DE621649C - Kuehlung von Ammonnitratlauge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ammonnitrat durch Neutralisation von Salpetersäure mit Ammoniak unter Atmosphärendruck, wobei die Ammonnitratlauge durch die Reaktionswärme erhitzt wird. Im besonderen betrifft sie die Kühlung der Lauge durch Vakuumselbstverdampfung unter Zurückführung eines Teils der gekühlten Lauge in den Neutralisator.

Das Wesentliche ist hierbei, daß die Verdampfung in mehreren Stufen bei jeweils gesteigertem Minderdruck durchgeführt wird, und daß die hierbei frei werdenden Dampfmengen mit Ausnahme des in der letzten Stufe entwickelten Dampfes zwecks Vorwärmung der dem Neutralisationsvorgang zugeführten Salpetersäure bzw. des Ammoniaks nacheinander mit diesen Stufen in indirekte Berührung gebracht werden.

ao Die Zeichnung gibt schematisch und beispielsweise eine Anläge für die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wieder. Die wäßrige Salpetersäure wird mit Hilfe der Pumpe P¹ durch eine Anzahl von Röhrenheizkörpern R¹, R² usw. gedrückt, die, wie aus dem Folgenden zu ersehen ist, mittels Abdampfes beheizt werden.

In diesen Heizkörpern wird die Säure vor ihrem Eintritt in den Neutralisationsapparat N erwärmt. Dieser unter atmosphärischem Druck arbeitenden Neutralisationsvorrichtung wird außer der warmen Salpetersäurelösung noch gasförmiges Ammoniak zugeführt; um zu vermeiden, daß die Temperatur sich infolge der Reaktion zu stark erhöht und um die Bildung von Dampf und damit die Entstehung eines' Drucks in dieser Vorrichtung zu verhindern, wird ihr weiterhin mittels der Pumpe P² im Verfahren selbst anfallende gekühlte Ammonnitratlösung zugeführt. Die Säure und Ammoniakmengen sowie die Menge kalter Ammonnitratlauge werden derartig geregelt, daß aus der Neutralisiervorrichtung N eine neutrale oder schwach saure warme
austritt.

Diese Lösung wird in die Entspannungsabscheider S¹, S², S³ usw. geschickt, in denen allmählich gesteigerte Minderdrucke hergestellt sind; da in jedem dieser Apparate ein bestimmter Unterdruck herrscht, verdampft Wasser aus der Lösung, wodurch deren Temperatur sich bis zum Punkt des Blasenwerfens oder Kochens senkt.

Ammonnitratlösung

Der so in den aufeinanderfolgenden Entspannungsstufen gebildete und im Sinne der hier herrschenden Laugenströmrichtung fallende Temperaturen aufweisende Dampf wird in den Röhrenheizkörpern j?¹, R² usw. zur Erwärmung der dem Neutralisationsvorgang zuströmenden Säure verwendet. Da die gesamte, in den Entspannungsabscheidern frei gewordene Wärmemenge zur Erwärmung , ίο der Säure verwertet werden kann und eine bestimmte Wärmemenge zwecks Vermeidung von Wärmestauungen immer aus dem Kreislauf entfernt werden muß, wird der in dem letzten Abscheider .S"¹ unter der größten Luf tleere gebildete Dampf in einem Hilfskondensator C kondensiert. Der in der Gesamtheit der Apparate herrschenden Unterdruck wird durch die Luftpumpe P erzeugt.

Zur Regelung der Temperatur in der Neutralisiervorrichtung N bemißt man entsprechend sowohl die Leistung der Pumpe P² als auch den in den Entspannungsapparaten herrschenden Unterdruck.

Die Menge der den Entspannungsabscheidem zugeführten Ammonnitratlauge wird selbsttätig durch den Regelungsschieber V geregelt, der von dem Schwimmer/ gesteuert wird.

Die Verteilung des Entspannungsvorganges auf mehrere Stufen gestattet es, die der Neutralisation zufließende Säure auf eine höhere Temperatur zu erwärmen als sie in* einer einzigen Entspannungsstufe erreicht werden kann und dadurch eine größere Wärmemenge zwischen der Neutralisier- und Entspannungsstufe im Kreislauf zu halten.

Die Verwendung der bei der Vakuumverdampfung anfallenden Wärmemengen für die Vorwärmung der dem Neutralisationsvorgang zugeführten Reaktionskomponenten ist von erheblicher technischer Wirkung. Wenn man die Konzentrationen der Ammonnitratlaügen vergleicht, die nach dem vorliegenden Verfahren und die ohne vorangehende' Erwärmung der Reaktionskomponenten erreicht werden, so kann man feststellen, daß im ersteren Falle um 6 bis 7 °/₀ höhere Konzentrationen erreicht werden,, d.h. wenn z.B. unter bestimmten Bedingungen durch Zusammenbringen von Salpetersäure und Ammoniak ohne Vorerwärmung Ammonnitratlösungen von 85 °/_0<j anfallen, so ergeben sich verfahrensgemäß bei Verwendung von Ausgangsstoffen gleicher Beschaffenheit Ammonnitratlösungen von etwa 91%.. Dieser Gewinn an Konzentration ist praktisch dann sehr wichtig, wenn man Laugen höherer Konzentration erzielen will. Das vorliegende Verfahren gestattet es in bestimmten Fällen, ohne jegliche zusätzliche' Verdampfung konzentrierteste Ammonnitratlösungen zu erzielen.

Z. B. erreicht man mit einer Säure von 56 °/o, d. h. von einer solchen, die unter den wirtschaftlichsten Herstellungsbedingungen gewonnen wird, unmittelbar Ammonnitratlösungen von ■ 87 °/₀. Wenn man diese Lösungen unter Vakuum auskristallisieren läßt, erhält man ohne zusätzlichen Wärmeaufwand für Trocknung unmittelbar wasserfreies Ammonnitrat. Um 87 °/_oige Ammonnitratlaügen ohne Vorwärmung der Reaktionskomponenten zu erhalten, müßte man von einer Säure ausgehen, die weit mehr als 56 °/₀ HNO₃ enthält.

Zum, Nachweis des mit der Unterteilung der Säurevorwärmung in mehrere Stufen verknüpften technischen Fortschritts werden im folgenden zwei Wärmebilanzen gegeben, bei denen unter sonst gleichen Bedingungen das eine Mal die Erwärmung der Reaktionsmittel nicht erfolgt und das andere Mal gemäß der Erfindung erfolgt.

In beiden Fällen dienen also zur Herstellung der Ammonnitratlösungen die Neutralisationsvorrichtung und der bzw. die Vakuum-Verdampfungsapparate. Esi sei angenommen, daß 1000 kg NH₄NO₃ von 100 "/(,hergestellt werden sollen. Dieser Menge entsprechen 1690 kg Salpetersäure von 46⁰J₀ und 213 kg Ammoniakgas. Bei deren Reaktion werden 308 000 Kalorien frei.

I. Die Reaktionskomponenten werden nicht vorgewärmt. Die anfallenden Wärmemengen setzen sich zusammen aus dem Wärmeinhalt der Salpetersäure, dem des Ammoniaks und aus der Reaktionswärme. Es treten 1690 kg Salpetersäure ein, deren spezifische Wärme 0,65 und deren Temperatur 20 ° beträgt, was 1690 · 0,65 · 20 = 22 000 Kalorien entspricht. Ferner treten 213 kg Ammoniakgas ein, deren Wärmeinhalt bei 20 ° 10,3 Kalorien pro Kilogramm beträgt, was eine Wärmemenge von 2200 Kalorien ausmacht.

Da die Reaktionswärme, wie angegeben, 308 000 Kalorien beträgt, entspricht die eingeführte Gesamtwärmemenge

22 000 + 2200 + 308 000 = 332 200

Kalorien.

Die austretende Wärme wird einerseits von dem erzeugten Dampf, dessen Gewicht χ kg beträgt, und andererseits von der mit 55° austretenden Ammonnitratlauge mitgeführt.

Die von dem Dampf aufgenommene Wärme ist 650 Kalorien pro Kilogramm, im ganzen also 650 · χ Kalorien.

Die spezifische Wärme der mit 55° austretenden Ammonnitratlauge ist 0,7, und ihr Gewicht ist 1690 + 213 —x, was einer Gesamtsumme von (1690 -f- 213 — x) · 0,07 -55 = 73 265 — 38,5·· χ Kalorien entspricht.

Die Gesamtsumme der austretenden Ka-

lorien ist also 73 265 + 611,5 '^χ· Da diese Menge gleich der der eintretenden Kalorien ist, erhält man die Gleichung:

also

332200=73265

χ = 423 kg.
Das Gewicht der Lösung ist also

1690 + 213 — 423 = 1480 kg
und demgemäß ihr Gehalt an Nitrat

1000 · 100
1480

= 67%

2. Die Reaktionskomponenten werden erfindungsgemäß vorgewärmt. Der Unterdruck in dem Entspannungsabscheider S³ sei z. B. 200 mm Quecksilber; der darin erzeugte Dampf besitzt dann eine Temperatur von 92⁰, was eine Erwärmung der Salpetersäure beim Austritt aus der Heizvorrichtung und evtl. des Ammoniaks auf eine Temperatur von 87 ° gestattet.

Die anfallenden Wärmemengen stammen aus dem Wärmeinhalt der Salpetersäure, dem Wärmeinhalt des Ammoniaks und aus der Reaktionswärme. Da die Salpetersäure eine Temperatur von 87 ° besitzt, sind die entsprechenden Kalorien

1690 · 0,65 · 87 = 96 000.

Da der Wärmeinhalt des Ammoniaks bei 87 ° 46,2 Kalorien pro Kilogramm beträgt, ist der Gesamtwärmeinhalt der erforderlichen Ammoniakmenge 213 · 46,2 = 9850 Kalorien. Die Reaktionswärme beträgt wie im ersten Fall 308 000 Kalorien. Es treten also im ganzen 96 000 + 9850 + 3°8 000 = 413 850 Kalorien ein.

Die austretenden Kalorien werden von dem in den verschiedenen Entspannungstufen erzeugten Dampf mitgenommen und betragen 650 · y Kalorien, wobei y das Gewicht dieses Dampfes ist.

Da das Gesamtgewicht der Ammonnitratlauge 1690 + 213 — y = 1903 — y kg, ihre Temperatur 60 ° und ihre spezifische Wärme 0,65 ist, so ist ihr Wärmeinhalt (1903 — y) · 0,65 · 60 = 74 200 — 39 y Kalorien, und die Summe der austretenden Kalorien ist 74200 -f- 611 y.

Infolge der Gleichheit der eintretenden und austretenden Wärmemengen erhält man die Gleichung

413 850 = 74 200 + 611 y,
also

y = 555 kg.

Das Gewicht der gewonnenen Ammonnitratlösung ist 1690 + 213 — 555 = 1348 kg; ihr Gehalt an Ammonnitrat ist also

1000 · 100
1348

= 74%·

Wenn man in den beiden Fällen von denselben Stoffen ausgeht, erhält man also nach dem ersten Verfahren eine Verdampfung von kg je Tonne des gewonnenen Ammonnitrats, während man nach dem vorliegenden Verfahren 555 kg, also etwa 32 °/₀ mehr, erhält.

Die praktischen Ergebnisse werden natürlich gegenüber diesen theoretischen Zahlen infolge der unvermeidlichen Wärmeverluste um weniges abweichen.

Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Kühlung von Ammonnitratlauge, die durch Neutralisation von Salpetersäure mit Ammoniak unter Atmosphärendruck erhalten und durch Reaktionswärme erhitzt ist, durch Vakuumverdampfung unter Zurückführung eines Teiles der Lauge in den Neutralisationsvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung in mehreren Stufen bei jeweils gesteigertem Minderdruck durchgeführt wird, und daß die hierbei frei werdenden Dampfmengen mit Ausnahme des in der letzten Stufe entwickelten Dampfes zwecks Vorwärmung der dem Neutralisationsvorgang zugeführten Salpetersäure bzw. Ammoniaks nacheinander mit diesen Stufen in indirekte Berührung gebracht werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen