Концентрирование разбавленнной азотной кислоты

Непосредстввенная дистилляция разбавленных водных растворов азотной кислоты позволяет концентрировать ее практически до содержания 60-65% НNО₃. 68.4% раствор НNО₃ соответсвует азеотропному составу и имеет максимальную температуру кипения 394.9К.

Только введением в разбавленную азотную кислоту водоотнимающих средств (концентрированной серной кислоты, нитрата магния и др.) можно повысить давление насыщенных паров НNО₃ и осуществить отгонку конценрированной азотной кислоты. Температуры кипения растворов серной кислоты значительно выше температур кипения концентрированной азотной кислоты, поэтому при дистилляции в парах будет находиться НNО₃, а в кубовом остатке – водный раствор серной кислоты. Вода, ранее связанная с азотной кислотой, образует соединения с серной кислотой:

НNО₃ *(Н₂О)_n +Н₂SО₄ = НNО₃ + Н₂SО₄ * (Н₂О)_n

В процессе концентрирования азотная кислота частично разлагается на оксиды азота, образующие с серной кислотой нитрозилсерную кислоты. Поэтому нитрозилсерную кислоту необходимо денитрировать паром, причем полнее протекает этот процесс при концентрации серной кислоты ниже 70%. Расход серной кислоты определяется в зависимости от концентрации исходной азотной кислоты и расхода пара с учетом нагревания обработанной кислоты до 433К и разбавления ее до концентрации 68-70% Н₂SО₄.

Концентрирование разбавленных растворов азотной кислоты с помощью серной кислоты осуществляется в колоннах барботажного типа. Выделяющиеся в этих аппаратах пары азотной кислоты, конденсируются в холодильнике, охлажаемом водой, а разбавленная (отработанная) серная кислота после денитрации поступает на упаривание до конценрации 92-93% Н₂SО₄ и снова используется для концентрирования разбавленной азотной кислоты. Таким образом, серная кислота циркулирует в замкнутом цикле и расход ее обусловливается только производственными потерями.

Представляет интерес использование в качестве водоотнимающего средства нитрата магния вместо серной кислоты. Температрура кипения растворов нитрата магния примерно соответствует температурам кипения растворов серной кислоты в пределах концентарции 0-70% Н₂SО₄. Соотношение концентрированного раствора нитрата магния и поступающей азотной кислоты должно быть не менее 2.5, чтобы концентрация отработанного раствора нитрата магния была не ниже 55%. Установка концентрирования азотной кислоты состоит из отпарной и дистилляционной колонн, конденсатора концентрированной азотной кислоты и концентратора раствора нитрата магния.

Преимущество этого способа концентрирования азотной кислоты состоит взначительно мееньших эксплуатационных расходах (вдвое), меньших капитальных затратах (на 30-40%) и возможнотси получения азотной кислоты, не содержащей Н₂SО₄.Кроме того, устраняется загрязнение атмосферы серно-кислотным туманом.

Концентрированную азотную кислоту можно получить и методом прямого синтеза. Этот метод основан на применеии жидкого N₂О₄ и проведением процесса его взаимодействия с водой и кислородом под высоким давлением и при повышенной температуре.

Механизм получения концентрированной азотной кислоты по методу прямого синтеза можно представить в виде следующих уравнений:

N₂О_4(ж) ↔2 NО_2(р) –56.9кДж

2NО_2(р) +Н₂О_(ж) =НNО₃ +НNО_2(р) +74.8кДж

3НNО_2(р) ↔ НNО_3(р) + Н₂О(ж)+2NО _(г) –75.9кДж

2НNО_2(р) +О_2(г)↔ НNО_3(ж) +8.96кДж

2NО _(г) +О_2(г) ↔ 2NО_2(г))↔ N₂О_4(ж)+202.7кДж

Суммарная реакция этого процесса

2N₂О_4(ж)+ 2Н₂О_(ж) + О_2(г)↔ 4НNО_3(ж) +78.8кДж

Технологический режим процесса синтеза концентрированной азотной кислоты должен обеспечить высокую степень превращения компонентов реакции и ее большую скорость. Для получения жидкого N₂О₄ требуется проведение новых операций, значительно изменяющих обычную схему производства азотной кислоты.

В основном применяется способ синтеза концентрированной азотной кислоты из нитрозных газов, полученных окислением аммиака воздухом. Этот процесс состоит из следующих стадий:

1) охлаждения нитрозных газов и отделения избытка воды;

2) окисления NО до NО₂;

3) поглощения NО₂ концентрированной азотной кислдотой;

4) разложения полученного раствора и выделение из него чистого N₂О₄ (здесь же производится и отбелка полученной концентрированной азотной кислоты для удаления оксидов азота);

5) конденсации N₂О₄;

6) переработки смеси N₂О₄ и разбавленной азотной кислоты под давлением при наличии кислорода.

Дата добавления: 2015-07-26