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Verfahren zur Gewinnung von Ammonsulfatsalpeter Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Ammonsulfatsalpeter aus Salpetersäure,
Schwefelsäure und Ammoniak. Die Hauptschwierigkeit bei einem solchen Verfahren besteht
darin, die Zersetzung der Salpetersäure zu verhindern, die bei höherer Temperatur
leicht unter Bildung von Stickoxyden zerfällt. Diese bilden dann mit dem vorhandenen
Ammoniak Ammonnitrit, das seinerseits leicht in elementaren Stickstoff und Wasser
zerfällt. Hierdurch können sehr erhebliche Stickstoffverluste eintreten.
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Es ist bereits bekannt, Ammoniummischsalze in der Weise herzustellen,
daß man Säuregemische in einer ammoniakhaltigen Reaktionskammer versprüht, wobei
das Salz unmittelbar als trockenes Pulver zu Boden fallen soll. Hierbei muß mit
erheblichem Ammoniaküberschuß gearbeitet werden, der seinerseits in einem Waschturm
absorhiert werden muß. 'Außerdem lassen sich bei den erforderlichen hohen Temperaturen
Salpetersäurezersetzungen, und damit Stickstoffverloste nicht vermeiden.
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Es ist weiterhin bekannt, durch Neutralisation von Säuregemischen
mit Ammoniak in hochkonzentrierter Lösung Salzschmelzen herzustellen, die unter
weiterer Wasserverdampfung unmittelbar das trockene Salz ergeben. Auch. diese Arbeitsweise
leidet jedoch an dem gleichen obenerwähnten Übelstand.
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Um diese Zersetzungen zu vermeiden, hat man bereits bei einem Verfahren
zur Erzeugung von Ammonnitrat versucht, die beim Zusammenbringen von Ammoniak und
Salpetersäure freiwerdende Neutralisationswärme durch indirekte Kühlung zu beseitigen.
Bei der Herstellung von Ammonsulfat hat man auch vorgeschlagen, die Neutralisation
unter gleichzeitiger starker Wasserverdampfung im Vakuum stattfinden zu lassen,
was natürlich mit erheblichen Verlusten verbunden war.
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Schließlich ist man bei der Herstellung von Ammonnitrat auch bereits
den entgegengesetzten Weg gegangen, und hat durch Anwendung ungewöhnlich starken
Überdrucks von etwa 8 bis g at eine Zersetzung der Salpetersäure bei der Neutralisation
zu vermeiden gesucht. Auf diese Weise erhielt man eine Ammonnitratlösung, die dann
zur Gewinnung des Salzes eingedampft wurde.
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Die Erfindung geht von dem grundsätzlich neuen Gedanken aus, bei der
Neutralisation von Schwefelsäure und Salpetersäure mit Ammoniak in flüssiger Phase
zur Gewinnung von Atnmonsulfatsalpeter unter Verwendung einer ständig umlaufenden
Betriebslauge die eigentliche Neutralisation von der Wasserverdampfung
zu
trennen, indem man beide in verschiedenen Reaktionsräumen stattfinden läßt. Hierbei
erhält man im Neutralisationsgefäß den Druck stets genügend hoch, um eine Wasserverdampfung
bei der jeweilig im Neutralisationsgefäß herrschenden. Temperatur zu verhindern.
Im Verdampfer arbeitet man dagegen bei einem Druck, der besonders gegenüber dein
im Neutralisationsgefäß herrschenden vermindert ist, so daß hier das mit den Reaktionskomponenten
in die Betriebslauge eingeführte" überschüssige Wasser herausdampft. Das Wesen der
Erfindung besteht also in der Anwendung einer Druckdifferenz zwischen den getrennt
arbeitenden Neutralisation- und Verdampferräumen.. Während der Neutralisation steigt
die Temperatur der Betriebslauge, die nach beendeter Neutralisation in einem besonderen
Raum unter vermindertem Druck zur Verdampfung gebracht wird. Durch die Verminderung
des Druckes wird die Temperatur der Lauge entsprechend herabgesetzt, und mit dieser
verminderten Temperatur tritt die Betriebsflüssigkeit wieder in den Neutralisationsraum
ein, wo sie sich wieder erwärmt und so fort.
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Vorteilhaft erfolgt die Neutralisation der mit den Säuren versetzten
Betriebslauge in einem einspritzkondensatorähnlichen Gefäß, in dem beispielsweise
durch starke Verteilung der Betriebslauge örtliche Überhitzungen oder zu starke
Temperatursteigerungen vermieden werden. Beispielsweise wird ein Sättiger mit großer
innerer Oberfläche verwendet, über die die mit Säuren gemischte Betriebslauge herabrieselt,
während Ammoniak von unten entgegenströmt. Auf diese Weise läßt es sich erreichen,
daß hei der Neutralisation keine wesentliche Temperaturerhöhung stattfindet.
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Solange also die Betriebslauge sauer ist, wird erfindungsgemäß kein
Wasser verdampft. Dies geschieht erst nach erfolgter Neutralisation. Hierbei fällt
aus der Betriebslauge kontinuierlich das gebildete Salz aus, das am Boden des Verdampfers
abgezogen werden kann.
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In der beiliegenden Zeichnung ist eine zur Durchführung des vorliegenden
Verfahrens geeignete Einrichtung schematisch dargestellt. Die Einrichtung besteht
im wesentlichen aus dem Verdampferraum a und dem hiervon getrennten Neutralisationsraum
b, die miteinander durch eine Umlaufleitung f verbunden sind, durch die ständig
.die Betriebslauge mit Hilfe der Pumpe a umgepumpt wird. Vor dem Einmünden in das
Neutralisationsgefäß sind die Zuflußleitungen c und d für die Säuren angebracht.
An der Unterseite des Neutralisationsraums tritt durch ein Ringrohr e das Ammoniak
der über die Füllung des Neutralisationsraums herabrieselnden sauren Betriebslauge
entgegen, wobei eine gleichmäßige Neutralisation ohne plötzliche Temperaturerhöhung
erfolgt. Aus .dem Verdampfer werden die entweichenden Brüden bei i abgesaugt, wodurch
gleichzeitig eine Verminderung des Druckes im Verdampfer herbeigeführt wird, so
daß der Laugenspiegel im Verdampfer a deutlich hölieg steht als iiii N; eutralisator
b. Um ständig eine gleichbleibende Druckdifferenz zwischen d und b aufrechtzuerhalten,
sind der Neutralisator und der Verdampfer durch einen Schieber h miteinander verbunden,
der nach Bedarf geschlossen gehalten oder mehr oder weniger geöffnet werden kann.
Das im Verdampfer ständig ausfallende Salz wird am Boden durch einen entsprechenden
Schieber kontinuierlich oder absatzweise zusammen mit überschüssiger Betriebslauge
entfernt. Die überschüssige Lauge kann natürlich in den Kreislauf zurückgeführt
werden. Beispiel Schwefelsäure und Salpetersäure werden von oben in das Neutralisationsgefäß
eingeleitet, während von unten Ammoniak entgegenströmt. Werden beispielsweise in
der Stunde 5oo kg Ammoniak verarbeitet, so müssen in derselben Zeit i232 kg 78 ofoige
Schwefelsäure und z235 kg 50 ofoige Salpetersäure in das Reaktionsgefäß einfließen.
Gleichzeitig werden die Säuren, um zu heftige Reaktionen zu vermeiden, durch umgepumpte
Salzlauge vor Eintritt in den Sättiger verdünnt, und zwar beträgt die umgepumpte
Laugenmenge etwa das siebenfache des Verdampferinhalts. Hat beispielsweise der Verdampfer
einen Inhalt von 50 cbm, so müssen also in der Stunde 350 cbm Lauge
umgepumpt werden.
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Was die Drucke betrifft, so ist es, wie oben erwähnt, im Sinne der
Erfindung wesentlich, daß der Druck im Verdampferraum niedriger ist als der im Neutralisationsraum.
Arbeitet man bei atmosphärischem Druck im Verdampferraum, so empfiehlt es sich,
im Neutralisationsraum einen Druck von etwa 1,3 at zu halten. Herrscht im
Verdampferraum ein Druck von beispielsweise 54 mm Quecksilber absolut, so beträgt
der Druck im Neutralisationsraum 204 mm Quecksilber absolut.
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Durch die beschriebene Arbeitsweise wird der Vorteil erreicht, daß
Zersetzungen der Salpetersäure bzw. der salpetersauren Salze sicher vermieden werden,
obwohl diese gerade in Gegenwart von Schwefelsäure außerordentlich leicht zum Zerfall
neigen. Dieser Fortschritt wird dadurch erreicht, daß bei der Neutralisation durch
entsprechende Druckregulierung jegliche Verdampfung verhindert
wird.
Wie sich gezeigt hat, tritt nämlich sehr leicht in der konzentrierten sauren Lauge
in Gegenwart der Schwefelsäure eine Zersetzung der Salpetersäure unter Bildung von
dampfförmigen Zersetzungsprodukten, nämlich Stickoxyden, ein. In diesem Fall dissoziiert
die Salpetersäure in Wasser und N,05, welches als solches nicht beständig ist und
sofort unter Abspaltung von Sauerstoff in NO, zerfällt. Hieraus bildet sich dann
mit .dem anwesenden Ammoniak Ammonnitrit, das sich seinerseits in Wasser und elementaren
Stickstoff spaltet. Diese Zersetzung der Salpetersäure tritt besonders schnell ein,
wenn gleichzeitig eine Wasserverdampfung stattfindet, weil durch den anwesenden
Wasserdampf der Partialdruck der Salpetersäure bzw. des Stickoxyds im Dampfgemisch
vermindert wird. Durch die Vermeidung einer Verdampfung im Neutralisationsraum werden
also wesentliche Zersetzungen des Nitrats sicher vermieden und hierdurch die Ausbeute
ganz wesentlich gesteigert. Im Verdampfer ist die Betriebslauge bereits völlig neutral,
so daß hier eine Bildung von Salpetersäuredämpfen und Zersetzungsprodukten nicht
eintreten kann. Im übrigen findet die Verdampfung erfindungsgemäß bekanntlich unter
vermindertem Druck statt, so daß eine Zersetzung der Lauge auch hier auf keinen
Fall möglich ist. Durch die Anwendung eines entsprechend verminderten Druckes läßt
sich auch die Arbeitstemperatur entsprechend niedrig halten, wodurch wiederum der
Angriff der Reaktionskomponenten auf die Apparaturteile weitgehend gemildert wird.
Jedenfalls ist die Anwendung von Temperaturen, wie sie bei der Herstellung von Ammonnitratschmelzen
oder beim Arbeiten unter hohem Überdruck nach bekannten Verfahren erforderlich waren,
erfindungsgemäß vollkommen überflüssig. Das Verfahren arbeitet ohne jegliche Zuführung
fremnder Wärme. Die Wärmeökonomie ist sogar eine derartige, daß ruhig verhältnismäßig
stark verdünnte Säuren (Schwefelsäure von 6o° Be und! Salpetersäure von q.o bis
,¢5 °jo), wie sie im Handel am billigsten sind, verwendet werden können. Trotzdem
führt das Verfahren unmittelbar in kontinuierlichem Betriebe zu festem Ammonsulfatsalpeter
in Form des Doppelsalzes.