DE1286784B - Verfahren und Vorrichtung zur selbsttaetigen Bestimmung und/oder Regelung des Verhaeltnisses Hydroxyd/Nitrit in Nitritloesungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur selbsttaetigen Bestimmung und/oder Regelung des Verhaeltnisses Hydroxyd/Nitrit in Nitritloesungen

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DE1286784B DEST22998A DEST022998A DE1286784B DE 1286784 B DE1286784 B DE 1286784B DE ST22998 A DEST22998 A DE ST22998A DE ST022998 A DEST022998 A DE ST022998A DE 1286784 B DE1286784 B DE 1286784B
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen Bestimmung des Verhältnisses Hydroxyd/ Nitrit in Nitritlösungen.
Die Herstellung von Hydroxylamin (einem der Ausgangsstoffe bei der Caprolactamherstellung) erfolgt gewöhnlich auf Basis einer Ammoniumnitritlösung, welche dadurch gebildet wird, daß man nitrose Gase auf eine Ammoniumcarbonatlösung einwirken läßt. In einer solchen Ammoniumnitritlösung gibt es außer Ammoniumnitrit und einer geringen Menge Ammoniumnitrat auch noch Ammoniumcarbonat und/oder Ammoniumbicarbonat. Ammoniumcarbonat und/oder Ammoniumbicarbonat lassen sich mit Säure titrieren. Dabei verhalten siGh diese Stoffe ähnlich wie Ammoniumhydroxyd. Einfachheitshalber bezeichnet man den so gefundenen Wert als den Hydroxydgehalt der Nitritlösung. Bei den technisch hergestellten Ammoniumnitritlösungen äst das Molarverhältnis Hydroxyd zu Nitrit im allgemeinen niedriger als 1. Zu der Herstellung von Hydroxylamin soll dieses Verhältnis vorzugsweise aber etwa 1 betragen. Man setzt der Ammoniumnitritlösung dann auch Ammoniumhydroxyd hinzu, bis das gewünschte Verhältnis vorliegt. Diese Zugabe erfolgt gewöhnlich diskontinuierlich. Eine Probe der Ammoniumnitritlösung wird analysiert, und in Abhängigkeit von dem Analysenergebnis wird dieser Ammoniumnitritlösung eine Menge Ammoniumhydroxyd beigegeben. Anschließend wird das Gemisch zwecks Kontrolle einer erneuten Analyse unterzogen, wobei noch eine etwaige Berichtigung stattfindet.
Bei der großtechnischen Herstellung von Hydroxylamin ist dieses diskontinuierliche Verfahren zu umständlich und erfordert außerdem einen großen zusätzlichen Behälterraum.
Es wurde nun ein Verfahren zur selbsttätigen Bestimmung des Verhältnisses Hydroxyd zu Nitrit in Nitritlösungen gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine dosierte Probe der zu prüfenden Lösung einem ersten Titriergefäß zugegeben und automatisch mit einer- Amidosehwefelsäurelösung titriert wird, bis der Äquivalenzpunkt bei einem pH-Wert von etwa 5 erreicht ist, worauf die Lösung selbsttätig einem zweiten Titriergefäß zufließt, in dem die Probe auf eine Temperatur von 30 bis 80 C gebracht, der pH-Wert durch. Zugabe von z. B. verdünnter Schwefelsäure auf einen Wert von 2,0 bis 3,5 herabgesetzt und das Reaktionsgemisch automatisch nach einer Wartezeit von' minimal 30 Sekunden nach und nach mit einer Amidosehwefelsäurelösung oder einer Nitritlösung, und zwar je nachdem, ob im Reaktionsgemisch ein Unte^ bzw. ein Überschuß an Amidoschwefelsäure, bezogen auf Nitrit, vorhanden ist, einer weiteren Titration unterzogen wird, bei der sowohl die Wahl des Titrationsmittels wie der Endpunkt der Titration voltametrisch ermittelt werden, worauf aus den Ergebnissen der ersten und zweiten Titration selbsttätig die Verhältniszahl Hydroxyd zu Nitrit in einer Recheneinrichtung gebildet wird. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Titration ein Glas-Kalomelelektroden-System verwendet wird und die Amidosehwefelsäurelösung längs ■ der Glaselektrode eintritt, daß nach dem Hinüberleiten der Lösung vom ersten in das zweite Titrationsgefaß dem nunmehr leeren ersten Titriergefäß selbsttätig eine Menge Wasser zugegeben wird, daß die Lösung im zweiten Titriergefäß auf eine Temperatur von etwa 60 C gebracht und der pH-Wert der Lösung auf etwa 2.1 herabgesetzt ist; dabei wird an zwei im zweiten Titriergefäß angeordneten gleichen Platinelektroden zur potentiometrischen Indikation ein konstanter Strom von 10 Mikroampere je Quadratzentimeter Elektrodenoberfläche angelegt, und der Titer der Nitritlösung, mit der im zweiten Titriergefäß gegebenenfalls titriert wird, ist dem Titer der Amidoschwefelsäure gleich oder fast gleich.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient außerdem zum selbsttätigen Regeln der Durchmischung einer Nitritlösung mit z. B. Ammoniakwasser zwecks Herstellung einer Nitritlösung mit bestimmtem Verhältnis Hydroxyd zu Nitrit, wobei mit dem auf dem vorgenannten Weg erhaltenen Ergebnis der Verhältnisbestimmung ein Regelkreis für die Durchmischung gesteuert wird.
Eine Vorrichtung zur selbsttätigen Bestimmung des Verhältnisses Hydroxyd zu Nitrit ist durch die folgende Merkmalskombination gekennzeichnet:
a) eine erste selbsttätig arbeitende Titriereinrichtung mit einem pH-Elektroden-Meßsystem und einem steuerbaren Absperrventil in der Abflußleitung des Titriergefäßes;
b) eine zweite, der ersten nachgeschaltete selbsttätig arbeitende Titriereinrichtung mit einer Heizvorrichtung, einem voltametrischen Indikationssystem, einer zusätzlichen Einrichtung zum dosierten Zuführen von Säure in das Titriergefäß und einem steuerbaren Absperrventil in der Abflußleitung;
c) ein den beiden Titriereinrichtungen und den Absperrventilen zugeordnetes Gerät zur selbsttätigen Steuerung des Funktionsablaufes;
d) eine Recheneinrichtung zum Ermitteln des Verhältniswertes Hydroxyd zu Nitrit aus den Meßwerten der beiden Titrationen.
Außerdem ist in dieser Vorrichtung an die Recheneinrichtung in zweckmäßiger Weise ein Speicher für den Verhältniswert angeschlossen. Auch ein Gerät zum dosierten Zuführen von Wasser in das erste Titrationsgefäß nach dessen Leerung von der Nitritlösung kann zur Gesamtvorrichtung gehören.
Diese Vorrichtung wird zur Durchführung des oben bezeichneten Regelverfahrens verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Durchführung einer großen Anzahl von Analysen in kürzester Zeit, wodurch man viel Arbeit und Zeit erspart. Außerdem ist eine einfache selbsttätige Regelung des Mischvorganges möglich.
In Amidoschwefelsäure befindet sich ein positiv geladenes Η-Ion, das diesem Stoff den Charakter einer starken Säure verleiht, und ein negativ geladenes NHoSOs-Ion, das bei einem pH-Wert <3,5 mit Nitrit reagiert entsprechend der Gleichung
NO2' + NH2SO3'
N2 + H2O +
Im ersten Titrationsvorgang wird das Hydroxyd mit Hilfe von Amidoschwefelsäure bis zu einem Äquivalenzpunkt von etwa pH 5 titriert. Der Probe des zweiten Titriergefäßes wird anschließend eine Menge Säure, z. B. 0,5 η-Schwefelsäure, beigegeben, und zwar zur Herabsetzung des pH-Wertes zwischen 2,0 und 3,5. Die Amidogruppe der bereits vorhandenen Amidoschwefelsäure reagiert nun gemäß
obiger Reaktionsgleichung mit dem Nitrit, welche Reaktion bei einer Temperatur zwischen 30 und 80"C ausreichend schnell verläuft. Nach einer Wartezeit von minimal 30 Sekunden ist die Reaktion zwischen Nitrit und Amidoschwefelsäure beendet und wird die Potentialdifferenz oder die Stromstärke zwischen zwei Elektroden im Reaktionsgemisch mit einem auf Basis der Titrationskurve gewählten Einstellwert verglichen, woraus abgeleitet werden kann, ob ein über- oder Unterschuß an Amidoschwefelsäure in bezug auf Nitrit im Reaktionsgemisch vorhanden ist. Es werden dabei durch Anwendung zweier gleicher Platinelektroden und bei potentiometrischer Indikation durch Verwendung eines den Elektroden aufgedrückten, konstanten Stromes von 10 Mikroampere je Quadratzentimeter Elektrodenoberfläche gute Resultate erzielt. Gibt es einen Unterschuß an Amidoschwefelsäure, bezogen auf Nitrit, im Reaktionsgemisch des zweiten Titriergefäßes, so wird das Nitrit langsam mit Amidoschwefelsäure titriert, bis der Einstellwert vorliegt. Das verlangte Verhältnis Hydroxyd zu Nitrit entspricht jetzt —tx in welcher Formel a = die
Menge der in der ersten Titration verbrauchten Amidoschwefelsäure in Kubikzentimeter und b — die Menge Amidoschwefelsäure in Kubikzentimeter, verbraucht im zweiten Titriervorgang, bedeutet. Gibt es jedoch einen Überschuß an Amidoschwefelsäure, bezogen auf Nitrit, so wird mit einer Nitritlösung, z. B. Natriumnitritlösung, zurücktitriert. Das Verhältnis Hydroxyd zu Nitrit kommt jetzt
a-u
a-U
c-u
35
gleich, in welcher Formel c — die Zahl der verbrauchten Kubikzentimeter Nitritlösung, mit der zurücktitriert worden ist, h = der Titer dieser Nitritlösung und /1 = der Titer der Amidoschwefelsäure ist. Vorzugsweise benutzt man eine Nitritlösung, deren Titer dem Titer der Amidoschwefelsäure gleichkommt, wodurch das verlangte Verhältnis
der Formel entspricht.
Obwohl die Erfindung zunächst von Bedeutung ist für die Herstellung von Hydroxylamin aus einer Ammoniumnitritlösung, läßt sich das Verfahren auch zur Bestimmung des Verhältnisses Hydroxyd zu Nitrit in anderen Nitritlösungen anwenden, z. B. einer Natriumnitritlösung, in der außer Natriumnitrit und Natriumnitrat auch noch Natriumhydroxyd und/oder Natriumcarbonat vorkommen.
Zur selbsttätigen Regelung des Verhältnisses Hydroxyd zu Nitrit unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll der Nitritlösung selbsttätig eine Probe entnommen werden, worauf diese Probe gleichfalls selbsttätig analysiert und das Ergebnis dieser Analyse zur Regelung verwendet wird. Bei der Mischung einer Nitritlösung mit z. B. Ammoniakwasser zur Herstellung einer Nitritlösung mit bestimmtem Verhältnis Hydroxyd zu Nitrit kann die Probe diesem Gemisch entnommen und der Ammoniakwasserstrom bei konstantem Nitritstrom geregelt werden. Zur Regelung des Ammoniakwasserstroms kann z. B. auch von einer Analyse einer Probe aus dem Nitritstrom ausgegangen werden, der sich noch nicht mit dem Ammoniakwasserstrom vermischt hat. Es gibt noch mehrere Möglichkeiten, um mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß an sich bekannten Methoden das Verhältnis Hydroxyd zu Nitrit selbsttätig zu regeln.
Will man eine Nitritlösung mit einem Molarverhältnis Hydroxyd zu Nitrit von nahezu 1 : 1 gewinnen, und zwar durch automatische Regelung der Mischung einer solchen Nitritlösung. deren Hydroxyd-Nitrit-Verhältnis unter 1 liegt, mit z. B. Ammoniakwasser, so kann man sich mit einem Zusatz von Amidoschwefelsäure zu einer Probe des Gemisches im ersten Titrationsgefäß begnügen und anschließend die gemessene Potentialdifferenz oder die gemessene Stromstärke zwischen den Elektroden im Reaktionsgemisch des zweiten Titrationsgefdße's als Meßwert zur Regelung des Misch Vorganges benutzen. Für die Regelungszwecke ist die zweite Titration überflüssig.
Um die Analysierung möglichst schnell durchzuführen, bedient man sich als Befehlsschaltung vorzugsweise einer Folgeschaltung, wodurch unnötige Wartezeiten vermieden werden, weil das Ende der einen Periode zugleich das Startsignal für die nächste Periode sein kann.
Die Erfindung wird an Hand der schematischen Zeichnung erläutert.
In dieser Zeichnung stellt 1 eine Befehlsschaltung dar, welche für die selbsttätige Ausführung der verschiedenen Arbeitsvorgänge Sorge trägt. Am Beginn des Analysenvorganges erteilt diese Schaltung Motorkolbenbüretten 2, 3 und 4 einen Befehl zum Füllen dieser Büretten, sofern in einem vorangehenden Arbeitsgang bereits Titrierflüssigkeit aus diesen Büretten verbraucht ist. Jede dieser Motorkolbenbüretten weist ein Ein- und Auslaßventil auf, welche einfachheitshalber in der Zeichnung fortgelassen sind. Im ersten Titrationsgefäß 5 befindet sich eine Probe, vermischt mit ein wenig Wasser, wie sich nachstehend noch herausstellen wird. Die Befehlsschaltung erteilt, nachdem sie festgestellt hat, daß sämtliche Büretten gefüllt sind, einem Titriergerät 6 einen Startbefehl, wodurch anschließend Rührer 7 und die Bürette 2 in Tätigkeit gesetzt werden. Die Probe im Titrationsgefäß 5 wird jetzt mit Amidoschwefelsäure aus der Bürette 2 titriert, bis der pH-Wert der Probe, gemessen mit einer Elektrode 8 eines Elektrodensystems, einen zuvor eingestellten Wert erreicht hat. Die Menge an verbrauchter Amidoschwefelsäure wird von der Bürette an eine Rechenschaltung 9 weitergeleitet.
Das Titriergerät 6 bringt anschließend den Rührer 7 zum Stillstand und meldet das Ende des Titriervorganges an die Befehlsschaltung 1. Diese gibt nun an Ventil 10 ein Signal ab, wodurch das Ventil sich während einer einstellbaren Zeit öffnet und die Flüssigkeit aus dem Titriergefäß 5 in ein Titrationsgefäß 11 strömt. In diesem Gefäß wird die Flüssigkeit durch eine Mantelheizung 12 auf die gewünschte Temperatur gebracht. Nachdem sich das Ventil 10 geschlossen hat, geht von der Befehlsschaltung 1 aus ein Signal an Ventile 13 und 14, wodurch das Ventil 13 eine bestimmte Menge Säure in das Titrationsgefäß 11 und zum Schutz der Elektrode 8 gegen Austrocknung Ventil 14 eine bestimmte Menge Wasser in das Titrationsgefäß 5 eintreten läßt. Anschließend wird mit Hilfe der Befehlsschaltung 1 Rührwerk 15 gestartet, und es wird eine gewisse einstellbare Zeit, z. Bv 1 Minute lang, gewartet, ehe die Potentialdifferenz zwischen
den zwei gleichen Elektroden 16 mit einem Röhrenvoltmeter 17 gemessen wird, wobei eine konstante Stromquelle 18 einen elektrischen Strom durch den Meßkreis schickt und die gemessene Potenlialdiflerenz mit dem Einstellpotential in einer Triggerschaltung 19 verglichen wird.
Das Ergebnis dieses Vergleiches wird an die Befehlsschaltung 1 weitergeleitet, welche anschließend über ein Pulsationsgerät 20 an die Büretten 3 oder 4 ein Signal abgibt zur Titration entweder mit Amidoschwefelsäure oder mit Nitritlösung, und zwar je nachdem im Reaktionsgemisch des Titrationsgefäßes 11 ein Unter- oder ein Überschuß an Amidoschwefelsäure. bezogen auf das Nitrit, vorhanden ist. Das Pulsationsgerät 20 regelt den Zufluß des Titriermittels in kleinen Mengen und in gewissen Zeitabständen. Um einem Verspritzen der Flüssigkeit im Titralionsgefäß 11 infolge der auftretenden Reaktion zu verhindern, ist dieses Gefäß mit einem Drahtgeflecht 24 ausgestattet. Nachdem die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 16 dem Einstellpotential nahezu gleich ist. geht der Bürette 3 oder 4 und dem Rührer 15 von der Befehlsschaltung 1 aus ein Stoppsignal zu. Die Menge des aus der Bürette 3 oder 4 verbrauchten Titriermittels wird an die Rechenschaltung 9 weitergeleitet. Die Befehlsschaltung 1 schaltet jetzt einen Speicher 21 ein. der das Ergebnis der Berechnung in der Rechenschaltung 9 erhält, und gibt an Ventile 22 und 23 einen Impuls ab. wodurch sich diese Ventile zu einem einstellbaren Zeitpunkt öffnen. Die Flüssigkeit des Titrationsgefäßes 11 wird jetzt aus diesem Gefäß abgeführt, während dem Titriergefäß 5 über das geöffnete Ventil 23 einer nicht eingezeichneten Probenahmeapparatur eine neue Probe zugeht, worauf ein neuer Arbeitsgang einsetzen kann.
Zur selbsttätigen Regelung des Verhältnisses Hydroxyd zu Nitrit wird die dem Ergebnisspeicher 21 zugegangene Verhältniszahl als . Meßunterlage in den nicht eingezeichneten Regelkreis eingerührt.
Wird zu der selbsttätigen Regelung des Verhältnisses Hydroxyd zu Nitrit keine zweite Titration angewandt, so wird die gemessene Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 16 nach kurzer Wartezeit über die Trigger-schaltung 19 als Meßunlerlage zur Regelung dem Speicher 21 zugeleitet. Die Büretten 3 und 4. das Pulsationsgerät 20 sowie die Rechenschaltung 9 können dann fortfallen, und die Bürette 2 kann durch ein Gefäß mit einem vom Titriergerät 6 betätigten Absperrventil ersetzt werden.

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur selbsttätigen Bestimmung des Verhältnisses Hydroxyd zu Nitrit in Nitrillösungcn. d a d u r clv gckcnnzeic h net. daß eine dosierte Probe der zu prüfenden Lösung einem ersten Titriergefäß zugegeben und auto-.
' niatisch mit. einer Amidoselrftefelsäurelösung titriert wird, bis der Äqüivalenzpunkt pH-Wert etwa 5 erreicht ist.'AvorauT die Lösung selbst-60 tätig einem zweiten Titrier.gefitß Zufließt, iri dem
' die Probe auf eine TeWperätiiF von 30 bis" 80' C gebracht, der pH-Wert äürclr-Zugabe von z. Bl verdünnter Sehwefelsäure^aitreiifen Wert von 2.0 bis 3^5 'herabgesetzt uHtf das 'tlöäMiorisgernisch automatisch tiach ;effiet%Wartezeit Λ:όη minimal ' 30 Sekunden-nath ■ ünij! ¥ώνς1ΐ"mit" diner ;'Amidösehwefelsäurelösiine odei'e'irier S."itritiösürfe."lind zwar je nachdem, ob im Reaktionsgemisch ein Unter- bzw. ein Überschuß an Amidoschwefelsäure. bezogen auf Nitrit, vorhanden ist, einer weiteren Titration unterzogen wird, bei der sowohl die Wahl des Titrationsmittels wie der Endpunkt der Titration voltametrisch ermittelt werden, worauf aus den Ergebnissen der ersten und zweiten Titration selbsttätig die Verhältniszahl Hydroxyd zu Nitrit in einer Recheneinrichtung gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Titration ein Glas-Kalomelelektroden-System verwendet wird und die Amidoschwefelsäurelösung längs der Glaselektrode eintritt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß nach Hinüberleilung ■der Lösung vom ersten in das zweite Titralionsgefäß dem nunmehr leeren ersten Titriergefäß selbsttätig eine Menge Wasser zugegeben wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung im zweiten Titriergefäß auf eine Temperatur von etwa 60 C gebracht und der pH-Wert der Lösung auf etwa 2.1 herabgesetzt ist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im zweiten Titriergefäß angeordneten gleichen Platinelektroden zur potenliometrischen Indikation ein konstanter Strom von 10 Mikroampere je Quadratzentimeter Elektrodenoberfläche aufgedrückt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Titer der Nilrit-Iösung. mit der im zweiten Tilriergefäß gegebenenfalls titriert wird, dem Titer der Amidoschwefelj;äure gleich oder fast gleich ist.
7. Verfahren zum selbsttätigen Regeln des Mischungsverhältnisses einer Nitritlösung mit z. B. Ammoniakwasser zwecks Herstellung einer Nitritlösung mit bestimmtem Verhältnis Hydroxyd zu Nitrit, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 Anwendung findet und mit dem Ergebnis der Verhällnisbcstimmung ein Regelkreis für die Durchmischung gesteuert wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch folgende Merkmalskombination:
a) eine erste selbsttätig arbeitende Titriereinrichtung (5. 6. 2) mit einem pH-Elektrode-Meßsyslem (8) und einem steuerbaren Absperrventil (10) in der Abfiußleitung des Titriergefäßes:
b) eine zweite, der ersten nachgeschaltete selbsttätig arbeitende Titriereinrichtung (11.20. 3. 4) mit einer Heizvorrichtung (12). einem voltametrischen Indikationssystem (18.. 16. 17). einer zusätzlichen Einrichtung (13) zum
, dosierten Zuführen von Säure in das Tilriergefäß (11) und einem steuerbaren Absperrventil (22) in der Abflüßleitung: ' /
c) ein den beiden Titriereinrichtungen' (5.6,2 bzw. 11. 20.' 3. 4) und den Absperrventilen (10 bzw. 22)' zugeordnetes' Gerär (H zur selbstlätiaen Sleüerune des Fimklion'sab-
d) eine Recheneinrichtung (9) zum Ermiüeln des Verhäliniswertes Hydroxyd zu Nitrit aus den Meßwerten der beiden Titrationen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen an die Recheneinrichtung (9) angeschlossenen Speicher (21) für den Verhältniswert.
10. Vorrichtung nach Anspruchs, gekennzeichnet durch ein Gerät (14) sam dosierten Zuführen von Wasser in das erst« TitTationsgefaß (5) nach dessen Leerung von .der Nliritlösung.
11. Anwendung der Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10 zur Durchführung des Regelverfahrens nach Anspruch 7.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 809 702/1351
DEST22998A 1963-12-02 1964-11-26 Verfahren und Vorrichtung zur selbsttaetigen Bestimmung und/oder Regelung des Verhaeltnisses Hydroxyd/Nitrit in Nitritloesungen Pending DE1286784B (de)

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