Способ концентрирования азотной кислоты
Изобретение относится к способам получения азотной кислоты и касается концентрирования 47-60%-ной азотной кислоты выше 99% методом экстрактивной ректификации в присутствии нитрата магния и позволяет повысить эффективность процесса за счет увеличения растворимости, снижает вязкость раствора дегидратора и повышает концентрацию азотной кислоты при одновременном снижении коррозионной активности системы. Предложеннный способ состоит в том, что в качестве дегидратора применяют смесь нитратов марганца и магния при следуюшем соотношении исходных компонентов , мас.%: нитрат марганца 25-75; нитрат магния 25-72. Нитра марганца - наиболее растворимый дегидратор среди других дегидраторов. Совокупность таких свойств нитрата марганца, как высокая растворимость и водоотнимаюш.ая способность, обусловливает возможность его применения в смеси с нитратом магния для концентрирования азотной кислоты. При использовании указанного способа возрастает растворимость дегидрата и снижается температура кристаллизации его плава на 20-40%, вязкость раствора дегидратора снижается в 1,0-2,6 раза, коррозионная активность снижается в 1-6 раза, повышается концентрация готового продукта. 4 табл. (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (594 С01 В 21 44
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3840938/31-26 (22) 09.01.85 (46) 30.01.87. Бюл. № 4 (71) Череповецкий филиал Северо-Западного заочного политехнического института (72) М. И. Куча, А. Ф. Ильченко, P. 3. Хитерер, А. Г. Шкуров и Ю. А. Мельников (53) 661.56 (088.8) (56) Концентрирование азотной кислоты с помощью водоотжимающих добавок. Обзорная информация, сер. Азотная промышленность (сост. А. К. Чернышев и др.)/
НИИТЭХИМ, 1974, с. 46, 56 — 66.
Авторское свидетельство СССР № 165681, кл. С 01 В 21/44, 1963. (54) СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ
АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ (57) Изобретение относится к способам получения азотной кислоты и касается концентрирования 47 — 60%-ной азотной кислоты выше 99% методом экстрактивной ректификации в присутствии нитрата магния и позволяет повысить эффективность процесса за
„„SU„„1286899 счет увеличения растворимости, снижает вязкость раствора дегидратора и повышает концентрацию азотной кислоты при одновременном снижении коррозионной активности системы. Предложеннный способ состоит в том, что в качестве дегидратора применяют смесь нитратов марганца и магния при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%: нитрат марганца 25 — 75; нитрат магния 25 — 72. Нитра марганца — наиболее растворимый дегидратор среди других дегидраторов. Совокупность таких свойств нитрата марганца, как высокая растворимость и водоотнимающая способность, обусловливает возможность его применения в смеси с нитратом магния для концентрирования азотной кислоты. При использовании указанного способа возрастает растворимость дегидрата и снижается температура кристаллизации его плава на 20 — 40%, вязкость раствора дегидратора снижается в
1,0 — 2,6 раза, коррозионная активность снижается в 1 — 6 раза, повышается концентрация готового продукта. 4 табл.
1286899
10 Таблица1
Содержание в дегидрататоре, 7
Растворимость дегидрататора при 50 С, 7
Zn(N0s ) Мп(ЫОЗ )z
Прототип
46,6
52,1
Предлагаемый способ
46,0
46,5
47,1
52,6
74,2
67,0
67,0
55
Изобретение относится к производству неорганических веществ, а именно к способам получения концентрированной азотной кислоты экстрактивной ректификацией, и может быть использовано для концентрирования 47 — 60%-ной азотной кислоты до
99% и более.
Цель изобретения — повышение эффективности процесса путем увеличения растворимости и снижения вязкости раствора дегидрататора и повышение концентрации азотной кислоты при одновременном снижении коррозионной активности системы.
Пример 1. В л а бор а торную нас адоч ную ректификационную колонну подают 1,801 г/с
58%-ную азотную кислоту и 6,432 г/с 70%-ного плана дегидрататоров, состоящего из
Mg(NOq) и Mn(NO>) в массовом соотношении 1:1. При флегмовом числе 1,8 дистиллят представляет собой Сино.= 99,8%-ный раствор НМОд (1,002 г/с), а кубовый остаток — 66,7%-ный раствор нитратов с содержанием 0,6% НМОз. Выход кубового остатка 7,231 г/с.
Температура кристаллизации исходного плава (1 p) 58 С; относительная вязкость раствора питания (q /q,) 1,8; коррозионная активность раствора питания (П.)
0,005 мм/год.
При тех же условиях концентрирование азотной кислоты по прототипу (25%
Zn/NOç) z в дегидрататоре) позволяет до- 30 стичь Снбо.= 99;1% в дистилляте при 1 Р=
=98 С; тр1/т1,= 3,3; Пп= 0,028 мм/год.
Пример 2. Концентрирование азотной кислоты проводят в присутствии дегидрататора, состоящего из нитратов магния и марганца, при содержании Mn(NOa)z в смеси 35
25 и 75%. Остальные параметры аналогичны приведенным в примере 1. Получены следующие ррезультаты в зависимости от содержания Mn (NOq) q в смеси солей:
Сн о = 99,9 и 99 1%; tvp= 80 и 51 С; qn/т „=
= 3,1 и 1,4; Пп= 0,008 и 0,024 мм/год.
Концентрирование азотной кислоты по прототипу обеспечивает в этих условиях следующий диапазон изменения параметров при варьировании концентрации Zn(ХОз) z от 20 до 30%: Снбо.= 99,1 — 99,0%; Ьг= 45
=102 — 91 С; т1 /q,= 3,6 — 3,1; П = 0,030—
0,024 мм/год.
Пример 8. Концентрирование проводят при содержании Мп (МОз) 2 в смеси 24 и 76%
Результаты: С No = 99,9 и 99,0%; Ьр= 8 1 и 52 С; и /q,= 3,2 и 1,4; П»= 0,008 и
0,025 мм/год.
Нитрат марганца является наиболее растворимым дегидрататором. Он легко может быть получен из карбонатной руды по схеме:
МпСОз+ 2HNOq Mn(NOq) 2+ 2Н О+СО2
Нитрат марганца можно также получить из природного минерала пиролюзита (MnO2) путем его взаимодействия с окислами азота в присутствии растворов азотной кислоты.
Наряду с высокой растворимостью нитрат марганца достаточно эффективен как разделяющий реагент. Совокупность таких свойств нитрата марганца, как высокая растворимость и водоотнимающая способность, а также доступность и низкая стоимость обусловливают возможность его применения в смеси с нитратом магния для концетрирования азотной кислоты.
Растворимость смеси нитратов магния и марганца по сравнению со смесью Мд(ИОз) и Zn (NOq) 2, предложенной в прототипе, приведена в табл. 1. ф
Остальное — нитрат магния
В табл. 2 приведена относительная вязкость растворов дегидрататора в азотной кислоте. Концентрация дегидрататора соответствует величине, наблюдаемой в средней части ректификационной колонны (g—
1286899
Таблица 3
Содержание в дегид
Таблица рататоре, 7.
Еп(10 ) Mn(NO ) Предельная концентрация HNO, Е
Равно—
После ректификации с>
Относительная вязкость /, раствора
Содержание в дегидрататоре, 7. весная
10
Zn(N0 ) Mn(NO, )
Прототип
Прототип
95
99,1
3,6
30
99,0
3,1
20
Предлагаемый способ
Предлагаемый способ
10 95
99,9
95
99,9
24
3,1
95
99,9
28
99,9
2,8
30
93
99,8
1,8
75
99,1
1,4
76
99,0
1,4
35
1,4
99,0
40 вязкость раствора; qo — вязкость воды при температуре, соответствующей условиям ректификации) .
Из табл. 2 следует, что вязкость растворов предлагаемой смеси ниже вязкости известной смеси при условии содержания нитрата марганца в предлагаемой смеси
28% и более. Увеличение содержания нитрата марганца в смеси выше 75% нецелесообразно, так как это приводит к дальнейшему снижению вязкости.
В табл. 3 приведены данные по наибольшей равновесной концентрации азотной кислоты (С ), которая может быть получена при смешении 75%-ного плава дегидрататора и 58%-иой азотной кислоты, а также концентрация азотной кислоты, которая была получена при экстрактивной ректификации в лабораторных условиях (Сф). Соотношение плав — кислота при изучении равновесных условий и в процессе ректификации было оптимальным и равнялось 4:1.
Из табл. 3 следует, что по предлагаемому способу в дистилляте образуется азотная кислота большей концентрации, чем по прототипу. При этом по дегидратирующей способности в присутствии нитрата магния нитрат марганца не уступает нитрату цинка несмотря на то, что в ряду дегидрататоров катион Zn + более эффективен, чем Мп +
Это обусловлено тем, что в ряду дегидрататоров оценивается эффективность 1 моль, а на практике приходится иметь дело с массовым содержанием. Учитывая, что моль
Zn(NO> Q тяжелее моля Mn(NO>)g на 5,5% при одинаковом массовом количестве того и другого нитратов мольное содержание последнего выше, что и сказывается в конеч55 ном счете ча повышении брутто-разделяющей способности нитрата марганца. Другая причина наблюдаемой сопоставимой дегидратирующей способности нитратов Zn и Мп
1286899 заключается в том, что в присутствии нитратов Мп смеси кипят при температурах на 5 — 10 С, меньше, что также способствует повышению относительной летучести азотной кислоты.
Таким образом, по разделяющей способности предлагаемая смесь более эффективна, чем известная. При этом содержание
Mn(NOq)q менее 28% не способствует увеличению концентрации HNOa в дистилляте, а при содержании Мп (МОз) g более 75% предлагаемый способ уступает прототипу.
Таблица 4
Проницаемость коррозии П, мм/год
Прототип
0,030
0,024
30
24
28
38
40
55
57
76
Содержание в дегидрататоре, %
Zn (N0 ) Nn (N03 )2.
Предлагаемый способ
0,008
0,008
0,008
0,007
0,007
0,006
0,006
0,005
0,005
0,005
0,006
0,006
0,024
0,025
0,026
Как следует из табл. 4 при концентрации нитрата марганца в смеси 28 — 75% коррозионная активность растворов, приготовленных по предлагаемому способу, ниже, чем по прототипу, Кроме того, при концентрации Мп (МОз) з 40 — 55% наблюдается минимум коррозионной активности (табл. 4) .
Таким образом, данные, приведенные в табл. 1 — 4, свидетельствуют о том, что преимущества предлагаемого способа по сравнениию с прототипом достигаются в пределах концентраций 28 — 75% Ми (NO3) z в смеси с нитратом магния. Содержание
Мп (МОз) менее 28% приводит к уменьшению растворимости дегидрататора (табл. 1) и увеличению вязкости (табл. 2) по сравнению прототипом. Повышение концентрации
Мп (МОз) 9 в смеси нитратов более 75% приводит к падению разделяющей способности (табл. 3, значения Сф) и увеличению коррозии (табл. 4), причем минимум коррозионной активности наблюдается при концентрации 40 — 55% Мп(МОз) z в смеси с нитратом магния (табл. 4) .
Содержение Мп (МОз) з ниже 28% приводит к увеличению относительной вязкости раствора дегидрататора до величины 3,3.
Превышение содержания Мп (NO ) более
75% приводит к уменьшению концентрации
НМОз и увеличению величины П до
0,025 мм/год.
Осуществление процесса экстрактивной ректификации по предлагаемому способу показывает, что по сравнению с известным способом возрастает растворимость дегидрататора и снижается температура кристаллизации его плава на 20 — 40 С, вязкость раствора дегидрататора снижается в
1 — 2,6 раза, коррозионная активность в 1 — 6 раза, температура смесей — на 5—
15 С. Предлагаемый дегидрататор доступен и может быть внедрен в производство. Кроме того, повышается концентрация азотной кислоты.
Формула изобретения
Способ концентрирования азотной кислоты, включающий ее экстрактивную ректификацию в присутствии дегидрататора, содержащего нитрат магния и нитрат двухвалентного металла, с последующей регенерацией дегидрататора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса путем снижения вязкости и повышения растворимости дегидрататора в реакционной смеси, повышения концентрации азотной кислоты и снижения коррозионной активности системы, используют дегидрататор, содержащий в качестве нитрата двухвалентного металла нитрат марганца при следующем соотношении компонентов. в смеси, мас.%:
Нитрат магния 25 — 72
Нитрат марганца 28 — 75
