Способ регенерации нитрующей смеси

Способ регенерации нитрующей смеси

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: регенерацию нитрующей смеси ведут в электролизере с катионообменной мембраной. В регенерируемую смесь подают азотную кислоту до ее содержания 15-35 мас.%. Полученную смесь подают в анодную камеру. В катодную камеру подают азотную кислоту с концентрацией 30-60%. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 25 В 1/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ А

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4829359/26 (22) 25.05,90 (46) 28.02.93. Бюл, юг 8 (71) Казанский государственный университет им, В,И.Ульянова-Ленина (72) А.А.Чичиров, Н,М.Хусаенов, Д,В,Захарычев, Ю.М,Каргин, Г.Г.Гарифзянов, Г,Н.Марченко и А.Н.Устюгов (56) Д1омаев К.M. и др. Регенерация отработанных сернокислых растворов, М.: Химия, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N 1213087, кл, С 25 В 1/00, 1984.

Изобретение относится к электрохимической технологии и может быть использовано для регенерации серноазотнокислых нитрующих смесей, используемых в процессе синтеза органических нитросоединений, Целью изобретения является повышенйе степени регенерации нитрующих смесей.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения способа.

Для электрохимической регенерации отработанной кислотной смеси использовался диафрагменный биполярный проточный электролизер фильтр-пресснОго типа, состоящий из 10 ячеек.

Биполяры выполнены из титана и с обеих сторон платинированы. В качестве диафрагм использовалась катионообменная мембрана на основе политетрафторэтиленсульфона, Рабочая площадь электродов и

„„. Ж„„1?98384 А1 (54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ НИТРУЮЩЕЙ СМЕСИ (57) Сущность изобретения: регенерацию нитрующей смеси ведут в электролизере с катионообменной мембраной. В регенерируемую смесь подают азотную кислоту до ее содержания 15-35 мас.7,. Полученную смесь подают в анодную камеру. B катодную камеру подают азотную кислоту с концентрацией 30-б07. 1 табл, мембраны составляет по 0,1 м; общая площадь электролизера — 1 м .

С помощью циркуляционных насосов устанавливается необходимая скорость протока электролитов через электролизер— от 3 до 10 л/мин, зависящая от состава электролитов, нагрузки и напряжения на электролизере. Часть католита направляется на орошение абсорбционной колонны.

После этого на электролизер подается постоянный ток силой 50-350 А, при этом напряжение составляет 12-35 В, (от 1,2 до

3,5 B на каждой ячейке). Температура анолита и католита на выходе из электролизера устанавливается на уровне от 15 до 40 С (5 — 25 С вЂ” на входе) посредством регулирования подачи хладагента в холодильники. . При температуре выше 40 С происходит значительная коррозия титановых элементов электролизера; при температуре ниже

5 С вЂ” значительное увеличение вязкости и электросопротивления раствора анолита, 1798384

ЗНгО = 2НзО + -Ог+ 2е

+ 1

Кроме того, происходит окисление оксидов азота дд азотной кислоты и органических примесей до воды, диоксида углерода и азотной кислоты 25

NOx+ H20 НИОз+ Н + е

HxCyOzNm - НгО + СОг + HN03+ Н + е

Катодный процесс — восстановление 30 азотной кислоты до оксидов азота, NOX, где

x = 1-2.

Кроме того, за счет переноса воды через катионообменную мембрану в составе гидратированного протона, Н (НгО), где х «1, (0,7-1), происходит дополнительное обезвоживание анолита, Пример 1, Отработанная кислотная смесьсостава 20% НКОз-30% НгЯ04-50%

НгО в количестве 55 кг заливается в прием- 40 ную емкость анолитного цикла, В приемную емкость католитного цикла заливается 40.кг азотной кислоты концентрацией 45%.

Включаются циркуляционные насосы и после заполнения напорных емкостей уста- 45 навливаются следующие расходы: анолйт

4-5 л/мин, католит через электролизер 3-5 л/мин, католит через абсорбционную колонну 2-3 л/мин. На электролизер подается постоянный ток силой 250 А (плотность тока

2500 А/м ), При этом напряжение составляет 20,8 В (2,08 А на каждой ячейке), Во время электролиза поддерживаются следующие величины температуры растворов: анолита на входе в электролизер 12-17 С, на выходе 55

25-28 С, католита на входе в электролизер и в абсорбционную колонну 12-15 С, на выходе из электролизера 24-26 С, Температура регулируется подачей хладагента в

Электролизер в указанных выше условиях работает надежно, без перебоев. Выходящие из электролизера растворы попадают в соответствующие емкости-сепараторы, где происходит отделение жидкой и 5 газовой фаз., В результате электролизера в анолите происходит уменьшение содержания воды, оксидов азота и органических примесей. Содержание азотной кислоты и серной кислоты увеличивается. Раствор католита

"постепенно разбавляется водой. Предполагаемые процессы, происходящие при этом, следующие:

Основной процесс. происходящий на платиновом аноде — окисление воды с выделением кислорода холодильник, а также расходы электролитов через электролизер. После пропускания

450F электричества (11,38 кА ч) напряжение на электролИзере составляет 22,8 В. Анолит укрепляется до состава 23,3% НМОз 35,1%

НгЯО 41,5% НгО; его масса составляет 46,7 кг. В католитном цикле получается 47,7 кг раствора азотной кислоты концентрацией

36,9%.

Пример 2. Отработанная кислотная смесь состава 66% НгЯО4 — 30% НгΠ— 2%

ННОз 1,5%, МОх 0,5% органических нитропродуктов в количестве 50 кг заливается в приемную емкость анолитного цикла. Сюда же добавляется 7 кг 98% азотной кислоты, после этого состав анолита: 58,1%

НгЯОа — 26,5% НгΠ— 13,9% НИОз — 1-3 NOx — 0,5% органических нитропродуктов. Масса анолита — 57 кг. B приемную емкость католита заливается 50 кг 45% азотной кислоты. Условия проведения электролизера те же, что и в примере 1, Пропускается 750 F (20,1 кА.ч) электричества; при этом напряжение на электролизере при токе 250 А изменяется от 23,4 В в начале электролиза до 37

В в конце, В анолите получается нитрующая смесь состава: 75,5% НгЯ04 — 17,5% HNO3 — 7,0% НгΠ— 0 3% NOx и меньше 0,1% органических нитропродуктов. Конечный состав католита — 34,9% НМОз — 65,1% НгО, его масса — 63 кг. Пример 3. Отработанная нитрующая смесь различного состава корректируется добавлением азотной кислоты до содержания более 10% и подвергается электорохимической регенерации в анодном цикле электрохимической установки, B католитном цикле циркулирует азотная кислота концентрацией 30-60%. На электролизер подается выпрямленный ток силой 50-350 А (плотность тока 500-3500 кА/м ), температуг ра электролитов 5-40ОС. Результаты опытов приведены в таблице.

Вследствие того, что содержание оксидов азота в смеси незначительно. основными мигрирующими частицами являются ионы гидроксония, НзО . Такое явление, а также использование катионообменной мембраны в качестве разделительной перегородки позволяют достигнуть величины эффективности обезвоживания 15-20 г/F, что существенно выше, чем в способе прототипе (10-12 г/F). Кроме того, становится возможным удаление оксидов азота из регенерируемого раствора до остаточной концентрации менее 0,2%.

Использование в качестве католита 3060% азотной кислоты позволяет уменьшить расход электричества на регенерацию. Это достигается тем, что использование более

1798384

Составитель О.Зобнин

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор А.Обручар

Редактор З.Ходакова

Заказ 753 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 разбавленных, а значит и более электропроводных растворов (35 / НМОз имеет максимум электропроводности) позволяет уменьшить омические потери электроэнергии, Кроме того, использование азотной 5 кислоты концентрацией 30-60ь в качестве абсорбента позволяет проводить процесс превращения кислорода и оксидов азота в азотную кислоту быстро и количественно, Предлагаемый способ позволяет кон- 10 центрировать и очищать отработанные нитрующие смеси в широком интервале составов, вплоть до содержания воды 7 Д, При этом соотношение содержания кислот при концентрации азотной кислоты выше 15

10 не оказывает влияния на технологические и экономические параметры процесса.

При содержании азотной кислоты менее 10 на аноде возможно образование перекисных соединений серы, что загрязня- 20 ет нитрующую смесь.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет регенерировать отработанные нитрующиЕ смеси широкого диапазона состав в одну стадию электрохимического 25 окисления в анодном пространстве диафрагменного электролизера, причем невысокие температуры процесса и возможность электрохимического окисления примесей органических соединений придают способу такие положительные качества, как устранение взрывоопасности и опасности загрязнения окружающей среды, Формула изобретения

Способ регенерации нитрующей смеси, содержащей водный раствор серной кислоты с примесью окислов азота и органических нитропродуктов, включающий введение в смесь азотсодержащего компонента, обработку смеси в анодной камере диафрагменного электролизера и подачу в катодную камеру азотной кислоты, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения степени регенерации, в качестве азотсодержащего агента используют азотную кислоту и вводят ее до содержания в регенерируемой смеси 15-35 мас.,ь, в катодную камеру подают азотную кислоту с концентрацией

30-60 j и в качестве диафрагмы электролизера используют катионообменную мембрану на основе политетрафторэтиленсульфоновой кислоты.