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Verfahren zur Gewinnung von Ammoniumnitrat Bei der Herstellung von
Ammonnitrat durch Neutralisierung von Salpetersäure mittels gasförmigen Ammoniaks
werden bedeutende Wärmemengen frei, die bei den bisherigen Verfahren nicht vollkommen
verwertet wurden. Diese Reaktionswärme beträgt, wenn die Säure sich in Lösung befindet,
20,72 WE j e i Mol N H,3 oder i a i 6 WE je i kg N H,3.
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Da es nun eine bekannte Tatsache ist, daß, falls die Reaktionstemperatur
der Neutralisation eine gewisse Grenze überschreitet, die Bildung von feinem staubartigem
Ammonnitrat auftritt, und daß diese rauchartige Form des Salzes als schwer absorbierbar,
meistens als Verlust angesehen werden muß, wurde bei den bisherigen Verfahren die
Reaktionszone intensiv mit Wasser gekühlt, wobei die Reaktionswärme nicht weiterverwertet
wurde. Es ist allerdings auch ein Verfahren bekannt geworden, die Reaktionswärme
für die Konzentrierung der Lauge auszunutzen. Dieses beruht darauf, ein Luft-Ammoniak-Gemisch
in die Säure einzublasen, die Wärme vermittels dieser Luft abzuführen und zugleich
einen Teil des in der Lauge enthaltenen Wassers zu verdampfen.
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Da jedoch die in Frage kommende Reaktion sehr heftig und schnell auftritt,
müßte die entstehende Wärme mit einer der Reaktionsgeschwindigkeit entsprechenden
Geschwindigkeit abgeführt werden. Soll nun mit Rücksicht auf die Wirtschaftlichkeit
des Prozesses die durchgeblasene Luft möglichst hoch angewärmt, d.h. während des
Wärmeaustausches mit kleinem Temperaturgefälle gearbeitet werden, so sind Wärmestauungen
in der Flüssigkeit schwer zu vermeiden, zumal ja die Luftkühlung grundsätzlich keinesfalls
als intensiv angesehen werden kann. Außerdem ist bei solchen Verfahren, bei denen
Ammoniak unmittelbar mit der Säure reagiert, eine räumliche Gleichmäßigkeit der
Reaktionstemperaturen nur schwer zu erreichen, da j a diese Gleichmäßigkeit eben
von der räumlichen Gleichmäßigkeit der Ammoniakzufuhr zu den einzelnen Säuretüilchen
abhängt. Nun können verschiedene Säurelösungsteilchen, in Abhängigkeit von ihrem
Kontakt mit Ammoniak, verschiedene Mengen dieses Gases binden.
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Es ist vorauszusehen, daß die einen Teilchen nicht nur ihr HNO, neutralisieren,
sondern auch noch ihr H_,0 mit Ammoniak zu NH40H sättigen, wogegen andere Teilchen
nicht vollständig neutralisiert verbleiben. Bevor sich die Temperatur und Stoffverteilung
ausgleichen kann, werden momentan verschiedene Wärmemengen entstehen und verschiedene
lokale Temperaturen herrschen.
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Da ferner die Verdampfung mittels eingeblasener Luft um so wirtschaftlicher
ist, je höher die Flüssigkeitstemperatur liegt, und die letztere andererseits durch
die Gefahr der Entwickelung von rauchförmigem Ammonnitrat begrenzt ist, so ergibt
sich aus den angeführten Rücksichten die Schwierigkeit, bei den bekannten Verfahren
die Laugentemperatur nach Möglichkeit dem zulässigen Höchstbetrage
zu
nähern. Dies kann jedoch dadurch erreicht werden, daß die Reaktionstemperatur beherrscht
wird und alle Temperaturspitzen ausgeschieden werden.
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Außerdem wird durch die Anwendung eines Luft-Ammoniak-Gemisches, welches
beim gleichzeitigen Verdampfen der Lauge ja noch mit Dampf angereichert wird, an
die Apparatur die schwierige Aufgabe gestellt, dieses Gemisch außerordentlich genau
mit Säure durchzuwaschen, sofern keine Ammoniakverluste auftreten sollen.
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Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet nun ein Verfahren,
durch welches alle erwähnten Schwierigkeiten beseitigt werden. Die Erfindung beruht
darauf, daß durch die umlaufende, mittels der Ammoniakabsorptionswärme und der Neutralisationswärme
vorgewärmte Ammonnitratlauge, also von der Reaktion gesondert und unabhängig, Luft
durchgeblasen wird. Hierdurch wird die Reaktionstemperatur durch Lösung der Säure
in umlaufender Lauge begrenzt, die Gleichmäßigkeit der Endtemperatur durch Verteilung
der Reaktion auf NH3 -j-- H@O -1H,OH-f-8,4WE und NTH.OH -i- Hi`TÖa -;- 12,32 WE,
wie besonders ausgeführt, wird gesichert. Die erste Reaktion wird bei so niedriger
Temperatur ausgeführt, daß, wenn auch eine Ungleichmäßigkeit der Konzentrationen
und infolgedessen der Temperaturen, die durch die Lösungsreaktion des Ammoniaks
bedingt sind, vorkommen sollte, dieselbe ohne schädlichen Einfluß bleiben müßte.
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Die zweite Reaktion wird beim neuen Verfahren erst nach dem Ausgleich
der Konzentrationen und Temperaturen ausgeführt. Das Durchblasen der durch die Reaktionswärme
angewärmten umlaufenden Lauge mittels Luft geschieht also gesondert und unabhängig
von der Reaktion bei gleichzeitiger Abkühlung der Lauge.
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Das gesondert ausgeführte Verdampfen der Lauge mittels Luft schaltet
jede Möglichkeit von Ammoniakverlusten aus, und ein ganz kleiner Säureüberschuß
in der zu verdampfenden Lauge, welcher mit Leichtigkeit konstant gehalten werden
kann, bewirkt, daß eventuelle Neutralitätsschwankungen der Lauge in der Richtung
des Ammoniaküberschusses unschädlich bleiben. Das Durchblasen von Luft durch die
mittels der Reaktionswärme vorgewärmte Lauge bezweckt also zugleich die Verdampfung
eines Teiles des in der Lauge enthaltenen Wassers zwecks Konzentrierung der Lauge
und gleichzeitig eine starke Abkühlung der letzteren, um hierdurch eine für die
Reaktion NH3 -f- H20 - NH40H günstige Temperatur zu erzielen.
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Erfindungsgemäß können die von der endgültigen Verdampfung herrührenden
Brüden ebenfalls zur Anwärmung der umlaufenden Lauge und somit auch 'zur Konzentration
derselben verwertet werden. Schließlich kann erfindungsgemäß die Wärme des nach
dem Durchblasen der Lauge mittels Luft die Einrichtung verlassenden Dampf-Luft-Gemisches
teilweise zum Vorwärmen der später einzuführenden Salpetersäure verwertet werden.
Hierdurch wird eine Verdampfung eines entsprechenden Teils des in der Lauge enthaltenen
Wassers ermöglicht.
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Aus der folgenden Tabelle ist der Verbrauch an Frischdampf von 7,5
atü, bezogen auf i kg Ammonnitrat, im Vergleich mit dem Dampfverbrauch in den bisher
bestehenden Anlagen ersichtlich.
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Dampfverbrauch für die Konzentration der Lauge bis 95
% bezogen
auf i kg des trockenen Ammonnitrats bei verschiedenen Salpetersäurekonzentrationen
| Konzen- Dampfverbrauch Dampfverbrauch |
| tration der beiden üblichen bei der Ein- |
| Säure Anlagen richtung gemäß |
| der Erfindung |
| 35 0,lo etwa 2,z2 kg etwa o,615 kg |
| 40 0E0 - 1,32 - - 0,45 - |
| 45 % - 1,07 - - 0,32 - |
| 50 0l0 - o,785 - - 0,z4 - |
Auf der beiliegenden Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung schematisch dargestellt
worden.
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Die Ammonnitratlauge tvird in beständigem Kreislauf durch den Absorber
i, Pumpe Vorwärmer3, Berieselungsvorrichtung4, Verdampfer 5, Flüssigkeitsverschlußrohr
6 und die Berieselungsvorrichtung 7 geführt.
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Im Absorber i wird die Lauge auf der dort befindlichen Füllkörperausfüllung
(etwa Raschigringe oder Horden) mit dem durch das Rohr i8 einströmenden Ammoniak
gesättigt, wobei die Temperatur der Lauge steigt. Unmittelbar vor der Pumpe 2 wird
in die Lauge mittels des Rohres i9 in regelbarer Weise Salpetersäure eingeführt,
was eine weitere Temperaturerhöhung der Lauge verursacht. Da die im Umlauf befindliche
Flüssigkeitsmenge auch regelbar ist, kann die endgültige Laugentemperatur beliebig,
sogar bis auf die Siedetemperatur, eingestellt werden. Diese Lauge wird nun, nachdem
ihr im Vorwärmer 3 weiter Wärme zugeführt worden ist, mittels der Berieselungsvorrichtung
4 gleichmäßig auf die Ausfüllung des Verdampfers 5 verteilt.
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Im Gegenstrom zur abfließenden, eine große Fläche der Ausfüllung benetzenden
Lauge wird die vom Gebläse 8 in den Verdampfer 5
gedrückte
atmosphärische Luft geführt, welche der Lauge einerseits durch Verdampfung (nämlich
indem die Luft mit Wasserdampf gesättigt wird), andererseits jedoch durch unmittelbare
Kühlung Wärme entzieht. Die mit Wasserdampf gesättigte Luft entweicht durch den
Wasserabscheider 13, durch den Salpetersäurevorwärmer 22, wo der kondensierende
Dampf und die warme Luft ihre Wärme an die nach der Umlaufpumpe strömende Säure
abgeben, und weiter durch das Kaminrohr 2o nach außen. Die Lauge dagegen gelangt
durch das einen Überlauf bildende Verschlußrohr 6 und die Berieselungsvorrichtung
7 in den Absorber i iurück.
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Der von der Reaktion herrührende Überschuß an Lauge wird mittels des
Rohres q und des Überlaufes io aus dem geschilderten Umlauf abgeleitet. Da die auf
dem Boden des Absorbers i sich sammelnde Lauge ammoniakalisch ist, wird die angesäuerte
Lauge mittels eines Umlaufrohres i i und eines Ventils 12 in regelbarer Menge zugeführt,
so daß eine vollkommene Neutralität der nach dem Behälter rd. abgeleiteten Lauge
leicht erreicht wird. Der Behälter 14 ist mit Heizschlangen versehen, die z. B.
mit dem aus dem Verdampfer 15 durch den Kondenstopf 2.I abfließenden Kondenswasser
geheizt werden können, so daß die Lauge, ohne daß sie kristallisiert, darin beliebig
lange gehalten werden kann. Die Lauge gelangt «-eiter in den Verdampfer 15, wo sie
weiter konzentriert wird, und verläßt durch den Dampfabscheider 16 die Apparatur
mit einer Konzentration von etwa 95 °/o.
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Die von der Verdampfung der Lauge stamrnenden Brüden werden durch
das Rohr 17 nach dem Vorwärmer 3 geleitet, wo sie bei gleichzeitiger Vorwärmung
der im Umlaufe befindlichen Lauge kondensieren.
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Zur Ableitung des Kondenswassers aus dem Vorwärmer 3 dient das Rohr
21, aus dem Vorwärmer 22 dagegen das Rohr 23. Die Entlüftung des Absorbers i geschieht
durch das Umlaufrohr 25. In Fällen, in denen zur Verdampfung der Ammonnitratlauge
unter Vakuum stehende Verdampfer benutzt werden, kann die vorliegende Einrichtung
teilweise, d. h. mit Ausnahme des Vorwärmers 3, angewandt werden.
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Die Verwertung der Reaktionswärme allein bedeutet schon eine große
Frischdampfersparnis bei der Konzentrierung von Lauge.