БАРГАН, Василий Александрович (ул. Ярцевская, д. 5 кв. 3, Москв, 1 Moscow, RU)
BARGAN, Petr Aleksandrovich (ul. Bozhenko, 4-137Moscow, 1, 12135, RU)
БАРГАН, Петр Александрович (ул. Боженко, д. 4 кв. 137 Москв, 1 Moscow, RU)
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "БАРГАН ПРОДАКШН ГРУПП" (ул. Старообрядческая д. 28A, Москва 4, Moscow, RU)
BARGAN, Vasily Aleksandrovich (ul. Yartsevskyaya, 5-3Moscow, 1, 12135, RU)
БАРГАН, Василий Александрович (ул. Ярцевская, д. 5 кв. 3, Москв, 1 Moscow, RU)
BARGAN, Petr Aleksandrovich (ul. Bozhenko, 4-137Moscow, 1, 12135, RU)
| формула изобретения
способ получения тепловой энергии, включающий инициирование экзотермической химической реакции между исходными компонентами, находящимися, соответственно, в твердом и жидком состояниях, путем подачи компонент в одном агрегатном состоянии на компоненты в другом агрегатном состоянии, при этом в качестве компонента в жидком состоянии используют воду или 3-32% водный раствор перекиси водорода, а в качестве компонент в твердом состоянии используют, окись кальция и безводный силикагель в виде их смеси, причем количество силикагеля определяют в соответствии с соотношением: K 1 =(O 5 P-I 5 S)K 2 , где Ki - количество силикагеля [г] , K 2 - количество воды или водного раствора перекиси водорода, [г].
10
заменяющий лист (правило 26) |
способ получения тепловой энергии
изобретение относится к основанным на экзотермических химических реакциях способам получения тепловой энергии, предпочтительно, для нагрева пищевых продуктов перед их употреблением.
как следует из достигнутого уровня техники экзотермическая химическая реакция взаимодействия окиси кальция с водой широко используется при получении тепловой энергии, предназначенной для нагрева пищевых продуктов перед их употреблением (см., например, патент US-A Ns4741324, 1988). однако, использование (при осуществлении экзотермической химической реакции) окиси кальция в качестве реагента в твердом состоянии влечет за собой существенное увеличение количества используемого для нагрева пищевого продукта окиси кальция по сравнению с тем количеством окиси кальция, которое теоретически необходимо для получения количества тепла, требуемого для нагрева определенного количества пищевого продукта до заданной температуры. причиной этого является несоответствие временной зависимости процесса взаимодействия окиси кальция с водой процессу нагрева пищевых продуктов. действительно, нагрев пищевых продуктов происходит за счет достаточно инерционного процесса теплопередачи, а экзотермическая химическая реакция между окисью кальция и водой протекает достаточно медленно только на начальной стадии. после достижения определенной температуры (приблизительно 40 0 C) экзотермическая химическая реакция между окисью кальция и водой идет практически по экспоненциальной зависимости и заканчивается через очень короткое время (см. заявку GB - A - JNь2089970, 1982).
1
заменяющий лист (правило 26)
в упомянутой выше заявке описан способ получения тепловой энергии, включающий инициирование экзотермической химической реакции путем подачи реагента в жидком состоянии на смесь (порошковую) реагентов в твердом состоянии, при этом в качестве реагента в жидком состоянии используют однопроцентный водный раствор этиленгликоля, а в качестве реагентов в твердом состоянии - смесь окиси кальция с хлористым кальцием, взятых в соотношении 10:1.
этот способ позволяет устранить отмеченный выше недостаток, а именно, - увеличить время выделения тепловой энергии (длительность работы термического модуля). это обеспечивается, во-первых, за счет сокращения времени, необходимого для достижения температурой экзотермической химической реакции заданного значения, благодаря введению дополнительного реагента - хлористого кальция, немедленно вступающего в экзотермическую химическую реакцию при контакте с водой, а во-вторых, за счет замедления темпа реакции между окисью кальция и водой, благодаря увеличению вязкости реагента в жидком состоянии.
недостаток этого способа заключается в том, что использование при его осуществлении гликоля не обеспечивает высокой безопасности, в том числе, и экологической.
известен также способ получения тепловой энергии, взятый в качестве прототипа и включающий инициирование экзотермической химической реакции путем смешения реагента в твердом состоянии, в качестве которого используют окись кальция, с неорганическим или органическим кристаллогидратом (см. патент US-A JVмз 38098, 1982).
основной недостаток описанного выше способа получения
заменяющий лист (правило 26)
тепловой энергии заключается в том, что на кинетику экзотермической химической реакции большое влияние оказывают параметры используемых при осуществлении данного способа средств, предназначенных для смешения порошка или гранул окиси кальция с порошком или гранулами используемого кристаллогидрата. кроме того, средства, предназначенные для смешения окиси кальция кристаллогидратом, имеют достаточно сложную конструкцию, что существенно ограничивает область использования способа, а низкий темп реакции между окисью кальция и водой на начальной стадии приводит к снижению эффективности использования тепловой энергии, выделившейся в результате экзотермической химической реакции.
настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению упрощения технической реализации способа получения тепловой энергии при одновременном повышении воспроизводимости температурновременных параметров экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой, а также повышении эффективности использования выделившейся тепловой энергии.
поставленная задача решена тем, что в способе получения тепловой энергии, включающем инициирование экзотермической химической реакции, согласно изобретению, инициирование экзотермической химической реакции осуществляют между исходными компонентами, находящимися, соответственно, в твердом и жидком состояниях, путем подачи компонент в одном агрегатном состоянии на компоненты в другом агрегатном состоянии, при этом, в качестве компонента в жидком состоянии используют воду или 3-32% водный раствор перекиси водорода, а в качестве компонент в твердом
заменяющий лист (правило 26)
состоянии используют окись кальция и безводный силикагель в виде их смеси, причем: количество силикагеля определяют в соответствии с соотношением:
предложенный способ получения тепловой энергии, также как и способ, известный из прототипа, позволяет увеличить время выделения тепловой энергии при осуществлении экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой за счет замедления ее темпа.
преимущество же предложенного способа получения тепловой энергии перед известным, взятым в качестве прототипа, заключается в достижении следующих технических результатов:
- упрощении технической реализации способа, поскольку для его осуществления могут быть использованы широко известные из патентной документации (см. приведенные ниже ссылки) средства, предназначенные для механического разрушения перегородки (мембраны, оболочки замкнутой камеры и т.п.), разделяющей компоненты в жидком и твердом состояниях друг от друга, при одновременном повышении воспроизводимости температурновременных параметров экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой;
- повышении эффективности использования выделившейся тепловой энергии, во-первых, за счет не только обеспечения паровыделения в процессе протекания экзотермической химической реакции, но и получения требуемых параметров паровыделения, а во-вторых, за счет уменьшения времени, необходимого для достижения температуры, равной 100 0 C.
в дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами,
4
заменяющий лист (правило 26)
демонстрирующими возможность достижения ожидаемых технических результатов о помощью указанной выше совокупности существенных признаков.
на фиг. 1 изображены температурновременные зависимости (каждая из которых получена усреднением результатов по восьми опытам), характеризующие протекание экзотермической химической реакции между окисью кальция (30 г) и водой (10 г) при различном количестве Ki безводного силикагеля, при этом зависимость 1 получена при Ki = о, зависимость 2 при Ki = 0,5 K 2 , зависимость 3 при Ki = 0,7 K 2 , зависимость 4 при Ki = 0,9 K 2 , зависимость 5 при Ki = K 2 , зависимость 6 при Ki = 1,2 K 2 , а зависимость 7 при Ki = 1,3 K 2 и зависимость 8 при Ki = 1,5 K 2 .
на фиг. 2 изображена зависимость δt [сек] от процентного содержания перекиси водорода (H 2 O 2 ), где δt - увеличение продолжительности поддержания температуры реакции на уровне, превышающем 100 0 C по сравнению с той же продолжительностью, полученной при использовании воды в качестве компонента в жидком состоянии. во всех примерах использовался высокочистый безводный силикагель, с содержанием примесей (железа, алюминия, натрия) 10 "3 мac.%, с сорбционной емкостью 0,8-1,2 ммоль экв/г и с размером частиц от 100-1500 мк, при этом результаты опытов от размеров гранул силикагеля не зависили.
предложенный способ осуществляется следующим образом.
инициирование экзотермической химической реакции осуществляют путем подачи исходных компонент в одном агрегатном состоянии на исходные компоненты в другом агрегатном состоянии, а именно, либо жидкость (воду или 3-32% водный раствор перекиси водорода)
5
заменяющий лист (правило 26)
подают на ^ смесь порошковых или гранулированных компонент в твердом состоянии (окиси кальция и безводного силикагеля) с помощью средств, описанных, например, в патентах US-A - N24773389, 1988, RU-A - Jчь2144163, 1996, в заявке GB-A - JTs 2089970, 1982), либо смесь порошковых или гранулированных компонент (окись кальция и безводный силикагель) подают на воду или 3-32% водный раствор перекиси водорода, например, с помощью средств, описанных в патенте US-A - Jчb3970068, 1976, фиг. 11).
таким образом, в обоих описанных выше случаях окись кальция и безводный силикагель одновременно вступают в контакт с водой. в результате одновременно с экзотермической химической реакцией между окисью кальция и водой, а именно CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 , начнется интенсивный процесс сорбции воды безводным силикагелем. вследствие высокой скорости сорбции воды силикагелем обеспечиваются оптимальные условия (с точки зрения количества воды в жидком состоянии) на начальной стадии протекания экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой. с другой стороны, использование компонент в твердом состоянии в виде их смеси обеспечивает распределение избыточной (на начальной стадии протекания экзотермической химической реакции) воды в связанном состоянии по всему их объему. в дальнейшем, с повышением температуры в реакционной зоне, начинается обратный процесс - десорбции аккумулированной в силикагеле воды, обеспечивающий, с одной стороны, дальнейшее протекание экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой, а с другой стороны, замедление темпа этой реакции. следствием этого является увеличение времени выделения тепловой энергии более чем в два раза по
заменяющий лист (правило 26)
сравнению с тем же показателем, полученным при отсутствии силикагеля.
из представленных на фиг. 1 температурновременных зависимостей следует, что изменение количества безводного силикагеля в смеси оказывает различное влияние на параметры этих зависимостей при K 1 < K 2 и K 1 > K 2 . действительно, при Ki < K 2 увеличение количества безводного силикагеля (при неизменных количествах окиси кальция и воды) приводит к уменьшению достигаемого максимального значения температуры, к смещению максимума температуры в область больших времен и к увеличению продолжительности поддержания температуры на уровне, превышающем 100 0 C. кроме того, с увеличением количества безводного силикагеля максимум на температурновременной зависимости становится менее выраженным.
в отличие от описанного выше, при K 1 > K 2 увеличение количества безводного силикагеля (при неизменных количествах окиси кальция и воды) приводит к уменьшению достигаемого максимального значения температуры, к смещению максимума в область меньших времен и к уменьшению продолжительности поддержания температуры на уровне, превышающем 100 0 C. кроме того, было установлено следующее. при осуществлении экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой в отсутствии безводного силикагеля увеличение количества воды, по сравнению с тем количеством - K 2 0 , которое требуется в соответствии с реакцией между окисью кальция и водой (CaOiH 2 O приблизительно 3:1), приводит к срыву реакционного процесса, а именно, по завершению реакционного процесса остается непрореагировавшаяся окись кальция. при этом, чем больше избыточной воды (по сравнению с K 2 0 ), тем
заменяющий лист (правило 26)
быстрее происходит срыв реакционного процесса. иная картина имеет место при использовании безводного силикагеля. в этом случае при K 1 > K 2 увеличение количества воды (до K 2 = (2,3-2,6)K 2 °) не приводит к срыву реакционного процесса, а приводит к увеличению парообразования при протекании экзотермической химической реакции, а, следовательно, к повышению эффективности использования выделившейся тепловой энергии за счет улучшения теплопередачи к нагреваемому объекту. при этом избыток воды (в указанных выше пределах) практически (в пределах погрешности измерения температуры) не влияет на температурновременные параметры реакционного процесса. дальнейшее увеличение количества избыточной воды приводит к уменьшению как максимально достигаемой температуры, так и продолжительности поддержания температуры на уровне, превышающем 100 0 C.
что касается пределов содержания - K 1 безводного силикагеля по отношению к количеству - K 2 используемой при экзотермической химической реакции воды, а именно Ki = (0,9-l,3)K 2 , то они выбраны (как следует из представленных на фиг. 1 зависимостей), исходя из обеспечения не менее пятнадцатиминутной продолжительности поддержания температуры на уровне, превышающем 100 0 C.
согласно настоящему изобретению в качестве альтернативного компонента в жидком состоянии используют 3-32% водный раствор перекиси водорода. как следует из представленной на фиг. 2 зависимости использование 3-32% водного раствора перекиси водорода позволяет (в зависимости от содержания H 2 O 2 ) увеличить от 2 мин. до 6 мин. продолжительность поддержания температуры на уровне,
8
заменяющий лист (правило 26)
превышающем 100°C по сравнению с той же продолжительностью, полученной при использовании в качестве компонента в жидком состоянии воды. кроме того, в указанном диапазоне концентраций перекиси водорода на 4-7 сек уменьшается время, необходимое для достижения 100 0 C. в остальном температурновременные зависимости имеют те же особенности, какие были отмечены выше при анализе зависимостей, представленных на фиг. 1. это позволяет сделать вывод о том, что все сказанное выше (относительно процессов, имеющих место при протекании экзотермической химической реакции) справедливо и при использовании вместо воды 3-32% водного раствора перекиси водорода, а увеличение продолжительности поддержания температуры на уровне, превышающем 100 0 C, обусловлена кислородом, выделяющимся при разложении перекиси водорода.
промышленная применимость предложенного способа подтверждается возможностью осуществления его с использованием известных материалов и технических средств, широко используемых в самонагревающихся упаковках для различных продуктов, в том числе и пищевых.
заменяющий лист (правило 26)