CS264874B1

CS264874B1 - Způsob výroby bezvodého síranu sodného a chloridu amonného

Info

Publication number: CS264874B1
Application number: CS872618A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Ing Csc Broul; Frantisek Ing Markalous; Ladislav Ing Hlozny; Otakar Ing Csc Sohnel
Original assignee: Broul Miroslav; Frantisek Ing Markalous; Hlozny Ladislav; Otakar Ing Csc Sohnel
Priority date: 1987-04-13
Filing date: 1987-04-13
Publication date: 1989-09-12
Also published as: CS261887A1

Abstract

Očelem řešení bylo zlepšit podvojnou konverzi síranu amonného a chloridu sodného. Cíle se dosáhne ve dvou technologických krocích tak, že se v prvním kroku z tuhého síranu amonného, chloridu sodného a kapalné fáze z druhého kroku připraví suspenze, rozmícháním se z ní oddělí tuhá fáze obsahující převážně bezvodý síran sodný, kapalná fáze se ochladí, vyloučená tuhá fáze, obsahující převážně chlorid amonný, se oddělí a kapalná fáze se použije pro přípravu čerstvé suspenze prvního kroku procesu. Konkrétní reakční podmínky se odvozují z fázového diagramu v Janeckeho projekci.

Description

Vynález se týká způsobu výroby bezvodého síranu sodného a chloridu amonného podvojnou konverzí síranu amonného a chloridu sodného.

Využití síranu amonného jako průmyslového hnojivá vzhledem k jeho nízkému obsahu dusíku a okyselování půd klesá, přičemž jeho uplatnění v jiných aplikacích je problematické. Je proto žádoucí uvažovat o jeho přepracování na jiné, žádanější produkty. Jednou z cest je i využití konverze anorganických solí. Ze směsi síranu amonného a chloridu sodného ve vodném prostředí lze podvojnou konverzí připravit síran sodný a chlorid amonný. Dosud navrhované způsoby provádění této konverze vycházejí z úplného rozpuštění vstupních surovin a v postupném ochlazování roztoku, ze kterého postupně vypadávají žádané produkty. Proces však neposkytuje produkty vysoké čistoty, je energeticky náročný a vznikají odpadní matečné roztoky.

Podstatně výhodnějším se jeví způsob výroby bezvodého síranu sodného a chloridu amonného podvojnou konverzí síranu amonného a chloridu sodného podle předpokládaného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že z tuhého síranu amonného, chloridu sodného a kapalné fáze po uskutečnění druhého kroku se v prvním kroku připraví suspenze o teplotě zvolené v rozmezí 35 °C až bod varu systému, která se míchá, načež se z ní odstraní tuhá fáze obsahující převážně bezvodý síran sodný, kapalná fáze jako vstupní surovina do druhého kroku se ochladí za míchání, vyloučená tuhá fáze obsahující převážně chlorid amonný se oddělí a kapalná fáze se použije pro přípravu čerstvé suspenze v prvním kroku, přičemž skutečné reakční podmínky, tj. koncentrace, poměry složek a teploty se odvozují v jednotlivých případech z příslušného fázového diagramu, nejlépe diagramu v Jáneckeho projekci tak, aby proces byl provozován cyklicky bez vedlejších produktů. Tuhé fáze vyloučené v prvním a druhém kroku procesu se promývají a filtráty se spojují s příslušnou kapalnou fázi pro krytí ztrát kapaliny.

Způsob podle vynálezu je založen na konverzi síranu samonného chloridem sodným a je cyklickou bezodpadovou technologií s relativně vysokou čistotou produktů, dosahovanou promytim krystalů a využitím promývací vody pro krytí ztrát. Významnou výhodou je realizace konverze v suspenzi, která je dostatečně rychlá a nevyžaduje nákladné zahušťování roztoků.

Směs síranu amonného a chloridu sodného lze vzhledem ke shodnosti přítomných iontů označit jako reciproký kvartérní systém (NH^)jSO^-NajSO^-Načl-NH^Cl-HjO. K zobrazení takového systému se pro svou názornost nejvíce hodí Jáneckeho projekce. Sestrojení fázového diagramu vícesložkového systému je poměrně pracné, ale nezbytné pro hledání vhodných podmínek separace, potřebné údaje lze nalézt v literatuře.

Způsob podle vynálezu sestává ze dvou, cyklicky se opakujících kroků, z nichž v prvním je přidávána směs síranu amonného a chloridu sodného, obvykle v ekvimolárním poměru do kapalné fáze z druhého kroku, suspenze je míchána za konstantní teploty po dobu nezbytně nutnou (obvykle alespoň 5 minut), načež se tuhá a kapalná fáze oddělí. Tuhá fáze je prvním produktem a kapalná fáze postupuje do druhého kroku, kde je ochlazena a míchána nezbytně dlouhou dobu (obvykle nejméně 5 minut). Přitom dojde k vyloučení druhé tuhé fáze. Po jejím odseparování se kapalná fáze z druhého kroku použije pro přípravu čerstvé suspenze prvního kroku. Čistota získaných tuhých produktů závisí na dodržení fázové rovnováhy a je možné ji regulovat. Poměry tuhých složek v technologických proudech je možné do určité míry volit, resp. odečítat z fázového diagramu. Pro nastartování způsobu podle vynálezu je nutné vyrobit potřebnou kapalnou fázi ze směsi surovin a vody v poměru daném fázovými rovnováhami a následnou separaci vzniklých fázi za příslušné teploty. Čistotu produktu je možné zvýšit promýváním krystalů čistou vodou. Spojením promývacího filtrátu s předem oddělenou kapalnou fází je možno realizovat přídavek nezbytného množství vody do systému.

Volba pracovní teploty v prvním kroku, který produkuje bezvodý síran sodný je zdola ohraničena bodem hydrátové přeměny a shora teplotou varu. Interval koncentrací složek v tomto prvním kroku je zdola vymezen požadavkem, aby směs při dané teplotě představovalo suspenzí. Horní mez koncentrací složek je určena řešitelností hydrodynamiky použitého zařízení.

V druhém.kroku, který produkuje chlorid amonný je pak teplota vždy nižší než při separa3 ci síranu sodného v prvním kroku. Rozdíl teplot v obou krocích je možno volit podle požadovaného množství vyloučené tuhé fáze. Dolní hranice pro volbu této teploty je určena bodem tuhnutí směsi, jejíž koncentrace je určena teplotou zvolenou v prvním kroku procesu (vyšší teplota). Při volbě obou pracovních teplot a složení roztoků jsou dva stupně volnosti.

Na přiloženém obr. 2 je v Jáneckeho projekci fázový diagram reciprokého kvartérního systému (NH^)₂S0₄-Na₂S0₄~NaCl-NH₄Cl-H₂0 s odpovídající vodní projekcí systému. Na obrázcích jsou vyznačeny jednotlivé kroky způsobu podle vynálezu (obr. 1) ve shodě s dále uváděným příkladem provedení.

R označuje tuhou fázi startovacího kroku, A označuje kapalnou fázi po prvním kroku,

B kapalnou fázi po druhém kroku, A¹ označuje poměrné zastoupeni nevodných složek ve fázi A,

B' označuje poměrné zastoupení nevodných složek ve fázi Β, H označuje složení směsi surovin přidávaných do prvního kroku procesu a šrafovaná oblast označuje vhodnou pracovní oblast. Koncentrace složek jsou v bezvodé projekci udávány v molárních zlomcích. Ve vodní projekci je na svislé ose počet kmolů vody na 1 kmol sumy bezvodých složek.

Z obr. je patrné vymezení vhodné pracovní oblasti dané hranicemi koncentrací, vyznačenými zde jako spojnice invariantních bodů a vrcholů čistých vznikajících složek. Z hlediska maximálního výtěžku, jistoty kvality produktu a složitosti procesu se jeví jako optimální volba takových koncentrací složek, aby grafický záznam prováděných kroků měl v Jáneckeho projekci směr shodný s úhlopříčkou spojující vrcholy vznikajících složek. Obsah vody není v obou krocích shodný, což je patrné z vodní projekce diagramu. Nerespektování nutné změny relativního obsahu vody by vedlo k porušení cykličnosti procesu.

Pří k,l ad

Uváděný postup je možno současně sledovat v diagramech na přiloženém obr.

0) Startovací krok

Směs 160,6 g NaCl (= 2,75 mol) + 181,6 g (NH₄>₂SO₄ (= 1/2 . 2,75 mol) byla doplněna 356 g H₂0 (= 19,78 mol) a míchána 30 minut při teplotě 40 °C. Vzniklá tuhá fáze R byla odseparována a promyta 20 ml vody a matečný louh B dále zpracován.

A) První krok

Matečný louh B byl doplněn tuhou směsí H o složení 98,2 g (NH₄)₂SO₄ + 86,9 g NaCl. Suspenze byla míchána 30 minut při 80 °C. Po této době byla tuhá fáze A odseparována a promyta 20 ml destilované vody. Kapalná fáze A byla dále zpracována ve druhém kroku.

B) Druhý krok

Kapalná fáze A byla ochlazena na 40 °C a při této teplotě ponechána 30 minut za míchání, přičemž došlo k vyloučení tuhé fáze B. Ta byla odseparována a promyta 20 ml vody. Kapalná fáze B byla zpracována v opakovaném prvním kroku atd.

Separace fází byla prováděna pomocí laboratorní odstředivky. Promývací filtráty byly vždy spojeny s příslušnou kapalnou fází. Odpařování vody nezbytné podle diagramu, které by mělo být zařazeno v prvním kroku pracovního postupu bylo realizováno nepřímo samovolným odparem teplého roztoku při separaci fází. Množství takto odpařené vody bylo odhadnuto z rozdílu hmotností technologických proudů po odečtení manipulačních ztrát.

Zjištěné hodnoty hmotnostních proudů včetně stanoveného složení příslušné tuhé fáze jsou patrné z následující tabulky:

Krok Násada (g) teplota matečný promývací krystaly obsah

	(nh₄)₂so₄	NaCl	H₂O	roztok A	roztok B	<°C)	louh <g)	voda (g)	vlhké (g)	suché (g)	nh₄ci %
0	181,6	160,6	356			40	614	20	65,7	62,9	98,2
A	98,2	86,9	-	-	643	80	667	20	108,9	105,0	95,1
B	-	-	-	698	-	40	641	20	45,3	42,2	0,2
A	98,2	86,9	-	-	669	80	735	20	63,7	59,6	94,6
B	-	-	-	721	-	40	650	20	45,1	41,7	2,7
A	98,2	86,9	-	-	682	80	716	20	95,4	91,5	97,7
B	-	-	-	753	-	40	676	20	70,1	66,3	0,0

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob výroby bezvodého síranu sodného a chloridu amonného podvojnou konverzí síranu amonného a chloridu sodného vyznačený tím, že z tuhého síranu amonného, chloridu sodného a kapalné fáze po uskutečněni druhého kroku se v prvním kroku připraví suspenze o teplotě zvolené v rozmezí 35 °C až teplota varu systému, která se míchá, načež se z ní odstraní tuhá fáze obsahující převážně bezvodý síran sodný, kapalná fáze jako vstupní surovina do druhého kroku se ochladí za míchání, vyloučená tuhá fáze obsahující převážně chlorid amonný se oddělí a kapalná fáze se použije pro přípravu čerstvé suspenze v prvním kroku, přičemž skutečné reakční podmínky, tj. koncentrace, poměry složek a teploty se odvozují v jednotlivých případech z příslušného fázového diagramu, nejlépe diagramu v Jáneckeho projekci tak, aby proces byl provozován cyklicky bez vedlejších produktů.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že tuhé fáze vyloučené v prvním a druhém kroku se promývají a filtrát se spojuje s příslušnou kapalnou fází pro krytí ztrát kapaliny.