-temperature zone of the flame.
Так, в положении 1 (фиг.2) степень коалесценции образовавшихся частиц минимальная из-за малой площади контакта «а» и, следовательно, короткого времени пребывания их в факеле, чем обеспечивается получение порошка диоксида кремния с повышенной удельной поверхностью.So, in position 1 (figure 2), the degree of coalescence of the formed particles is minimal due to the small contact area "a" and, therefore, their short residence time in the flare, which ensures the production of silicon dioxide powder with an increased specific surface area.
Кроме того, предлагаемая схема ввода взаимодействующих компонентов реакцииIn addition, the proposed input scheme of interacting reaction components
в факел обеспечивает возможность интенсификации процесса путем значительного повышения давления распыливающего газа без опасения за срыв факела горения.in the torch provides the possibility of intensifying the process by significantly increasing the pressure of the atomizing gas without fear of disruption of the flame.
Как видно из вакуумной характеристики эжекционного распылителя прекурсора, представленной на фиг.3, повышение давления распыливающего газа на восходящем дозвуковом участке не обеспечивает улучшение степени диспергирования, т.к. одновременно происходит увеличение расхода жидкого прекурсора.As can be seen from the vacuum characteristics of the precursor ejection atomizer shown in Fig. 3, increasing the pressure of the atomizing gas in the ascending subsonic section does not provide an improvement in the degree of dispersion, because at the same time there is an increase in the consumption of the liquid precursor.
Переход на давление выше 8-10 бар на ниспадающей ветви вакуумной характеристики повышает эффект диспергирования, поскольку при этом обратно пропорционально снижается расход жидкости из-за снижения вакуума в жидкостном канале, что приводит к увеличению удельной энергии дробления. Повышение в данном случае скорости газа при давлении выше 8-10 бар позволяет снизить время пребывания дисперсной фазы в факеле горения без захвата ее в продольном направлении, что снижает уровень коалесценции. При относительно малом динамическом напоре газодисперсной струи (4-б бар) возможен неполный «прошив» сечения «а» или «в». В этом случае сказывается уже соосное движение компонентов реакции в участках факела различной длины, что может привести к снижению удельной поверхности порошка.The transition to a pressure above 8-10 bar on the descending branch of the vacuum characteristic increases the dispersion effect, since in this case the liquid flow rate is inversely reduced due to a decrease in vacuum in the liquid channel, which leads to an increase in the specific energy of crushing. The increase in this case, the gas velocity at a pressure above 8-10 bar allows you to reduce the residence time of the dispersed phase in the flame plume without capturing it in the longitudinal direction, which reduces the level of coalescence. With a relatively small dynamic pressure of the gas-dispersed jet (4-bar), incomplete "piercing" of the section "a" or "c" is possible. In this case, the coaxial movement of the reaction components in the torch sections of various lengths is already affected, which can lead to a decrease in the specific surface of the powder.
Примеры получения диоксида кремния предлагаемым способомExamples of the preparation of silicon dioxide by the proposed method
Пример 1Example 1
Метилтрихлорсилан (МТХС) с расходом 3,6 кг/час подвергли сжиганию в воздушно-водородном пламени с получением высокодисперсного диоксида кремния. Воздушно-водородная смесь имеет следующий состав - 6,0 нм3 воздуха, 1,2 нм3 водорода, и подается в устройство (фиг.1) по каналам 2 и 3.Methyltrichlorosilane (MTXC) with a flow rate of 3.6 kg / h was subjected to burning in an air-hydrogen flame to obtain highly dispersed silicon dioxide. The air-hydrogen mixture has the following composition - 6.0 nm 3 air, 1.2 nm 3 hydrogen, and is fed into the device (figure 1) through
Жидкий прекурсор эжектируют из расходной емкости за счет разрежения, создаваемого воздухом давлением 4 бар, поступающим по каналу 9 в количестве 2,6 нм3. При этом конус распыления прекурсора находится в верхнем положении 1 (фиг.2), где площадь контакта компонентов «а» и время пребывания их в пламени минимальная.The liquid precursor is ejected from the supply tank due to the vacuum created by air pressure of 4 bar, flowing through channel 9 in an amount of 2.6 nm 3 . In this case, the spray cone of the precursor is in the upper position 1 (figure 2), where the contact area of the components "a" and their residence time in the flame is minimal.
Полученный порошок диоксида кремния имеет удельную поверхность, измеренную по методу БЭТ, 305 м2/г.The obtained silica powder has a specific surface area measured by the BET method of 305 m 2 / g.
Пример 2Example 2
МТХС сжигают при тех же условиях, что и в примере 1, но факел распыления находится в положении 2 (фиг.2). При максимальной площади «в» и более продолжительном времени контактирования удельная поверхность полученного порошка равняется 260 м2/г.MTXC is burned under the same conditions as in example 1, but the spray torch is in position 2 (figure 2). With a maximum area of "c" and a longer contact time, the specific surface of the obtained powder is 260 m 2 / g.
Пример 3Example 3
МТХС в количестве 1,9 кг/час сжигают в воздушно-кислородном пламени состава, как в примере 1, при давлении воздуха на распыление 12 бар. Удельная поверхность полученного порошка составляет 375 м2/г.MTHS in the amount of 1.9 kg / h is burned in an air-oxygen flame of the composition, as in example 1, with an air pressure of 12 bar spray. The specific surface area of the obtained powder is 375 m 2 / g.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010120110/05A RU2435732C1 (en) | 2010-05-20 | 2010-05-20 | Device and method of obtaining highly-dispersive silicon dioxide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010120110/05A RU2435732C1 (en) | 2010-05-20 | 2010-05-20 | Device and method of obtaining highly-dispersive silicon dioxide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2435732C1 true RU2435732C1 (en) | 2011-12-10 |
Family
ID=45405522
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010120110/05A RU2435732C1 (en) | 2010-05-20 | 2010-05-20 | Device and method of obtaining highly-dispersive silicon dioxide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2435732C1 (en) |
-
2010
- 2010-05-20 RU RU2010120110/05A patent/RU2435732C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100559080C (en) | The burner that gas turbine is used | |
US20090255258A1 (en) | Pre-filming air-blast fuel injector having a reduced hydraulic spray angle | |
CN201503015U (en) | Adjustable spiral bubble atomizer | |
CN101596601B (en) | Atomizing nozzle for efficiently preparing fine metal and alloy powder | |
CN103846172B (en) | The two medium atomization nozzles of exterior mixing | |
US9206085B2 (en) | Method for densification and spheroidization of solid and solution precursor droplets of materials using microwave generated plasma processing | |
RU2329873C2 (en) | Liquid sprayer | |
JPH02131160A (en) | High-speed flame injector and method of molding blank substance | |
KR100961996B1 (en) | Nozzle for atomising a liquid by means of a gas and method of atomising | |
JP7231159B2 (en) | METAL POWDER MANUFACTURING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING METAL POWDER | |
US3832121A (en) | Fuel injector for blast furnace | |
US3462250A (en) | Process and apparatus for the partial combustion of liquid hydrocarbons to gaseous mixtures containing hydrogen and carbon monoxide | |
CN114525464B (en) | Spraying device based on rotatory knocking | |
RU2435732C1 (en) | Device and method of obtaining highly-dispersive silicon dioxide | |
CN104674156A (en) | High-speed fuel oil atomizing spray nozzle for thermally spraying fuel gas | |
CN101966589B (en) | Composite atomizer for manufacturing gas atomization quick-coagulation spherical superfine metal powder | |
JP2000028111A (en) | Fuel injector and burner using the same | |
RU2321475C2 (en) | Melt metals spraying jet | |
US8455056B1 (en) | Rapidly-mixing high velocity flame torch and method | |
RU2296648C1 (en) | Molten metal spraying nozzle | |
CN111050959B (en) | Metal powder manufacturing device and metal powder manufacturing method | |
CN209778304U (en) | sulfur gun nozzle of sulfur burner | |
CN102335748A (en) | Atomizer for preparing superfine metal powder | |
CN102489711A (en) | Gas atomization nozzle for preparing superfine metal powder | |
CN219464761U (en) | Gas atomization spray ring device and gas atomization powder preparation equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160521 |