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Verfahren zur Herstellung von wasserarmem kristallisiertem Ammonnitrat
Bei der Neutralisierung anorganischer mittelstarker bis starker Säuren durch Ammoniak
treten bekanntlich erhebliche Wärmemengen auf, die zum Konzentrieren der entstehenden
Salzlösungen benutzt werden können. Beispielsweise gelingt es, bei der Neutralisierung
von Schwefelsäure mit Ammoniak unmittelbar kristallisiertes Ammonsulfat zu erhalten,
und zwar lediglich durch Ausnutzen der Reaktionswärme zur Verdampfung des mit der
Säure in die Salzlösung hineingebrachten Wassers ohne Anwendung eines zusätzlichen
Verdampferbetriebes.
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Im Falle der Herstellung von festem Ammonnitrat aus Salpetersäure
und Ammoniakgas stößt jedoch die Verwertung der frei werdenden Wärme zur Konzentrierung
der entstehendenAmmonnitratlösung auf Schwierigkeiten. Die Salpetersäure ist nämlich
im Gegensatz zur hitzebeständigen Schwefelsäure bei den im Verlauf der Neutralisierung
innerhalb der Ammonnitratschmelze auftretenden hohen Temperaturen leicht flüchtig,
so daß die Gefahr von Stickstoffverlusten besteht, wenn man die Säure ohne besondere
Vorsichtsmaßnahmen mit Ammoniak zusammenführt. Infolgedessen hat man bislang in
der Regel die frei werdende Wärme durch Kühlung unschädlich gemacht Es ist ferner
bereits vorgeschlagen worden, die Stickstoffverluste dadurch zu vermeiden, daß die
Vereinigung der Komponenten im unteren Teil des Reaktionsbehälters unter einem Überdruck
erfolgt, bei dem das Reaktionsgemisch nicht siedet. Die Reaktionswärme des unter
Druck befindlichen Gemisches wird dabei auf vom Überdruck entastete, bereits neutrale
Ammonnitratlösung übertragen, aus der infolge der Druckentlastung Wasserdämpfe entweichen,
so daß die Lösung konzentriert wird. Wenn auch dieses Verfahren infolge des verwendeten
Überdruckes wohl Stickstoffverluste vermeidet, so ist doch ein Nachteil darin zu
erblicken, daß gerade wegen dieses Überdruckes besondere apparative Anforderungen
notwendig sind.
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Es wurde nun gefunden, daß bei Einführung der Reaktionskomponenten
unmittelbar nebeneinander im unteren Teil des Reaktionsbehälters in feiner Verteilung
die Anwendung eines erhöhten Druckes nicht erforderlich ist, wobei ebenfalls auf
eine besondere Kühlung verzichtet werden kann.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird Salpetersäurelösung mittlerer
Konzentration und Ammoniak enthaltendes Gas in feinster Aufteilung innerhalb bereits
gebildeter siedender Ammonnitratschmelze zusammengeführt. Die Vereinigung der beiden
Komponenten erfolgt, wie bei dem eingangs erwähnten, unter Überdruck arbeitenden
Verfahren bekannt, im unteren Teil eines mit Schmelze gefüllten Sättigers. , Trotz
Anwendung einer Salpetersäure von mittelstarker Konzentration, deren Siedepunkt
z. B. bei r 2o° C liegt, treten keine
Säure- oder Stickoxydgase
in den Dampfraum über, obwohl die Salpetersäure in eine heiße Schmelze gelangt,
deren Temperatur bis zu 16o° C betragen kann. Die fein verteilte . Salpetersäure
findet nämlich auf ihrem j@V.,.. zur Oberfläche der siedenden Schmelze Zgt, das
Ammoniak zu binden, so daß aus der Schmelze nur Wasserdämpfe, evtl. zur Schonung
der Apparatur mit etwas Ammoniakgas vermengt, entweichen. Auch etwa innerhalb der
Schmelze gebildete Ammonnitratnebel werden bereits durch die Waschwirkung der Ammonnitratschmelze
niedergeschlagen.
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Zur Erläuterung der Arbeitsweise des vorliegenden Verfahrens diene
folgendes Beispiel: In den unteren Teil einer bei etwa 15o° C siedenden Ammonnitratschmelze
werden 55-bis 65%ige Salpetersäurelösung und Ammoniakgas, beide in feiner Verteilung,
eingeführt, wobei die Einführungsstellen. sich in engster Nachbarschaft befinden.
Uie Höhe der Flüssigkeitsschicht beträgt i bis i,5o in. Die abziehenden, durch die
Reaktionswärme entwickelten Wasserdämpfe sind frei von sauren Bestandteilen und
dienen zum Vor= wärmen des Ammoniaks und der Salpetersäure. Die Schmelze wird kontinuierlich
abgezogen und liefert ein sehr wasserarmes, nach dem Abkühlen in seiner Gesamtheit
erstarrendes, festes Produkt.
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Bei dem vorliegenden Verfahren ist man auch in der Lage z. B. für
Sprengstoffzwecke ein noch höher prozentiges Salz zu erhalten, wenn man die Bildung
des Ammonnitrats unter sonst gleichen Bedingungen in,einer bei geringem Vakuum siedenden
Schmelze vornimmt. Die eine Siedepunkterniedrigung auslösende Druckverminderung
ermöglicht nämlich eine weitere Konzentrierung der Schmelze, verhindert aber einen
durch die Reaktionswärme bewirkten zu hohen Temperaturanstieg, der die Gefahr einer
Zersetzung des Ammonnitrats mit sich bringen würde. Die Höhe des Unterdruckes wird
so gehalten, daß eineübersättigung der Schmelze und Ausscheidung von Kristallen
im Vakuumgefäß verhindert wird.
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Die Vakuumbehandlung kann auch in einem zweiten Gefäß vorgenommen
werden. Diese Art der Betriebsführung wird man zweckmäßig bei, hoher Belastung der
Apparatur anwenden, da dann die Gefahr besteht, daß aus dein ersten Gefäß, dem eigentlichen
Sättigerraum, zusammen mit den Wasserdampfbrüden noch Ammonnitratnebel, evtl: mit
Säure oder Amm:oniakdämpfenvermengt, entweichen. Die durch den Waschprozeß im ersten
Gefäß nicht vollständig niedergeschlagenen Nebel werden dann im zweiten Gefäß, das
evtl. unter Vakuum gehalten wird und mit Schmelze aus dem ersten Gefäß beschickt
ist, nachgewaschen. Bei dieser besonderen Ausgestaltung des Verfahrens treten auch
bei hohen Durchsätzen Stickstoffverluste nicht auf.
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Die Arbeitsweise des Verfahrens ist aus der beiliegenden Zeichnung
ersichtlich.
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In dem unteren Teil eines mit siedender Ammonnitratschmelze gefüllten
Sättigers I werden Ammoniakgas und Salpetersäürelösung, nachdem sie gemeinsam in
einem Vorwärmer :b auf etwa 70°C erwärmt wurden, in feiner Verteilung eingeführt.
Die bei 3 abziehenden Brüden passieren ein Gebläse 4. und durchstreichen den Sättiger
5, in den mittels der Vakuumpumpe 6 heiße Schmelze durch die Leitung 7 eingezogen
wird. In dem Gefäß 5 werden aus dem Sättiger i mitgerissene Ammonnitratnebel zurückgehalten,
während die salzfreien Brüden im Vorwärmer z zur Vorwärmung der Ausgangsstoffe dienen
und dann in üblicher Weise im Kondensator 8 niedergeschlagen werden. Die fertige
Schmelze wird in einen der Frederking-Apparate g abgelassen und, erstarrt in den
Kristallisatoren io.