<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Konzentration von Salpetersäure.
Bei der Herstellung von Salpetersäure durch Oxydation des Luftstickstofies unter Einwirkung des elektrischen Lichtbogens wurde die Säure bis jetzt in sehr verdünnter Form-im allgemeinen als 25-0% ige Säure-gewonnen und dann durch Überführung in Nitrat verwertet, indem die Lösung mit einer geeigneten Base, für gewöhnlich Kalk, neutralisiert und dann die gewonnene Nitratlösung eingedampft wurde.
Die Ursache dazu, dass die Stärke der Säure bei der bis jetzt gewöhnlichen Herstellungmethode nicht durch direkte Absorption über die genannte Grenze getrieben werden kann. ist diejenige, dass, da der Gehalt von Stickstoffoxyden in der aus den elektrischen Ofen kommenden Luft sehr gering ist, eine sehr kräftige Waschung des Gasgemisches mit schwacher Säure und Wasser erforderlich ist, um die Stickstoffverbindungen in Form von Salpetersäure möglichst vollständig zu binden.
Der durchaus grösste Teil der elektrischen Energie wird bei der Oxydation des Luftstickstoffes unter Einwirkung des elektrischen Lichtbogens in Wärme umgesetzt, so dass die von den elektrischen Ofen kommenden Gase im allgemeinen eine sehr hohe Temperatur aufweisen.
Die Wärme dieser Gase wurde bis jetzt zur Erzeugung von Dampf verwendet, indem die Gase von den Ofen durch Dampferzeuger geleitet wurden. Die Wärmemenge, welche in dieser Weise nicht ausgenützt werden konnte, ging bisher verloren, indem die Gase mittels Kühlwassers bis auf gewöhnliche Temperatur weiter abgekühlt werden mussten, um die Absorption der Stickstoffver-bindungen im Absorptionssystem zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfahren, um aus der nach bekannten Methoden gewonnenen 25-t0 igen Salpetersäure eine konzentrierte Säure von 90-97%, wie sie für gewöhnlich in der chemischen Grossindustrie verwendet wird, herstellen zu können.
Dieses Verfahren ermöglicht eine systematische Ausnutzung der Wärme erhitzter Gase und ist daher in Verbinde ng mit Salpetersäurefabrikation durch elektrische Nitrifikation der
Luft besonders geeignet. Die Erfindung soll daher im folgenden hauptsächlich betreffend deren
Verwendung für den letztgenannten Zweck beschrieben werden.
Die Konzentration der Säure erfolgt in zwei verschiedenen Stufen, und zwar : a) von 25-40% zu ungefähr 60% durch direkte Berührung mit den Ofengasen in zu diesem
Zwecke geeigneten Türmen oder Turmsvstemen. welche zweckmässig nach dem Gegenstrom- prinzip arbeiten ; b) von ungefähr 60% . u 90-97% durch Abdestillieren der Salpetersäure aus einem Gemisch
EMI1.1
kontinuierlich wirkenden Apparaten, welche mit äusserer, durch die Ofengase bewirkter Er- hitzung versehen sind.
Die Abkühlung der Gase erfolgt in drei getrennten Stufen, und zwar :
1. Durch deren Leitung unter oder um geeignete, kontinuierlich arbeitende Konzentrations- apparate für Schwefelsäure. worin die verdünnte Schwefelsäure, welche bei dem Abdestillieren starker Salpetersäure aus dem Schwefelsäure-Salpetersäuregemisch nach b) erhalten wird, wieder auf die ursprüngliche Stärke konzentriert wird ; 2. durch deren Leitung um Destillationstürme oder ähnliche Apparate, unter b), in denen die Abscheidung der Salpetersäure aus dem Schwefelsäure-Salpetersäuregemisch stattfindet: 3. durch direkte Berührung mit verdünnter Salpetersäure nach a), wobei die Wärme der Gase zur Verdampfung von Wasser aus der verdünnten Säure ausgenutzt wird.
<Desc/Clms Page number 2>
Die obigen Massnahmen sind an sich nicht neu, sondern sind im wesentlichen vorher in verschiedenen Gebieten der chemischen Industrie verwendet worden. Durch deren Kombination in angegebener Weise unter Ausnutzung der auf elektrischem Wege erzeugten Wärme in oben angegebener Weise wird indessen ein vorher nicht erreichbarer Nutzeffekt mit Rücksicht auf die Gewinnung der für die Absorption der Säure erforderlichen Abkühlung der nitrifizierten Gase erreicht.
Es ist in der oben angegebenen Weise gelungen, ohne Brennstoffverbrauch kontinuierlich ungefähr 70% der Salpetersäuremenge, welche gemäss jetzt bekannter und verwendeter Methoden unter Verwendung von elektrischen Nitrifikationsöfen hergestellt werden kann, in 95-97% ige Säure mit besonders hohem Reinheitsgrad überzuführen.
Die Ordnung, in welcher die Wärme ausgenutzt wird, soll zwecks Erreichung eines zufriedenstellenden pyrometrischen Effektes die oben angegebene sein. Zur Konzentration der Schwefelsäure ist nämlich die höchste Temperatur erforderlich, und zu diesem Zwecke wird die Wärme der Gase von za. 7000 bis za. 450--5000 C ausgenutzt, zur Destillierung der Salpetersäure wird die Wärme der Gase von 500-450 bis 350-3000 C verwertet, der Rückstand bis zu 50-750 C wird bei der Konzentration der schwachen Salpetersäure verwendet.
An Hand der beiliegenden Zeichnung, welche eine passende Konzentrationsanlage schematisch darstellt, sei das Verfahren nochmals erläutert : A (Fig. 2) ist ein elektrischer Ofen zur Oxydation des Luftstickstoffes, Die von demselben kommenden Gase werden durch den wärmeisolierten Kanal k nach den Kesseln P2, P geleitet, welche von den Gasen umspült werden.
Diese Kessel dienen zur Konzentration von Schwefelsäure ; die verdünnte (za. 78%ige) Schwefelsäure fliesst kontinuierlich durch das Rohr v zu, ein Teil des Wassergehaltes wird nebst einer geringen Menge der Säure durch die Rohre < Sj, abdestilliert, die mit geeigneten Kühlapparaten DI, D2 verbunden sind und die konzentrierte Schwefelsäure fliesst durch die Leitung t nach einem Kühlapparat und von dort nach dem
EMI2.1
gedrückt.
Die warmen Ofengase passieren weiter durch einen Turmapparat um das Rohr a aus säurefestem Risen herum, durch den Kanal c zum Fusse des Turmes Tu, ferner aufwärts durch den genannten Turm, durch das Rohr d zum Fusse des Turmes T., aufwärts durch diesen letzteren und durch das Rohr e, Turm 1'3'Rohr f, Turm 1'4 und das Rohr g nach dem Exhaustor E. Von diesem letzteren passieren die Gase, welche nunmehr vollständig abgekühlt sind, durch das Rohr h nach anderen, nicht dargestellten Absorptionstürmen oder Absorptionsapparaten, welche den noch übrigen Gehalt der Gase von Stickstoffverbindungen absorbieren.
Am oberen Teile des Turmes T4 wird durch den Montejus (Druckpumpe) m6 und den Behälter R6 verdünnte Salpetersäure derjenigen Stärke, welche in dem letztgenannten, nicht dargestellten Absorptionssystem erhalten werden kann, z. B. 25% ige Säure zugeführt. Während des Passierens durch den Turm T4 wird diese Säure ein wenig durch die Gase angereichert und wird auch durch die Wärme der Gase erwärmt. Sie fliesst dann in den Montejus (Druckpumpe) ffló u. s. f. hinab und passiert in dieser Weise nacheinander die Türme T3, T2 und T1.
In dem letztgenannten Turm begegnet die Säure, welche jetzt schon ein wenig konzentriert worden ist, den warmen Gasen, welche dem Turme durch den Kanal e zugeführt werden. Der Turm wirkt dabei wie ein Kolonnenapparat, in dem die Säure in Kochung gebracht wird ; hierbei wird Wasser nebst ein wenig Salpetersäure, welche von den Gasen mitgenommen wird, kontinuierlich abdestilliert, während die hinabrieselnde Säure immer mehr konzentriert wird, wobei auch der Siedepunkt erhöht wird.
Theoretisch würde man in dieser Weise eine 70% igue Säure herstellen können, in der Praxis hat es sich indessen-beim Ausgehen von der Stärke, welche in der Absorptionsabteilung ohne Verlust von nitrosen Gasen erreicht werden kann oder eine Säure von 20-30% Stärke-als am zweckmässigsten erwiesen, dieselbe nur bis 60% Stärke durch direkte Berührung mit den warmen Ofengasen zu konzentrieren. Von dem Turm T, fliesst die Säure in den Montejus (Druckpumpe) m2 hinab und wird von dort in einem Salpetersäurebehälter hinausgetrieben.
Zwecks weiterer Konzentrierung wird die 60% ige Salpetersäure in bekannter Weise mit
Schwefelsäure gemischt und dann destilliert. Diese Destillation geschieht gleichfalls kontinuierlich
EMI2.2
Die Salpetersäure vom Behälter R1 und Schwefelsäure von R2 werden in geeignetem Ver- h ltnis in dem Mischapparat R gemischt und das Gemisch wird dem Kolonnenapparat a kontinuierlich zugeführt. Dieser besteht aus einem Rohr aus säurefestem Material, z. B. Gusseisen mit hohem Kieselgehalt, welches Rohr mit Quarzstücken od. dgl. gefüllt ist.
Die Salpetersäure destilliert durch das Rohr b ab und wird in geeigneten Kühlapparaten (in Fig. l durch die Bombonnen Cl, C2 dargestellt) kondensiert. Die Schwefelsäure, welche den grössten Teil des Wassergehaltes des Säuregemisches zurückhält, fliesst durch das Rohr v ab und wird in den Kesseln. Pl, P2 in oben beschriebener Weise wieder konzentriert.
<Desc/Clms Page number 3>
Statt eine elektrische Wärmequelle zu verwenden, kann man selbstvet ständlich auch einen in anderer Weise erhitzten Gasstrom, z. B. Verbrennungsgase oder durch solche erhitzte Luft verwenden. Die hier beschriebene Methode und Apparatanlage zur Konzentrierung von schwacher Salpetersäure kann daher auch in anderen Gebieten der chemischen Industrie als in der elektrischen Salpetersäurefabrikation, z. B. bei Ausnutzung der Restsäure und verdünnter Salpetersäure in der Sprengstoffindustrie verwendet werden.