Способ определения концентрации аммиака

 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может найти применение в химической промышленности, например в производстве соды аммиачным методом. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействий способа. При самоиспарении раствора аммиак десорбируют в газовую фазу, очищают парогазовую фазу от брызг раствора, охлаждают, измеряют электропроводность полученного водоаммиачного раствора и концентрацию аммиака определяют по формуле С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5U „„1702278 А1 (51)5 6 01 M 27/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

I г,, ;: ; г ;";. ..::;.ИЯ (ОПИСАНЙЕ ЙЗОБРЕТЕНИЯ (21) 4692600/25 (22) 19,05.89 (46) 30,12.91. Ьюл. ¹ 48 (72) B.A.Màðêeëoe (53) 543,25(088,8) (56) Abstract Papers ob Pittiburg Conference

and ExposItion on Analytical Chemistry and

applied spectroscopy, neu Orleans, La, 25, Febr, — 1 march, 1985.

Годовской К.И, и др. Технический анализ. М.: Высшая школа, 1967, с. 368, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ А1У1МИАКА (57) Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может найти применение в хиГиической промышленности, В

Изобретение относится K контрогно состава многокомпонентных производственных растворов, в частности дистиллерной жидкости copoeofo производства, и может найти применение в химической промышленности, например в производстве соды аммиачным методом, Известен спосо ." определения концентрации аммиака в растворах, включающий отгонку аммиака из раствора с последующим спектрофотометрическим анализом.

Данныл способ отличается сложностью и недостаточной точностью определения концентрации аммиака.

Известен также способ определения концентрации аммиака, включающий смешение . анализируемого раствора с раствором Na0H и пропускание полученной смеси над мембраной, проницаемой для газообразного аммиака. Проникающий через мембрану газообразный аммиак поглощается деионизированной водой. Измеряют злектропронапример в производстве соды аммиачным методом. Цель изобретения — повышение надежности и быстродействия способа. При самоиспарении раствора аммиак десорбируют в газовую фазу, очищают парогазовую фазу от брызг раствора, охлаждают, измеряют электропроводность полученного водоаммиачного раствора и концснтрацию аммиака определяют по ормуле С =

=(0,11413 — 0,1 1 Д٠— 3 1сщ г ) 10 /а, моль/л, где K — электропроводность водоаммиачного раствора, см/м; а — константа, при атмосферном давлении равная 3,444, а в случае изменения давления, при котором идет процесс самоиспарения, определяемая по формуле а = 4,057 — 0,613 Р. 1 ил водность полученного таким образом водоаммиачного раствора кон yKTQMeTpoM.

Однако способ не пригоден для контроля концентрации аммиака в дистеллерной жидкосги лэ-эа низкой надежности, свя энной с воэможностью засорения мембраны осадкообразующими веществами и твердыми примесями, присутствующими в дистиллерной жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому является сг.особ определения концентрации аммиака в многокомпонентном растворе, включавший периодический отбор проб, раствора, десорбцию аммиака иэ анализируемого раствора в парогазовую фазу при самоиспарении. очистку парогазовой фазы от брызг раствора., охлаждение парогазовой фазы с образованием конденсата, абсорбирование газообразного аммиака конденсатом и определение концентрации аммиака в образовавшемся водоаммиачном растворе.

1702278

Недостатками даннОГО способа являются низкое быстродействие, периодичность, низкая надежность, низкая производительность (2-3 пробы в 1 ч) В связи с необходимостью практически полной отгонки 5 аммиака из анализируемого раствора, СпоСоб не пригоден для использования В автоматическом приборе, непрерывно контролирующем концентрацию аммиака, Целью изобретения является повыше- 10 ние быстродействия и надежности способа.

ПостаВленная цель дОстиГается сОГлас но способу определения концентрации амМИВК8 В МНОГОКОМПОНЕНТНОМ Р8СТВОР8, включающему десорбцию аммиака в газо- 15 вую фазу при самоиспарении раствора, очиСтку fl8pol 83080M фазы OT брызг растВОр8, охлаждение с образованием конденсата, абсорбирование газообразного аммиака конденсатом и определение концентрации 20 аммиака в образовавшемся водоаммиачном растворе, измерение электропроводности одоаммиачного раствора и определение концентрации аммиака по формуле (о 141з-î1 / 2 <о3 с— моль/л, (1) где a — электропроводность ВЬдоаммиачного раствора, см/м; 30 а — константа, при атмосферном давлении равная 3,444, а В случае изменен ля давления, при котором идет процесс самоиспарения, определяемая по формуле

8 = 4,057-.0,613 P. 35

Отличительными признаками способа являются следующие признаки: измерение электропроводности водоаммиачного расТвора; определение концентрации аммиака по формуле 40

3 с— o»4is-о,l V/ 2 . о а моль/л, Благодаря определению концентрации аммиака в зависимости от электропроводности Водоаммиачного раствора процесс измерения переносится из сложного многокомпонентного раствора; содержащего твердые и осадкообразующие примеси, находящиеся Г)ри высокой температуре и дав- 50 лении, о т л и ч а ю щ е м с я от атмосферного, в простой двухкомпонентной водоаммиачный раствор при температуре, близкой к комнатной, что является предпосылкой повышения надежности и быстродействия ус- 55 тройства, в котором реализуется способ.

На чертеже схематично представлена функциональная схема устройства для осу- ществления предлагаемого способа, Устройство содержит пробоотборник 1, установленный в газовом пространстве перaoro испарителя 2 элемента дистилляции.

Пробсотборник снабжен фильтром 3 для предотвращения брызгоукоса. К пробоот- борнику подключен холодильник-абсорбер

4, его выход соединен с датчиком кондуктометра 5. Холодильник-адсорбер 4 имеет патрубки 6 для подвода охлаждающей воды. На испарителе 2 установлен датчик 8 давления, Выход которого через преобразователь 9 подключен к электронному блоку 7 кондуктометра. 8 датчике кондуктометра 5 имеется термочувствительный элемент (не показано), служащий для температурной коррекции показаний кондуктометра.

Способ осуществляют следующим образом, Многокомпонентный раствор — дистиллерная жидкость с выхода дистилляционной колонны (не показано) поступает в первый испаритель 2 дистилляции, Давление в испарителе поддерживают более низким, чем давление в дистилляционной колонне. Дистиллерная жидкость при поступлении в испаритель вскипает, происходит десорбция аммиака в газовую фазу. Между парогазовой фазой и дистиллерной жидкостью устанавливается равновесие, определяемое температурой и давлением в испарителе.

В связи с тем, что в парогазовую фазу переходит в результате вскипания дистиллерной жидкости около 1,4 общего ее O6beма, концентрация аммиака в жидкости при этом практически не меняется. Равновесие, устанавллвающееся в испарителе, определяется v-у — диаграммами системы

NH3 — Н20 или соответствующлми водоаммиачными таблицами.

Зависимость концентрации аммиака в парогазовой фазе от концентрации аммиака в дистиллерной жидкости при нелзменном давлении имеет вид

С =b с, () где с — концентрация ИНз В диСтиллЕРной жидкости;

С вЂ” концентрацля ЙНз в парогазовой фаЗЕ;

b = 16,5-2,5 Р, Р— давление в испарителе.

В пробоотборном устройстве парогазовую фазу очищают or брызг дистиллерной жидкости при помощи фильтра 3 и далее охлаждают в холодильнике-абсорбере 4. 8 процессе охлаждения создаются условия для полной конденсации паров Н О и практически полной абсорбции образовавшимся конденсатом аммиака, находящегося в газовой фазе. Это достигается соответствуюшим выбором величины охлаждающей

1702278

50 поверхности холодильника-абсорбера в зависимости от количества отбираемого иэ испарителя пара. Проведенными экспериментами установлено, что при диаметре пробсотборного устройства 0,01 м и скорости газа в нем до 5 м/с предельная величина активной поверхности холодильника-абсорбера, обеспечивающая конденсацию всего отбираемого пара и абсорбцию всего аммиака образовавшемся конденсатом, должна быть не менее 0,1 м, что тех2 нически вполне реализуемо в приемлемых для прибора габаритах, Это. объясняется тем, что аммиак является очень хорошо растворимым газом, а скорость уменьшения парциального давления паров воды в процессе охлаждения газопаровой фазы превышает скорость уменьшения парциального давления МНз, что способствует повышению движущей силы абсорбции со снижением температуры.

Масса конденсата, получаемого при указанных выше условиях отбора в 1 с составит ориентировочно 1,2 "l0 кг.

При внутреннем объеме датчика кондуктометра, равном 5 10 м, быстродейст.вие прибора составит несколько минут (4-5). Затем измеояют электропроводность образовавшегося в холодильнике-абсорбере водоаммиачного раствора с помощью кондуктометра.

Удельная элект роп роводность раствора равна

ic=A С, (3) где к — удельная электропроводность в см/м; .

Л вЂ” эквивалентная электропроводсм м ность NH40H моль

С вЂ” молярная концентрация NH40H,. моль/л.

В диапазоне концентраций от 0,01 до

0,2 моль/л эквивалентная электропроводность может быть аппроксимирована следующим выражением: . Л= 0,11413 — - 7,87 ) 0 (4) С и тогда выражение для удельной электропроводности принимает следующий вид; к = (— - — 7,87 10 з) bc, (5)

6,11413 /Бс где Ь -16,5-2,5Р; Р— давление, при котором происходит самоиспарение дистиллерной жидкости. Из этого выражения определяется концентрация аммиака в дистиллерной жидкости в зависимости от электропровод ности, полученного описанным способом конденсата

40 а моль/л, (6)

Здесь а = 4,057 — 0,613 Р; при P = 1 ат; а яьляется константой, равной 3,444, Таким образом, в случае, если давление в испарителе изменяется, дополнительно измеряют его изменения датчиком 8, полученный от датчика сигнал преобразуют в функциональном преобразователе 9 и подают в качестве корректирующего в электронный блок кондуктометра 7.

fl р и м е р 1. Осуществляют десорбцию аммиака из кипящего многокомпонентного раствора (находящегося под постоянным давлением 1 ат), в результате чего концентрация аммиака в парогазовой фазе над кипящим раствором в смесителе устанавливается равной 0,07 моль/л. Далее парогазовую фазу очищают от брызг кипящего раствора. Содержание солей в парогазовой фазе устанавливается не выше 40 х х10 моль/л. Парогазовую фазу, находящуюся при температуре 104 С, охлаждают в холодильнике-абсорбере до температуры

20 — 25 С. Пар конденсируется и одновременно абсорбирует газообразный аммиак.

Малярная доля потерь аммиака за счет неполноты абсорбции на выходе холодильника-абсорбера не превышает долей процента и ею можно пренебречь. Измеряют кондуктометром электропроводность водоаммиачного раствора на выходе холодильника-абсорбера, которая равная

29,6 10 См/M. Определяют концентрацию

ЙНз в дистиллерной жидкости по формуле (6), она равна 0,005 моль/л.

Для контроля отбирают пробу дистиллерной жидкости и анализируют химическим путем, при этом концентрация ЙНз в дистиллерной жидкости также составляет.

0,005 моль/л.

Пример 2. Давление, при котором кипит дистиллерная жидкость, увеличилось до 1,2 ат. Концентрация ИНз в парогазовой фазе в результате десорбции в соответствии с формулой (2) уменьшается до

0,0675 моль/л. Электропроводность конденсата на выходе холодильника-абсорбера также уменьшается до 29,12 10 См/м. одновременно уменьшится коэффициент а с

3,44Фдо 3,3214, концентрация ИНз, вычисленная rIo формуле (6), будет также равна

0,005 моль/л. Контрольная проба дистиллерной жидкости, осуществляемая химическим путем, показала, что концентрация

ЙННз в дистиллерной жидкости составляет

0,005 моль/л.

Составитель В. Маркелов

Редактор Ю. Середа Техред M,Mopãåíòàë Корректор М, Демчик

Заказ 4539 Тира2к Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно издательский кОмбинат Патент, Г. У2кгород, ул,Гагарцна, !!!1

8 примерах время, затраченное на анализ, составило 3-4 мин, в то время как обычный химический анализ осуществляют в течение 20 мин.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению со способом-прототипом характеризуется повышением быстродействия в 5 раз и повьш!ением наде>кнасти, Формула изобретения

Способ определения концентрации аммиака в многакомпонентном раствора, включающий десорбци!о аммиака в газову!о фазу при самоиспарении раствора, очистку парогазовой фазы от брызг раствора, о2;лаждение с образованием конденсата и одновременное абсорбировани=-. Им

ГазообразнОГО аммиака из парогазовой фазы, Ог!ределение концентрации аммиака В образовавшемся водоаммиачном растворе, О т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с ц8ль!О повышения быстродействия и наде2кности способа, измеряют давление Р при самоис5 парении раствора, концентраци!о аммиака в водоаммиачном растворе измеряют кондуктометрическим методом, а концентраUM!o аммиака в .мнОГОкомпОнен гном растворе C определяют по формуле

„ 0,11413-0,1.Е„З ЪИВЖ12 103

t моль/л, Где !1; ЗлектропровОдность Водоаммиачного раствора, см/м; а vo icT н, редел я по Форму ле а = 4,657 — 0,613 Р.