Способ получения концентрированной азотной кислоты

Способ получения концентрированной азотной кислоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ-путем окисления азотсодержащего соединения, о т.л ич а ю щ ни ся тем, что, с целью увеличения выхода кислоты и упрощения процесса, разбавленную азотную кислоту электрохимически окисляют в диафрагменном электролизере на анодах из платины, стеклоуглерода или металлоокисных электродах на основе титана при плотности тока не более 50 А/дм, 2. Способ поп,1, отличающийся тем, что в качестве металлоокисныхэлектродов используют дву-окиси рутения, свинца и марганца, трехокись кобальта на титановой основе .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) °

3(59 С 25 В 1 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ., -;!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГГИЙ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3333395/23-26 (22) 17,08. 81 (46) 07.12.83. Бюл. 9 45 (72) Ю.М. Каргин, A.A, Чичиров, О.В. Паракин, Е.В. Никитин,A.Ï.томилов, Г.Н ° Марченко, Г.Г. Гарифзянов, В.В. Волков, A.Â. Смоленцев и В.П. Добрынин (53) 661.56(088.8) (56) 1. Справочник азотчика, M., "Химия", т.2, 1969, с. 100-111 °

2. Справочник азотчика, М., "Химия", т.2, 1960, с. 84-100. (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ .путем окисления азотсодеряащего соединения, о т.л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения выхода кислоты и упрощения процесса, разбавленную азотную кислоту электрохимически окисляют в диафрагменном электролизере на анодах из платины, стеклоуглерода или металлоокисных электродах на основе титана при плотности тока не более 50 A/äì .

2, Способ по п.1, о т л и ч а юшийся. тем, что в качестве металлоокисных электродов используют дву-. окиси рутения, свинца и марганца, трехокись кобальта на титановой основе.

1059023

Изобретение относится к технологии получения койцентрированной азотной кислоты, широко используемой н промышленности при производстве лаков, красителей, химических удобрений, лекарственных препаратов и других про- 5 дуктов.

Известен способ концентриронания азотной кислоты, согласно которому обычной перегонкой разбавленной азотной кислоты получают дистиллят с кон- 10 центрацией не выше 68,4%, так.как азотная кислота и вода образуют азеотроп состава 68,4% HNQ и 31 6% Н О с температурой кипения 121,9 С.

Для получения более концентриро-. 15 ванной азотной кислоты дистилляцию проводят в присутствии дегидратирувщих средств - концентиронанной серной кислоты, нитратов щелочных металлов и щелочноэемельных металлов. 20.

Так, в сернокислотном способе разбавленную азотную кислоту смешивают с 9 2,5Ъ-ной серной кислотой в массовых соотношениях 1:4 и далее полу ченную смесь разгоняют, получая

985-ную азотную кислоту (1) .

Недостатком этого способа является необходимость дистилляции и регенерации большого количества кислот, Получаемая азотная кислота загрязнена серной кислотой, что необлагоприятно сказывается не ее качественных показателях.

Кроме того, производство кислоты сопровождается выбросом окислов азота и серы, загрязняющих атмосферу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату

1 к избретению является способ концентирования азотной кислоты прямым окислением кислородом воздуха смеси 40 раэбанленной азотной кислоты с окислами азота под давление 50 атм, Процесс получения концентрированной азотной кислоты по этому спосоI бу состоит из следующих стадий. Получаемые в результате каталитического сжигания воздуха газы, главным образом окись азота, окисляют до возможно более и полного превращения в двуокись азота, которую поглощают концентрированной азотной кислотой.

Из полученной смеси концентрированной азотной кислоты и окислов азота (олеума) выделяют и конденсирувт чистую двуокись азота. Далее готовят смеси жидкой двуокиси азота с разбавленной азотной кислотой с заданными массовыми соотношениями компонентов

NO> и НтО. Эту смесь под давлением

50 атм. подают в автоклав, где в присутствии кислорода при 70-85 C 60 происходитокисление и образуется концентрированная азотная кислота, содержащая избыток окислов азота.

Затем следует отбелка полученной кислоты током сухого воздуха, в ре-. 65 эультате которой получают готовую концентрированнув азотную кислоту и окислы азота, используемые в производстве слабой азотной кислоты (2)

К недостаткам известного способа относится многостадийность процесса, использование высоких давлений (50 атм), следствием чего является черезмерная сложность аппаратурного оформления и взрывоопасность процесса. По этой же причине затруднительно создание непрерывного производства. Кроме того, применение относительно высоких температур (70-85О C) вызывает . большие потери конечного продукта вследствие низкой температуры кипения азотной кислоты и ее высокой летучести, что служит причиной загрязнения окружавшей среды, несмотря на использование мощных устройств

-для улова парон азотной кислоты и окислов азота.

Цель изобретения — увеличение выхода кислоты и упрощения процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения концентрированной азотной кислоты путем окисления аэотсодержащего соединения, разбавленную азотнув кислоту электрохимически окисляют в диафрагменном электролизере на анодах платины, стеклоуглерода или металлоокисных электродах на основе титана при плотности тока не более 50 А/дм

При этом в качестве металлокислых электродов используют двуокиси руте 4 ния, свинца и марганца, трехокись кобальта на титановой основе.

Процесс осуществлен лабораторных условиях в следующем порядке.

Для концентрирования кислоты использовалась электрохимическая ячейка обычной конструкции "с разделенными пористой керамической дйафрагмой анодным и катодным пространствами.

В анодное и катодное пространстна ячейки заливают по 500 мл 47%-ной азотной к:ислоты. В анолит погружают электрод, изготовленный из материа-! ла, устойчивого в условиях анодной поляризации и азотной кислоте, на,пример из платины или стеклоуглерода. В католит погружают катод, изготовленный из нержавеющей стали.

На ячейку подается постоянный электрический ток силой 5-50 А.

Плотность анодного тока составляет при этом 5-50 А/дм

В ходе электролиза аналит и католит охлаждают проточной нодопроводной водой. Температура процесса 440ОС. Повышение температуры выше

0 40 С нежелательно, так как усиливается испарение азотной кислоты иэ электролита вследствие ее высокой летучести:, а понижение температуры ниже 4 С не дает каких-либо преимуо

10590?3 ществ, но требует применения специальных мер по охлаждению ячейки.

Результатом электролиза является концентрирование азотной кислоты в анодном пространстве ячейки. Процесс сопровождается выделением чистого электролитическог кислорода, который можно собирать и использовать. Механизм процесса окисления азотной кислоты можно выразить схемой о

Т а б л и ц а 1

Время электролиза,ч

Количество прошедщего электричества, Ач

Плотность азотной кислоты при 15О С

Концентрация азотной кислоты, %

Температура анолита,аС

Расход электроэнергии, квтч/кг

1,2982

1,3735

1,4053

1,4336

1,4566

100

О, 101

0,102

0,104

150

200

250

22

0110

300

1,4771

25

0,116

0,134

0,192

0,345

0,680

1,4937

1,5020

1,5129

1,5220

350

28

400

38

450

500

20 ствить на платине, стеклоуглероде и ряде металлоокисных электродов

45 и0 1Ъ 0, Мп0 .и Со 03 на титане. >

А такие традиционные анодные материалы, как свинец, графит, пирографит, алюминий, железо, никель оказались. непригодными, так как подвергались в процессе электролиза сильной коррозии, Непригодными оказались также аноды из таких кислотостойких металлов как титан, тентал, ниобий, так как в этом случае в процессе электролиза наблюдается очень быстрый рост напряжения, что обусловлено образованием окисной пленки и-типа на поверхности этих металлов.

Экспериментальные исследования процесса электролиза водных растворов

60 азотной кислоты показали, что величина плотности анодного тока оказывает существенное влияние на результат.

В табл. 2 приводятся данные об эффективности процесса концентриро65 вания °

2й0 i Н,0-2е = YHNOq+ 0>

В катодном пространстве ячейки происходит восстановление азотной кислоты, в результате чего происКак видно из табл. 1 концентрирование азотной кислоты до 909, происходит с расходом электроэнергии

0,100-0,134 кВт ч/кг и далее расход электроэнергии и температура резко возрастают. Кроме того, при концентрировании кислоты выие 90% наблюдается значительное перетекание электролита из анодного пространства в катодное, что приводит к снижении выхода продукта, т.е. концентрированной азотной KHcJIQTH °

Необходимо использовать диафрагменный электролизер, так как в бездиафрагменном электролизере, добиться концентрирования азотной кислоты не удается и единственным результатом действия электрического тока является в этом случае деструкция азотной кислоты с образованием окислов азота.

Иэ всего количества использованных анодов процесс концентрирования азотной кислоты удалось осущеходит выделение окислов азота. Окислы отводятся и могут быть использованы для получения разбавленной азотной кислоты.

Пример 1. В анодное и ка- тодное пространство электрохимической ячейки заливают по 500 мл 47%-ной азотной кислоты и подвергают электролизу с использованием платинового анода. Общий ток на ячейку 25А плотность анодного тока равна при этом

25 А/дм . Рост концентрации азотной кислоты в анодном пространстве ячейки н удельный расход электроэнергии на концентрирование 1 кг кислоты на

1Ъ представлены в табл. 1.

47,00

60,03

66,45

72,85

78,99

85,14

91,06

95,10

98,70

100,00

1059023

Таблица2

Конечная концентрация азотной кислоты ф

Расход электроэнергии, квт.ч/кг

Плотность анод t ного тока, A/äì

Количество прошедшего электричества, Л/ч.

Начальная кон» центрация азотной кислоты, %

60,96

54,80

48,17

47,00.

47 00

О, 099

0,185

100

100

80

100

47,00

Составитель О. Зобнин.

Редактор Г. Безвершенко Техред М.Костик Корректор М. Шарскаи

Заказ 9721/25 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Как видно из табл. 2„ при плотйости анодного тока сверх 50 А/дм наблюдается снижение эффективности концентрирования при одном и том же количестве электричества, прошедщего через электролизер, концентрация азотной кислоты увеличивается тем меньше, чем больше величина плотности тока..При плотности анодного тока более 60 A/дм концентрирование азотной кислоты практически не происходит, Кроме того, в случае использования неплатиновых анодов при плотности анодного тока более 50 Л/дм про» исходит разрушение материала анода.

Нижний предел используемой плотности анодного тока не имеет четкой границы. Однако использование низких плотностей тока (менее 5 A/дм соответственно требует применения элек-35 тродов с большой плошадью, что экономически не выгодно.

Таким образом, предлагаемый способ проведен на небольших количествах кислоты с изменением всех опреляюцих процесс показателей. При этом установлено, что предлагаемый способ позволяет без применения высокого давления на довольно простой технологической аппаратуре получать чистую азотную кислоту в одну стадию. Применение высоких- температур и отсутствие необходимости перегонки азотной кислоты практически исключает выброс паров кислоты и окислов азота в атмосферу, что благоприятно сказывается на санитарных условиях окружающей среды. Способ позволяет, кроме того, получать чистый кислород в качестве побочного продукта, область применения которого разнообразна и обширна.

Предлагаемый способ может быть реализован путем установки серии проточных электролнзеров, что обеспечит непрерывность процесса и его полную автоматизацию.