DE1062231B

DE1062231B - Continuous process for the production of alkali nitrates from alkali chlorides and nitric acid using cation exchangers

Info

Publication number: DE1062231B
Application number: DEB49252A
Authority: DE
Inventors: Dr Guenther Hamprecht; Dr Jens-Peter Siegfriedt
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1958-06-11
Filing date: 1958-06-11
Publication date: 1959-07-30

Description

Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Alkalinitraten aus Alkalichloriden und Salpetersäure unter Verwendung von Kationenaustauschern Zusatz zum Patent 1048 563 Gegenstand des Patents 1 048 563 ist ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Alkalinitraten aus Alkalichloriden und Salpetersäure durch Behandeln einer wässerigen Alkalichloridlösung mit einem Kationenaustauscher und Regenerieren des Austauschers mit wässeriger Salpetersäure, das in einer Reihe hintereinandergeschalteter, von Allkalichloridlösung bzw. wässeriger Salpetersäure durchflossener Austauschersäulen durchgeführt wird, wobei am Ende jeder Säule lediglich die annähernd vollständig umgesetzte Spitzenfraktion der jeweils behandelten Lösung aus dem Kreislauf abgezogen und aufge arbeitet wird, während der restliche Anteil des Durchlaufs und eine der abgezogenen Spitzenfraktion äquivalente Menge frischer Alkalichloridlösung bzw. Continuous process for the production of alkali nitrates Alkali chlorides and nitric acid using cation exchangers additive to patent 1048 563 The subject of patent 1 048 563 is a continuous process for the production of alkali nitrates from alkali chlorides and nitric acid by treatment an aqueous alkali chloride solution with a cation exchanger and regeneration of the exchanger with aqueous nitric acid, which is arranged in a series of exchange columns flowed through by alkali metal chloride solution or aqueous nitric acid is carried out, with only the approximately complete at the end of each column converted peak fraction of the respectively treated solution withdrawn from the circuit and is worked on during the remaining part of the run and one of the withdrawn top fraction equivalent amount of fresh alkali chloride solution or

Salpetersäure der nächsten mit Salpetersäure frisch regenerierten bzw. mit Alkalichlondlösung frisch behandelten Austauschersäule zugeführt wird.Nitric acid the next freshly regenerated with nitric acid or the exchange column freshly treated with alkali chloride solution.

Bei dieser Herstellung von Alkalinitraten treten, da das Volumen des Austauschers von der Art seiner jeweiligen Beladung (H+-, Na+-, K+- usw. Form) und der Art des umgebenden Mediums abhängig ist, Volumenänderungen, insbesondere beim Auswaschen des Austauschers nach der Regenerierung, auf. Das Volumen des Austauschers in der H+-Form ist in reinem Wasser um 15 bis 25 O/o größer als in 40°/oiger Salpetersäure. Diese Volumenänderungen können zur Bildung von Pfropfen in den Austauschersäulen führen, wodurch die Durchl aufgeschwindigkeit der Lösungen durch die Austauschersäulen verlangsamt wird. Außerdem können die in solchen Pfropfen auftretenden inneren Drücke, d. h. die Ouellungsdrücke des Austauschers, einen starken mechanischen Verschleiß des Austauschers zur Folge haben. In this production of alkali nitrates occur because the volume of the exchanger on the type of its respective load (H + -, Na + -, K + - etc. form) and the nature of the surrounding medium depends on volume changes, in particular when washing out the exchanger after regeneration. The volume of the exchanger in the H + form is 15 to 25% greater in pure water than in 40% nitric acid. These changes in volume can lead to the formation of plugs in the exchange columns lead, whereby the flow rate of the solutions through the exchange columns is slowed down. In addition, the internal pressures occurring in such plugs, d. H. the swelling pressures of the exchanger, severe mechanical wear of the exchanger.

Es wurde gefunden, daß diese Nachteile weitgehend vermieden werden können, wenn man sich für die Herstellung von Alkalinitraten aus Alkalichlonden und Salpetersäure einer Austauschersäule bedient, die durch für die Reaktionslösung durchlässige, für den Austauscher aber undurchlässige Zwischenböden in einzelne Stufen unterteilt ist. Als Zwischenboden eignen sich beispielsweise Siebböden mit entsprechenden Filtertüchern. Durch diese Anordnung wird verhindert, daß irgerrdwelcl?e im Verlauf des Verfahrens auftretende Quellungsdrücke des Austauschers auf den Austauscher in der nächsten Stufe einwirken oder auf ihn übertragen werden. It has been found that these disadvantages are largely avoided can, if one opts for the production of alkali nitrates from alkali clones and nitric acid operated by an exchange column, which is carried by for the reaction solution permeable, but impermeable to the exchanger intermediate floors in individual Is divided into stages. Sieve trays, for example, are also suitable as intermediate trays appropriate filter cloths. With this arrangement, it is prevented that irregular swelling pressures of the exchanger on the exchanger occurring in the course of the process act in the next stage or be transferred to him.

Es empfiehlt sich, den Füllungsgrad der einzelnen Stufen so zu bemessen, daß er unter den Bedingungen, bei denen der Austauscher sein größtes Volumen besitzt, etwa 80 bis 98Z)/o beträgt. Hierdurch wird erreicht, daß der Austauscher bei Volumenänderungen im Laufe der Austauschreaktion genügend Platz hat, um sich auszudehnen, und daß die auftretenden Quellungsdrücke nicht hauptsächlich auf die Wand oder benachbarte Austauscherkörner übertragen werden und infolgedessen der Verschleiß des Austauschers gegenüber der Verwendung von nicht unterteilten Säulen auf einen Bruchteil herabgesetzt wird. It is advisable to measure the degree of filling of the individual steps so that that it is under the conditions in which the exchanger has its greatest volume, about 80 to 98%) / o. This ensures that the exchanger changes in volume when the volume changes has enough space to expand in the course of the exchange reaction, and that the occurring Swelling pressures not primarily on the wall or neighboring ones Exchange grains are transferred and, as a result, wear and tear on the exchanger reduced to a fraction compared to the use of non-subdivided columns will.

Die Mindesthöhe der einzelnen Stufen bemißt man zweckmäßig auf 20cm; bei größeren Säulen soll die Höhe der Stufen den doppelten Durchmesser derselben nicht überschreiten. The minimum height of the individual steps is expediently measured at 20cm; in the case of larger columns, the height of the steps should be twice the diameter of the same do not exceed.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäß unterteilte Säule (Stufensäule) schematilsch veranschaulicht. The drawing shows a column (step column) that is subdivided according to the invention illustrated schematically.

Die Säule besteht aus übereinander angeordneten und durch Zwischenböden a voneinander getrennten Stufen b, die mit dem Austauscher gefüllt sind. Mit c und d sind Zu- und Abfluß der umzusetzenden Lösung bezeichnet.The column consists of stacked floors and intermediate floors a separate stages b, which are filled with the exchanger. With c and d are the inflow and outflow of the solution to be converted.

Beispiel Kaliumnitrat wird aus Kaliumchlorid und Salpetersäure nach dem kontinuierlichen Austauschverfahren in Versuch a) in einer stehenden, 1 m langen Säule von 10 cm Durchmesser, in Versuch b) unter denselben Reaktionsbedingungen in einer gleich großen Säule, die jedoch in fünf Stufen von je 20 cm Höhe unterteilt ist, hergestellt. In beiden Säulen befindet sich eine gleiche Menge Austauscher einer einheitlichen Korngröße von weniger als 400 Maschen. Beladung und Regenerierung werden 25mal wiederholt. Vor Beginn und nach Ende der Versuche wird für beide Säulen die maximal mögliche Durchflußgeschwindigkeit von reinem Wasser bestimmt. Außerdem wird nach Beendigung der Versuche eine Siebanalyse des verwendeten Austauschers vorgenommen. In der in Stufen unterteilten Säule wird anschließend mit frischem Austauscher noch ein Versuch mit 75 Beladungen und Regenerierungen unter analogen Reaktioüsbedingungen und nach Abschluß dieses Versuchs eine Siebanalyse des Austauschers durchgeführt. Example potassium nitrate is made from potassium chloride and nitric acid the continuous exchange process in experiment a) in a standing, 1 m long Column of 10 cm diameter, in experiment b) under the same reaction conditions in a column of the same size, but divided into five steps, each 20 cm high is made. There is an equal amount of exchanger in both columns a uniform grain size of less than 400 mesh. Loading and regeneration are repeated 25 times. Before the start and after the end of the experiments, both will columns determines the maximum possible flow rate of pure water. aside from that a sieve analysis of the exchanger used is carried out after the end of the experiments performed. In the column, which is divided into stages, fresh Exchanger another attempt with 75 loads and regenerations under analog Reaction conditions and after completion of this experiment a sieve analysis of the exchanger carried out.

Es werden folgende Ergebnisse erhalten: Maximale Durchflußgeschwindigkeit in der nicht unterteilten Säule (Versuch a) bei Versuchsbeginn . ..... 45 lih nach 25 Umsetzungen .... 4,4 lih in der unterteilten Säule (Versuch b) hei Versuchsbeginn . 62,5 lih nach 25 Umsetzungen ....... 60,0 lih Korngrößenverteilung des Austauschers Nicht unterteilte Unterteilte Säule na& Korngröße Säule nach 25 Umsetzungen 25 Umsetzungen I 75 Umsetzungen > 400 Maschen ................ 28,0°/o 93,95 % 86,3% 400 bis 900 Maschen ........... 44,4°/o 4,65o 10,7'/o < 900 Maschen ................ 27,6 % 1,4 °/o 3,0e/o Eine Extrapolation ergibt, daß ein gleicher Feinstoffanfall, wie er bei der nicht unterteilten Säule nach 25 Umsetzungen gefunden wird, bei der unterteilten Säule erst nach etwa 1000 Umsetzungen erhalten würde.The following results are obtained: Maximum flow rate in the undivided column (experiment a) at the beginning of the experiment. ..... 45 lih after 25 conversions .... 4.4 lih in the subdivided column (experiment b) at the beginning of the experiment. 62.5 lih after 25 conversions ....... 60.0 lih particle size distribution of the exchanger Undivided Divided Column na & Grain size column according to 25 conversions 25 conversions I 75 conversions > 400 meshes ................ 28.0% 93.95% 86.3% 400 to 900 meshes ........... 44.4 ° / o 4.65 ° 10.7 '/ o <900 meshes ................ 27.6% 1.4% 3.0e / o An extrapolation shows that the same amount of fines as is found in the non-subdivided column after 25 conversions would only be obtained after about 1000 conversions in the subdivided column.

PATENTANSPROCHE: 1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Alkalinitraten aus Alkalichloriden und Salpetersäure durch Behandeln einer wässerigen Alkalichloridlösung mit einem Kationenaustauscher und Regenerieren des Austauschers mit wässeriger Salpetersäure in einer Reihe hintereinandergeschalteter, von Alkalichloridlösung bzw. wässeriger Salpetersäure durchflossener Austauschersäulen, unter Abziehen und Aufarbeiten lediglich der annähernd vollständig umgesetzten Spitzen- fraktion der jeweils behandelten Lösung am Ende jeder Säule und Zuführen des restlichen Anteils des Durchlaufs und einer der abgezogenen Spitzenfraktion äquivalenten Menge frischer Alkalichloridlösung bzw. Salpetersäure zur nächsten mit Salpetersäure frisch regenerierten bzw. mit Alkalichloridlösung frisch behandelten Austauschersäule gemäß Patent 1048 563, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren in einer Austauschersäule durchführt, die durch für die Reaktionslösung durchlässige, für den Austauscher aber undurchlässige Zwischenböden in einzelne Stufen unterteilt ist. PATENT CLAIMS: 1. Continuous process for the production of Alkali nitrates from alkali chlorides and nitric acid by treating an aqueous Alkali chloride solution with a cation exchanger and regeneration of the exchanger with aqueous nitric acid in a series of alkali chloride solutions connected in series or aqueous nitric acid flowed through exchange columns, taking off and Processing only the almost completely implemented top group of treated solution at the end of each column and feed the remaining portion of the run-through and an amount of fresher amount equivalent to the withdrawn peak fraction Alkali chloride solution or nitric acid to the next freshly regenerated with nitric acid or exchange column freshly treated with alkali chloride solution according to patent 1048 563, characterized in that the process is carried out in an exchange column, the one through which is permeable to the reaction solution, but impermeable to the exchanger Intermediate floors are divided into individual levels.

Claims

2. The method according to claim 1, characterized in that the Degree of filling of the individual stages so dimensioned - that it under the conditions under in which the exchanger has its largest volume, is about 80 to 98%.