ТЕХНОЛОГИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

ИССЛЕДОВАНИЕ РАВНОВЕСИЯ НИТРОЗНОГО ГАЗА С РАСТВОРАМИ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ ПРИ ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ И НИЗКИХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ ОКИСЛОВ АЗОТА

Для решения многих задач в технологии азотной кисло­ты нужны достаточно объективные и полные сведения о рав­новесии окислов азота с растворами азотной кислоты, охва­тывающие широкий диапазон условий. С целью получения таких данных были проведены углубленные теоретические и экспериментальные исследования системы окислы азота — растворы азотной кислоты |Т—4]. Эти исследования позво­лили по-новому объяснить многие вопросы, касающиеся рав­новесия в данной системе, получить новые важные данные о равновесном составе жидкой фазы. Однако в указанных работах равновесие изучено в диапазоне параметров, не ох­ватывающем все возможные области изменения технологи­ческих условий в процессах переработки окислов азота в азотную кислоту. Поэтому было целесообразно продолжить эти исследования с применением новой, усовершенствованной методологии, с целью получения более полных, надежных и объективных данных.

Исследование равновесия между окислами азота и рас­творами азотной кислоты проводили при 0, 10, 30 и 40 °С в диапазоне изменения нитрозности газа от 1,5 до 5 об. % и степени окисления от 5 до 95% при постоянном давлений (атмосферном). Исследования проводили динамическим ме­тодом. описанным в работе [5]. Анализ жидкой фазы про­водили по [2—4]. Результаты экспериментов представлены tta рисунках 1—7.

Полученные зависимости равновесной концентрации азот­ной кислоты от общей нитрозности газа, степени его окисле­ния и температуры согласуются с известными ранее данны-

Ми — концентрация кислоты тем выше, чем больше нитроз - ность газа, степень его окисления и чем ниже температура. На рис. 1. показана зависимость концентрации азотной кис­лоты от а для температур 0, 10, 30, 40 °С. При Pno+no2 ~ ~0,05 атм. и 40 °С увеличение а от 5 до 90% приводит к по­вышению равновесной концентрации от 15,6 до 62,7% HN03. Снижение температуры от 40 до 0°С при а=80% приводит к повышению концентрации кислоты на 2,5—4%. Влияние температуры на равновесную концентрацию азотной кислоты Можно видеть также на рис. 2.

Заметим, что при невысокой нитрозности газа, равной но при высокой его степени окисленностн а=92ч - "^94% можно получить азотную кислоту концентрацией вы-

Ще60%.

В связи с тем, что процесс кислотообразования происхо­дит в основном в жидкой фазе представляют большой инте­рес подробные данные о равновесном составе жидкой фазы, g работах [2—4] приведены результаты исследований по этому вопросу. Однако данных о равновесном содержании окислов азота в растворах азотной кислоты для указанных диапазонов нитрозности и температуры в литературе не име­ется.

Полученные в настоящей работе данные свидетельствуют о том, что существует определенная взаимосвязь между пар­циальными давлениями N0 и N02 в газовой фазе и их со­держанием в растворе.

С увеличением парциального давления N02 в газе увели­чивается концентрация CN02 в растворе. На рис. 3 видно, что Cm увеличивается с увеличением концентрации HN03 для газа постоянной нитрозности. Это связано с тем, что при по­стоянной нитрозности концентрация HN03 возрастает вслед­ствие увеличения парциального давления двуокиси азота в нитрозном газе. Концентрация окиси азота в жидкой фазе также возрастает с увеличением Рno в нитрозном газе. Зави­симость Cno=/(Chnoii) представлена на рис. 4. Снижение Cno с увеличением концентрации HN03 связано с тем, что при pno+no2=const увеличение концентрации кислоты соот­ветствует понижению Рта о в газовой фазе.

В исследованных условиях растворимость N02 в раство­рах азотной кислоты значительно превышает растворимость N0. Поэтому суммарная концентрация окислов азота в жидкости (Cno+no2) будет возрастать с увеличением кон­центрации HN03 при постоянной нитрозности газа (рис. 5). На суммарную растворимость большее влияние будет оказы­вать увеличение содержания двуокиси азота с увеличением Рмоа в газе по сравнению с уменьшением Cno в жидкой фазе за счет уменьшения Рмо в газовой фазе.

Чтобы исследовать зависимость равновесного содержания N0 и N02 в жидкой фазе от концентрации азотной кислоты при постоянных значениях Pno и Pno2> были рассчитаны величины

^NO, CN0o

И no2 = 7г— •

Noa

Величины //no и //no3 характеризуют удельную раство­римость окиси и двуокиси азота в растворах азотной кисло­ты.

Рис. 6. Зависимость удельной рас­творимости двуокиси азота от кон­центрации азотной кислоты. PNO+NOj=0,05 атм. Температура,°С: / — 0; 2— 10; 3— 40

Из графиков, представленных на рис. 6 и 7, можно ви­деть, что величина Н no увеличивается, а величина Ико уменьшается с ростом концентрации HN03. При этом в об­ласти высоких концентраций азотной кислоты удельная рас­творимость N0 резко возрастает, а удельная растворимость N02 резко уменьшается. Такими зависимостями //no, и //no от концентрации азотной кислоты можно объяснить слож­ность получения азотной кислоты повышенной концентра­ции.

Действительно, получить крепкую азотную кислоту (бо­лее 65—68%) можно либо при условии значительного уве­личения парциального давления N02 в газе либо при усло­вии очень малого содержания N0 в газе. В противном слу­чае равновесие реакции

ЗК02+Н20^2Н\0з+\'0

Будет сдвинуто влево в результате значительного увеличения концентрации N0 в - растворе крепкой азотной кислоты либо' вследствие понижения концентрации N02.