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Verfahren zur kontinuierlichen Konzentration verdünnter Salpetersäure.
In verschiedenen Industrien erhält man grosse Mengen verdünnter Salpetersäure, z. B. durch elektrische Oxydation des Luftstickstoffes. Diese verdünnte Säure hat man auf vielerlei Weise zu konzentrieren versucht, z. B. durch Zusatz inerter : wasserbindender Stoffe, wobei dann durch Erhitzung die Salpetersäure in konzentrierter Form ausgetrieben werden sollte. Soweit bekannt, ist aber dieses Problem nicht in wirtschaftlich befriedigender Weise gelöst worden.
Die Schwierigkeit besteht darin, die verdünnte Säure bis auf etwa 60 bis 70% ohne Anwendung von wasseranziehenden Mitteln zu konzentrieren. Hat man eine Säure von dieser Konzentration, dann ist es leicht. in bekannter Weise eine hochkonzentrierte Salpetersäure zu gewinnen.
Bekanntlich wird Salpetersäure von einer niedrigeren Konzentration als 68% durch Kochen konzentriert, indem erst bei dieser Konzentration die Dämpfe die gleiche Zusammensetzung haben wie die kochende Säure. Indessen lässt sich eine verdünnte Salpetersäure durch einfaches Kochen schwer in wirtschaftlicher Weise konzentrieren, indem nämlich ein grosser Teil der Säure mit den Dämpfen verloren geht. die Ausbeute an konzentrierter Säure daher sehr gering wird.
Es wurde nun gefunden, dass man verdünnte Salpetersäure sehr zweckmässig konzentrieren kann, wenn man in der nachstehend unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung beschriebenen Weise verfährt.
In einem Verdampfungsapparat 1 aus säurebeständigem Material wird die verdünnte
Salpetersäure gekocht. Die entweichenden Dämpfe werden nach einem Dephlegmationsapparat geleitet, wobei dieselben in Wasserdampf und konzentrierte Säure getrennt werden. Die Wasser- dämpfe entweichen, und die Säure fliesst nach dem Kochgefäss zurück. Wenn die Säure eine
Konzentration von etwa 65 bis 70% erreicht hat, wird die Zu- und Abflussmenge derart reguliert, dass die Säurekonzentration konstant bleibt. Obgleich diese Konzentrationsweise nach Umständen vorteilhaft sein kann, hat sie doch den Nachteil, dass die Dephlegmationskolonne in hohem Masse
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bedingt, die Kolonne sehr gross zu machen.
Um auch diesen Übelstand zu vermeiden, kann man folgendermassen verfahren :
Die Salpetersäure wird in einem geeigneten Konzentrationsapparat 1 bis zum Kochen erhitzt ; man lässt die Säure in diesem Apparat solange kochen, bis die Konzentration, z. B. von 30 bis 40% gestiegen ist. Der Dampf, weicher auf diese Stufe der Konzentration'entweicht, ist
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erwünschte Konzentration erreicht worden ist, wird die Säure nach einem zweiten ähnlichen Apparat 2 geleitet, wo die Verdampfung des Wassers fortgesetzt wird ; in diesem Apparat wird die Konzentration, z. B. von 40 bis 50% getrieben. Der Wasserdampf, welcher auf difcr Stufe
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mischt.
Wenn die erwünsehte Konzentration erreicht ist, wird die Säure weiter zu einem ähnlichen
Apparat 3 geleitet, wo die Konzentration z. B. bis auf etwa 60 bis 68% getrieben wird. Die
Dämpfe, welche auf dieser Stufe der Konzentration entweichen, sind stark salpetersäurehätig.
I Selbstverständlich kann die Konzentration auch in mehr Stufen als hier erwähnt ausgeführt werden.
Die aus den Konzentrationsapparaten (bei 4, 5 bzw. 6) kommenden Dämpfe werden zur (rcwinnung der in denselben enthaltenen Salpetersäur-nach einem oder mehreren Dephiegmationsapparaten 7 geleitet, wo die Dämpfe in bekannter Weise der Dephlegmation unterworfen werden. Die aus dem Dephlegmationsapparat (bei 8) kommende Salpetersäure wird wieder an geeigneter Stelle (bei 9, 10 bzw. 11) den Konzentrationsapparaten zugeführt.
Der aus den Dephlegmationspparat (bei 12) ausströmende Dampf besteht unter normalen Verhältnissen aus fast reinem Wasser, das z. B. nach der Kondensation wieder zur Absorption nitroser Gase zwecks Bildung von Salpetersäure usw. verwendet werden kann.
Sehr vorteilhaft werden die Dämpfe aus den verschiedenen Konzentrationsapparaten an übereinanderliegenden Stellen (bei 13, 14 bzw. 15) in die Dephlegmationskolonnen eingeführt, indem die konzentriertesten Dämpfe an der tiefsten Stelle und die verdünnteren an höher gelegenen Stellen der Kolonne eingeführt werden.
Der aus den ersten Konzentrationsapparaten kommende Wasserdampf kann auch besonders kondensiert und wieder in den Apparaten benutzt werden, in weichen die verdünnte Salpetersäure gewonnen wird. Man erreicht somit auch eine Trennung des Dampfes in einen beträchtlichen,
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geringe Mengen Salpetersäure enthaltenden Teil und in einen verhältnismässig kleinen-, jedoch grössere Mengen Salpetersäure enthaltenden Teil.
Mittels des erwähnten Dephlegmationspparates können sodann diese Dämpfe in ihre Komponenten zersetzt werden, so dass man, wie erwähnt, schliesslich konzentrierte Salpetersäure und reines oder fast nur reines Wasser erhält. Selbstverständlich arbeiten die Apparate vorzugsweise kontinuierlich, indem die Säure aus dem einen in den anderen Apparat (bei 16, 17) fliesst. Sehr vorteilhaft ist es, die verdünnte Säure am oberen Ende des Dephlegmationsapparates einzuführen ; dadurch wird eine Erwärmung der Säure erreicht, wodurch wieder der Wirkungsgrad des Apparates erhöht wird.
Um die bestmögliche Dephlegmation 7U erzíelen, kann man dem Dephlegmationsapparat eine verdünnte Säure bzw. Wasser (bei-18) in derartiger Menge zuführen, dass eine praktisch vollkommene Dephlegmation erreicht wird. Es wurde gefunden, dass die obere Grenze der Säurekonzentration bei etwa 15 bis 20% liegt. Wird also eine Säure, die bis auf diesen Grad konzentriert ist, hinzugesetzt, so entweicht praktisch nur Wasserdampf aus dem oberen Ende der Kolonne.
Da es aber, wie erwähnt, vorteilhaft ist, auch noch die im Dephlegmationsapparat zu konzentrierende Säure hinzuzusetzen, so kann dies zweckmässig dadurch geschehen, dass man dieselbe (bei 19) etwas
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In dem oben angeführten Ausführungsbeispiel ist-übereinstimmend mit der Zeichnung die Anwendung nur einer Dephlegmationskolonne voiausgesetzt. Die aus dieser zurückfliessende konzentrierte Säure wird entweder auf die verschiedenen Konzentrationsapparate verteilt oder die gesamte Menge konzentrierter Säure wird demjenigen Konzentrationsapparat zugeführt, in welchem die Konzentration der Säure gleich jener der aus der Dephlegmationskolonne kommenden Saure ist. Diese Verteilung und Regulierung kann leicht mittels der in der Zeichnung ersichtlichen Hähne erfolgen.
Selbstverständlich kann man auch mehrere Dephlegmationskolonnen anwenden, wobei die Dämpfe aus den Konzentrationsapparaten je einer Dephlegmationskolonne zugeführt werden.
Die aus der Dephiegmation zurückflissdende Säure fliesst in den mit der Dephlegmation in Ver- bindung stehenden Konzentrationsapparat zuruck.
Durch-He stufenweise Eindampfung erreicht man den grossen Vorteil, dass man den grösseren Teil des Wassers bei einer verhältnismässig niederen Konzentration der Säure entfernt. was wieder den Vorteil bedingt, dass der Verdampfungsapparat, in welchem die Hauptmenge des Wassers verdampft wird, nur für die entsprechenden niedrigen Temperaturen und Drucke konstruiert zu werden braucht bzw. dass diese Apparate bei gleichem Druck und gleicher Temperatur des Dampfes einen wesentlich grösseren Wirkungsgrad erhalten. Ausserdem wird noch der Vorteil erreicht. dat. ! man einerseits wesentHeh die ganze Satpeiersäure von der gewünschten Konzentration und andererseits wersentlich reinen Wasserdampf erhält. Dies konnte bisher noch durch keines derbekanntenVerfahrenerreichtwerden.
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Process for the continuous concentration of dilute nitric acid.
Large amounts of dilute nitric acid are obtained in various industries, e.g. B. by electrical oxidation of atmospheric nitrogen. Attempts have been made to concentrate this dilute acid in a number of ways, e.g. B. by adding inert: water-binding substances, in which case the nitric acid should then be expelled in concentrated form by heating. As far as is known, however, this problem has not been solved in an economically satisfactory manner.
The difficulty is to concentrate the dilute acid to about 60 to 70% without the use of hydrophilic agents. If you have an acid of this concentration, it's easy. to obtain a highly concentrated nitric acid in a known manner.
It is known that nitric acid is concentrated by boiling at a concentration lower than 68%, since it is only at this concentration that the vapors have the same composition as the boiling acid. However, it is difficult to concentrate a dilute nitric acid economically by simply boiling it, since a large part of the acid is lost with the vapors. the yield of concentrated acid therefore becomes very low.
It has now been found that dilute nitric acid can be concentrated very effectively if one proceeds in the manner described below with reference to the schematic drawing.
In an evaporator 1 made of acid-resistant material, the diluted
Boiled nitric acid. The escaping vapors are directed to a dephlegmation apparatus, where they are separated into water vapor and concentrated acid. The water vapors escape and the acid flows back into the cooking vessel. If the acid is a
When the concentration has reached 65 to 70%, the inflow and outflow is regulated in such a way that the acid concentration remains constant. Although this method of concentration can be advantageous under certain circumstances, it has the disadvantage that the dephlegmation column is to a large extent
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conditioned to make the column very large.
To avoid this inconvenience, you can proceed as follows:
The nitric acid is heated in a suitable concentrator 1 to boiling; the acid is allowed to boil in this apparatus until the concentration, e.g. B. has increased from 30 to 40%. The vapor that escapes at this level of concentration is
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when the desired concentration has been reached, the acid is passed to a second similar apparatus 2 where evaporation of the water continues; in this apparatus the concentration, e.g. B. driven from 40 to 50%. The water vapor, which at difcr level
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mixes.
When the desired concentration is reached, the acid continues to become a similar one
Apparatus 3 passed where the concentration z. B. is driven up to about 60 to 68%. The
Vapors that escape at this level of concentration contain a lot of nitric acid.
Of course, the concentration can also be carried out in more stages than mentioned here.
The vapors coming from the concentration apparatus (at 4, 5 or 6) are directed to (recovery of the nitric acid contained in them) to one or more dephlegmation apparatuses 7, where the vapors are subjected to dephlegmation in a known manner 8) incoming nitric acid is fed back to the concentration apparatus at a suitable point (at 9, 10 or 11).
The steam flowing out of the dephlegmation apparatus (at 12) consists, under normal conditions, of almost pure water. B. can be used again after the condensation for the absorption of nitrous gases for the purpose of forming nitric acid, etc.
The vapors from the various concentration apparatus are very advantageously introduced into the dephlegmation columns at points one above the other (at 13, 14 or 15) by introducing the most concentrated vapors at the lowest point and the more dilute ones at higher points of the column.
The water vapor coming from the first concentration apparatus can also be specially condensed and used again in the apparatus in which the diluted nitric acid is obtained. A separation of the steam into a considerable,
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part containing small amounts of nitric acid and into a relatively small but larger part containing nitric acid.
These vapors can then be broken down into their components by means of the aforementioned dephlegmation device, so that, as mentioned, concentrated nitric acid and pure or almost only pure water are finally obtained. Of course, the apparatuses preferably work continuously, with the acid flowing from one apparatus into the other (at 16, 17). It is very advantageous to introduce the dilute acid at the top of the dephlegmation apparatus; this heats up the acid, which again increases the efficiency of the apparatus.
In order to achieve the best possible dephlegmation 7U, the dephlegmation apparatus can be supplied with a diluted acid or water (at -18) in such a quantity that practically complete dephlegmation is achieved. It has been found that the upper limit of the acid concentration is about 15 to 20%. If an acid that is concentrated up to this level is added, practically only water vapor escapes from the upper end of the column.
But since it is advantageous, as mentioned, to also add the acid to be concentrated in the dephlegmation apparatus, this can conveniently be done by adding something to the acid (at 19)
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In the exemplary embodiment cited above, in accordance with the drawing, the use of only one dephlegmation column is assumed. The concentrated acid flowing back from this is either distributed to the various concentration apparatus or the entire amount of concentrated acid is fed to that concentration apparatus in which the concentration of the acid is the same as that of the acid coming from the dephlegmation column. This distribution and regulation can easily be carried out using the taps shown in the drawing.
Of course, several dephlegmation columns can also be used, the vapors from the concentration apparatus being fed to one dephlegmation column each.
The acid flowing back from the dephlegmation flows back into the concentration apparatus connected with the dephlegmation.
Gradual evaporation has the great advantage that the greater part of the water is removed with a relatively low concentration of acid. Which again results in the advantage that the evaporation apparatus, in which the majority of the water is evaporated, only needs to be constructed for the corresponding low temperatures and pressures, or that these apparatuses are significantly more efficient at the same pressure and temperature of the steam. In addition, the advantage is achieved. dat.! On the one hand, one obtains essentially all of the satiric acid in the desired concentration and, on the other hand, essentially pure water vapor. This has not yet been achieved by any of the known methods.
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