Способ переработки смеси азотной кислоты и оксидов азота и аппарат для его осуществления

Изобретение относится к области технологии переработки смесей азотной кислоты и оксидов азота, содержащих ингибиторы коррозии, преимущественно окислителей жидких ракетных топлив. Способ переработки смесей азотной кислоты и оксидов азота, преимущественно окислителей жидких ракетных топлив, ингибированных фтористым водородом, заключается в том, что обработку гранулированным силикагелем проводят путем поддержания силикагеля во взвешенном состоянии в аппарате потоком перерабатываемой кислотной смеси, которую многократно циркулируют через взвешенный слой силикагеля перемешивающим устройством с кратностью циркуляции 6-10 раз в минуту без прямого контакта силикагеля с перемешивающим устройством. Аппарат для осуществления способа содержит корпус с рубашкой, крышку с циркуляционной трубой, перемешивающее устройство, помещенное в циркуляционную трубу и установленное на валу привода. Перемешивающее устройство выполнено в виде колеса осевого насоса, а в циркуляционной трубе над колесом осевого насоса предусмотрены проточные окна, проходное сечение которых больше сечения циркуляционной трубы, причем проточные окна и выходное отверстие трубы укрыты сеткой. Технический результат состоит в повышении качества очистки окислителей при кратности циркуляции жидкости 6-10 раз в минуту при увеличении производительности процесса. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области технологии переработки смеси азотной кислоты и оксидов азота, содержащих ингибиторы коррозии, такие как фтористый водород, ортофосфорная кислота, йод или их смеси, преимущественно окислителей жидких ракетных топлив.

Необходимость переработки вызвана большими запасами окислителей, в том числе и не соответствующих техническим требованиям для их применения по прямому назначению. Переработка окислителей позволяет получить азотную кислоту, широко используемую в химической промышленности и в производствах взрывчатых веществ и, кроме того, уменьшить потенциальную экологическую опасность, которая существует в районах их длительного хранения.

Известен способ переработки смеси азотной кислоты и оксидов азота, преимущественно окислителей жидких ракетных топлив, ингибированных фтористым водородом, включающий обработку ее кремнийсодержащим соединением, предпочтительно гранулированным силикагелем, с получением тетрафторида кремния, отгонку и конденсацию оксидов азота. Обработку смеси азотной кислоты и оксидов азота осуществляют гранулированным силикагелем в реакторе с мешалкой и рубашкой для нагрева и охлаждения (патент на изобретение N 2177445 по МПК С 01 В 21/46, C 06 В 47/04). В процессе переработки кислотной смеси по известному способу в опытно-валовых условиях было установлено, что увеличение числа оборотов мешалки аппарата способствует повышению эффективности очистки кислотной смеси, но при этом происходит измельчение гранулированного силикагеля при его многократном контакте с лопастями мешалки. Измельчение силикагеля, в свою очередь, приводит к снижению качества очищенного окислителя. Приходится останавливать процесс очистки для выгрузки измельченного силикагеля и загрузки новой порции гранулированного силикагеля. Частые остановки процесса приводят к снижению производительности аппарата.

Технической задачей изобретения является повышение качества очистки жидких ракетных топлив путем увеличения кратности циркуляции перерабатываемой кислотной смеси через слой гранулированного силикагеля и путем предотвращения измельчения силикагеля.

Технический результат достигается тем, что обработку кремнийсодержащим соединением, например гранулированным силикагелем, с получением тетрафторида кремния, проводят путем поддержания силикагеля во взвешенном состоянии по всему сечению аппарата потоком перерабатываемой кислотной смеси, которую многократно циркулируют через взвешенный слой силикагеля перемешивающим устройством и без прямого контакта силикагеля с перемешивающим устройством. Для достижения поставленной задачи используется аппарат, содержащий корпус с рубашкой, крышку с циркуляционной трубой, перемешивающее устройство, помещенное в циркуляционную трубу и установленное на валу привода. Перемешивающее устройство выполнено в виде колеса осевого насоса, а в циркуляционной трубе над колесом осевого насоса предусмотрены проточные окна, сечение которых больше проходного сечения циркуляционной трубы, причем проточные окна и выходное отверстие циркуляционной трубы укрыты сеткой.

Переработку ингибированных фтористым водородом смесей азотной кислоты и оксидов азота осуществляют в аппарате, представленном на чертеже. Аппарат содержит корпус 1 с рубашкой 2, крышку 3 с циркуляционной трубой 4 с выходным отверстием 5 в нижней части, перемешивающее устройство в виде колеса 6 осевого насоса, помещенного в циркуляционную трубу и установленного на валу 7 привода 8. В циркуляционной трубе 4 над колесом 6 выполнены проточные окна 9, укрытые по периметру сеткой 10, выходное отверстие 5 циркуляционной трубы тоже укрыто сеткой 11. Размеры ячеек сеток составляют 0,5-0,9 размера гранул силикагеля. Аппарат снабжен патрубком 12 для подачи кислотной смеси, люком 13 для загрузки силикагеля, патрубком 14 для возврата кислоты из конденсатора, сливным клапаном 15 для опорожнения аппарата.

Переработку кислотной смеси осуществляют следующим образом. В аппарат через люк 13 загружают определенное количество гранулированного силикагеля, а через патрубок 12 - смесь азотной кислоты и оксидов азота. За счет того, что проточные окна 9 и выходное отверстие 5 циркуляционной трубы укрыты сетками 10 и 11, во внутреннюю полость циркуляционной трубы силикагель не проходит, а размещается в полости аппарата вне циркуляционной трубы. Включают перемешивание и обогрев рубашки аппарата горячей водой. Перемешивающее устройство в виде колеса осевого насоса с большой производительностью прокачивает кислотную смесь через циркуляционную трубу и полость аппарата. Силикагель в полости аппарата за циркуляционной трубой потоком жидкости приводится во взвешенное состояние, а кислотная смесь многократно циркулирует через слой силикагеля. Чем больше кратность циркуляции кислотной смеси, тем эффективнее происходит процесс очистки смеси от примесей. Сетки, укрывающие проточные окна в циркуляционной трубе и выходное отверстие циркуляционной трубы, предотвращают попадание силикагеля в полость трубы, поэтому вообще отсутствует контакт силикагеля с перемешивающим устройством, расположенным в полости трубы, что исключает измельчение силикагеля. Массу в аппарате нагревают и выдерживают при определенной температуре. Из реакционной массы отгоняют оксиды азота с тетрафторидом кремния, образовавшимся по реакции:

SiO₂+4HF→SiF₄↑+2H₂O

Вместе с газами из аппарата выводятся пары азотной кислоты, которые конденсируются в холодильнике и возвращаются в аппарат через патрубок 14. Оксиды азота и тетрафторид кремния отводят в скруббер на поглощение тетрафторида кремния, а после скруббера оксиды азота поглощаются азеотропной азотной кислотой с получением тройной смеси HNO₃-N₂O₄-Н₂О, которую перерабатывают в сверхазеотропную кислоту. Из полученной сверхазеотропной азотной кислоты получают концентрированную кислоту известным методом путем ректификации. Отсутствие измельчения силикагеля позволяет многократно использовать его для проведения следующих операций очистки кислотной смеси. Кроме того, уменьшается потребляемая мощность электродвигателя, так как при перемешивании энергия затрачивается только на перекачивание жидкости через циркуляционную трубу. Использование колеса осевого насоса позволяет перекачивать через циркуляционную трубу кислотную смесь производительностью до 20 м³/мин, например, если объем аппарата составляет 2,5 м³, то кратность циркуляции жидкости составит 8 раз в минуту.

Способ переработки окислителей с использованием предложенного аппарата проверен в условиях опытно-валового производства на одном из заводов отрасли. Показана высокая эффективность очистки окислителей при кратности циркуляции жидкости 6-10 раз в минуту. При этом производительность установки очистки увеличена в 1,5 раза, потребляемая мощность снижена на 20%.

1. Способ переработки смеси азотной кислоты и оксидов азота, ингибированной фтористым водородом, преимущественно окислителей жидких ракетных топлив, включающий обработку кислотной смеси гранулированным силикагелем с получением тетрафторида кремния, отличающийся тем, что обработку проводят при циркуляции перерабатываемой кислотной смеси через взвешенный слой силикагеля, образованный потоком этой кислотной смеси, создаваемым перемешивающим устройством, находящимся вне слоя силикагеля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кислотная смесь циркулирует через взвешенный слой силикагеля с кратностью 6-10 раз в минуту.

3. Аппарат для переработки смеси азотной кислоты и оксидов азота, ингибированной фтористым водородом, содержащий корпус с рубашкой, крышку с циркуляционной трубой, перемешивающее устройство, помещенное в циркуляционную трубу и установленное на валу привода, отличающийся тем, что перемешивающее устройство выполнено в виде колеса осевого насоса, а в циркуляционной трубе над колесом осевого насоса предусмотрены проточные окна, сечение которых больше проходного сечения циркуляционной трубы, причем проточные окна и выходное отверстие циркуляционной трубы укрыты сеткой.