КейсыСегодня кейсов в Базе - 66

 

Условие задачи

 

Металлическая платина реагирует с газообразным фтором с образованием летучего гексафторида платины при температуре более 200 С. Однако для такой температуры практически невозможно подобрать материал для камеры реактора (оборудования), т.к. в этих условиях фтор быстро разрушает любые материалы.

 

ТС для получения пара фторида платины(6) включает реактор, пластину платины, фтор газ, пар продукта (с Ткип 300°С ), нагреватель (например, электроток).

 

НЭ-1:

реакция протекает с заметной скоростью при высокой температуре, при этой температуре не существует материалов, способных противостоять воздействию фтора.

 

СУ:

материал стенок реактора устойчив к действию фтора при низких температурах.

 

НЭ-2:

при низкой температуре не образуется летучий фторид платины(6).

 

ТП-1:

если температура высокая (>200°C), то образуется летучий фторид платины, но быстро разрушаются стенки реактора.

 

ТП-2:

если температура низкая (<100°C), то стенки реактора разрушаются медленно, реактор остается целым продолжительное время, но фтор не реагирует с платиной-металлом и не образует летучий фторид платины.

 

 

 

Главное ТП:

ТП-2, т.к. отсутствует материал, способный противостоять вредному действию газа фтора, разрушению стенок реактора (и нельзя допустить выхода фтора наружу).

 

Усиленное ТП:

температура в реакторе очень низкая, что практически не разрушаются стенки реактора, но совсем не образуется летучий фторид платины.

 

Модель задачи:

Даны: газ-фтор и платина; при низкой температуре фтор не разрушает реактор, но и не взаимодействуют они друг с другом с образованием летучего фторида платины.

Необходимо получать продукт (летучий фторид платины) при условии сохранения реактора.

Обратимся к таблице поиска приемов Разрешения ТП Г.С. Альтшуллера:

 

Какой параметр ТС надо улучшить:

понизить температуру, тогда фтор не действует на стенки реактора, строка 17;

 

Как обычно это делают:

охлаждают стенки реактора;

 

Что при этом недопустимо ухудшается:

усложняется конструкция реактора - колонка 36.

 

Просмотрим клетку (17 / 36)

- там рекомендованы приемы РТП: 2, 17. 16.

 

Рассмотрим приемы:

прием 2: принцип вынесения; отделить от объекта “мешающую”

часть… В задаче мешает действие фтора на стенки реактора – надо его отделить…

Прием 17: переход в другое измерение - создание условий для реакции не в объеме реактора,

а на плоскости твердой платины... Этот прием соответствует цели поиска решения ?

Прием 16: частичное или избыточное действие… Кажется, этот прием не подходит?

Полезная подсказка приемов 2 и 17, хотя и не ясно, как это сделать?

 

Часть 2 (ВП Ресурсы)

 

Ресурсы: инструмент газ-фтор: горячий хорошо действует на платину,

холодный – хорошо действует на стенку реактора.

Газ характеризуется также давлением (здесь оно примерно 1 бар).

Изделие: платина - хорошо взаимодействует с горячим газом-фтором, т.к. плохо реагирует

с холодным газом - как инертный, благородный металл.

Металл платина - электропроводен.

Продукт (гексафторид платины) - при высокой температуре (t > 200°C) летуч (?),

а при низкой температуре образуется нелетучий тетрафторид платины

или ничего не образуется.

Внешняя среда (= стенка реактора) - хорошо устойчива при действии холодного газа-фтора

к действию горячего газа-фтора плохо устойчива.

Нагреватель - источник теплового поля, т.к. без сильного нагрева целевого продукта нет.

Вне-ТС: наличие даже следов фтора-газа вне реактора совершенно не допустимо.

Имеется источник энергии для нагрева реактора и/или зоны реакции (электрической или тепловой).

 

Часть 3 (ИКР и ФП - физические противоречия)

 

ИКР-1:

Х-элемент предотвращает действие газа-фтора на стенки реактора, не мешая образованию целевого продукта (фторида платины), протекающего при высокой температуре, при которой быстро разрушаются стенки реактора

 

ИКР-1у:

Газ-фтор САМ активно взаимодействует с благородным металлом-платиной, и САМ не действует на стенки реактора.

 

Макро-ФП:

газ-фтор должен быть горячим, чтобы активно действовать на платину, и он должен быть холодным, чтобы не действовать на стенки реактора.

 

Микро-ФП:

молекулы фтора должны быть очень быстрыми, чтобы газ был горячим, и молекулы газа-фтора должны быть медленными, чтобы газ был холодным.

 

ИКР-2:

молекулы фтора САМИ становятся быстрыми, когда они действуют на платину, и они САМИ остаются медленными, когда контактируют со стенками реактора.

 

Часть 4 (Применение средств разрешения ФП)

а) Данные ФП можно разрешить разделением во времени и в пространстве: хранить газ-фтор достаточно холодным и подавать его холодным в реактор, сохраняя стенки реактора холодными, а металлическую платину, размещенную в центре реактора на теплоизолирующих стойках, нагреть (с помощью сильного электротока) до такой степени, чтобы в зоне контакта холодного газа и раскаленной платину была обеспечена достаточная для протекания реакции температура (по-видимому, порядка 200-300°С).

 

Такое решение соответствует приемам РТП:

- принцип предварительного действия (охлаждения газа), принципы вынесения и местного качества (холодно у стенок реактора и горячо в зоне реакции образования целевого продукта).

- Нагрев платины возможен с помощью физического эффекта - пропускания сильного электротока через платину.

 

б-в) Можно рассмотреть также ход решения с использованием Стандартов РИЗ, Указателей физических и химических эффектов.

 

г) По алгоритму поиска ХЭ (АПХЭ) выясняем ответы по пунктам:

1- требуется сохранить вещество (В3) стенок реактора при действии агрессивного газа или уменьшить энергию (Е2) частиц этого газа;

2- предохранить нужно всю поверхность (внутреннюю - это В33 или Е23),

3- стенка реактора представляет собой твердое тело (это В331 или теплоту Е23с),

4- стенка сделана из сплава или смеси инертных материалов (В3312, В3318 или Е23с8),

5- допустимый вид ХЭ (из 70): c02no - инертность, c38cp - композитные материалы, c55qa - квантовая активация реакции F₂ + Pt; тогда поисковые коды для выбора ХЭ: B331202, B331838 или E23c855 .

6- условие обратимости: выбираю необратимый ХЭ (B3312021, B3318381 или E23c8551).

С помощью подобранных кодов рассмотрим задачи-патенты-аналоги в БД по ХЭ chpr600.doc - подобраны следующие примеры патентов: ..только по коду B331.наиболее близкий пример – пат. 321 (о коррозии труб с отходами серной кислоты, защита гипсом) в данной задаче «нет веществ», устойчивых к действию фтора, т.е. прямой аналогии нет.

Есть аналогия методическая с решением задачи по химической металлизации изделий в растворе: “нагрев раствора ускоряет реакцию в растворе не только у детали, но также во всем его объеме”, что недопустимо увеличивает потери металла. Это противоречие разрешено по принципу местного качества, как и в данной задаче.

 

***

 

Разбор взят из “Сборника химических задач по ТРИЗ” В.А. Михайлов ©, 2004 г.