Способ получения фтористого аммония

 

Изобретение относится к способам получения фтористого аммония. Фтористый аммоний получают нейтрализацией газообразного фтористого водорода аммиаком при 170-190°С с последующим отделением твердых частиц соли фтористого аммония от избыточного аммиака. Нейтрализацию фтористого водорода ведут аммиаком, содержащим твердые частицы фтористого аммония размером до 5 мкм в количестве 80-100% при их концентрации в аммиаке 6-50 г/м<SP POS="POST">3</SP>. Способ позволяет увеличить производительность процесса с 15 кг/м<SP POS="POST">3</SP> ч до 15,6-36,0 кг/м<SP POS="POST">3</SP> ч при сохранении высокого содержания основного вещества в продукте (99,9%). 1 табл.

А1 с)п 1 С 01 С 1/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4346471/23-26 (22) . 1,12.87 (46, 3.08.89. Бюл. № 31 (71) Дзержинский филиал Ленинградского научно-исследовательского и конструкторского института химического машиностроения (72) Н.А. Романычева, В.П. Пчелин, В.Г, Шляхтов и В.Н. Блиничев (53) 661.847(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 785196, кл, С 01 С 1/16, 1979. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРИСТОГО

ЛИМОНИЯ (57) Изобретение относится к спосоИзобретение относится к процессам синтеза неорганических соединений, а именно к способам получения фтористого аммония реактивной квалификации.

Целью изобретения является увеличение производительности процесса при сохранении высокого содеркания основного вещества в продукте.

Гаэофаэная реакция фтористого водорода с аммиаком по кинетике относится к мгновенным реакциям.

Как только пары фтористого водоро. да, введенные через форсунку в реакционную зону, заполненную газообразным аммиаком, вступят в контакт с аммиаком, мгновенно по всему фронту факела происходит гаэофазная реакция нейтрализации, сопровождающаяся образованием твердых частиц фтористого аммония и значительным тепловыцелением. В этой реакции скорость бам получения фтористого аммония.

Фтористый аммоний получают нейтрализацией газообразного фтористого воо дор ода аммиаком при 1 70-190 С с последующим отделением твердых частиц соли фтористого аммония от избыточного аммиака. Нейтрализацию фтористого водорода ведут аммиаком, содер—

h жащим твердые частицы фтористого аммония размером до 5 мкм в количестве

80-1007 при их концентрации в аммиаке 6-50 г/м . Способ позволяет увеличить производительность процесса с 15 до 15,6-36,0 кг/м - ч при сохранении высокого содержания основного вещества в продукте (99,9X) . 1 табл . турбулентного конвективного теплоотвода от фронтальной поверхности факела к теплообменной поверхности намного меньше скорости реакции нейтрализации, поэтому происходит быстрый подъем температуры в узкой прикорневой зоне факела фтористого водорода и при температуре вьппе

180 С, а особенно, вьппе 190 С ско рость прямой реакции падает и заметно возрастает реакция образования кислых солей фторида аммония, В связи с указанным, в газофазной реакции фтористого водорода с аммиаком устанавливается определенная зависимость производительности прямой реакции в факеле от скорости теплоотвода которая ограничена поверхностью факела и условиями теплопереноса от него к охлаждающей поверхности.

3 50246

Предлагаемый способ позволяет значительно увеличить производительность прямой реакции образования фтористого аммония на границе факела фтористого водорода sa счет перераспределения контакта реагентов с ysкой фронтальной поверхности факела на контакт по всему реакционному объему.

Твердые частицы фтористого аммония, попадая с аммиаком в зону факельной реакции, мгновенно испаряются, разлагаясь при этом на исходные аммиак и фтористый водород. Таким15 образом, в зоне факельной реакции одновременно присутствует две взаимно противоположные реакции: реакция образования твердых частиц соли фтористого аммония из газообразных 2р фтористого водорода и аммиака, сопровождающаяся выде лением большого количества тепла, и реакция разложения твердых частиц фтористого аммония, внесенных в зону контакта с 25 факелом фтористого водорода аммиаком, протекающая за счет выделенного тепла первой реакции до исходных аммиака и фтористого водорода.

В результате совмещения этих реак- gp ций на границе факела фтористого водорода наблюдается резкое снижение температуры в зоне факела вследствие чего увеличивается избирательность реакции обРазования твердой соли фторида аммония, а появление в зоне факела дополнительного количества твердых частиц и газовых компонентов способствует лучшей турбулизации перемешиваемых потоков 4О и выравниванию температур в поперечном сечении реакционного объема.

Важнейшим условием сохранения высокого содержания основного вещества (не менее 99,9X) во фториде аммония при повышении производительности процесса является полное. испарение твердых частиц фтористого аммония, внесенных аммиаком в зону реакции с фтористым водородом.

sp

Дпя обеспечения полного испарения твердых частиц фтористого аммония, внесенных в зону факела аммиаком, .размер частиц в газовэвеси должен быть очень малым и не превышать 5 мкм (дым). Наличие в гаэовэвеси с амжаком частиц размером более 5 мкм, а, особенно, более 10 мкм свыше 20Z заметно снижает содержание основного вещества в твердой соли, так как недоиспарившиеся частицы сами становятся источником образования кислых солей.

При реализации предлагаемого способа можно использовать как неразбавленные компоненты реакции, так и в смеси с инертами, например азотом.

Избыток аммиака в зоне реакции с фтористым водородом обеспечивает- ся различными техническими средствами, например циркуляцией сквозного потока аммиака в замкнутом объеме.

Избыток аммиака в зоне факела фтористого водорода может достигать очень больших значений (десятки и даже сотни моль на 1 моль фтористого водорода) .

Замкнутый контур технологического процесса получения фтористого аммония с использованием неразбавленных компонентов сводит к минимуму технологический избыток аммиака для реакции (от 2 до 5X) и ликвидирует унос мелкой фракции пыпи продукта.

Пример 1,(известный). В аппарат диаметром 0,15 м и высотой

1,8 м сверху подают пары фтористого водорода и газообразный аммиак в молярном отношении 1:1,05.

В результате нейтрализации фтористого водорода аммиаком образуются твердые частицы фтористого аммония, которые отделяют от потока избыточного аммиака гравитационным осаждением, а избыточный аммиак, очищенный от мельчайших частиц фторида аммония и охлажденный, возвращают в зону факельной реакции с фторнстым водородом.

Температуру в зоне факела поддеркивают в пределах 170-190 С расходом реагентов на реакцию. При температуре в зоне реакции 180 С расход реагентов составляет 245 г в час фтористого водорода и 219 г в час аммиака °

Получено 700 r фтористого аммония с выходом по фтористому водороду

99, 1Х, содержанием основного вещества 99,9Х, бифторида аммония 0,097,.

Производительность способа с 1 м реакционного объема составляет 15 кг в час фтористого аммония.

Пример 2. В аппарат, аналогичный описанному в примере 1, подают

4 сверху пары фтористого водорода н

02467 6

5 15 газообразн«й аммиак в молярном отноше«п«и 1: 1, 05.

В результате нейтрализации фтористого водорода аммиаком образуются твердые частицы фтористогс аммония. Наиболее крупные частицы (в основном агломераты частиц) отделяют от потока избыточного аммиака гравитационным осаждением, а мелкие и субмикронные частицы, состоящие на

887 из частиц размером 0,01-5 мкм и представляющие газовзвесь с концентрацией 20 г/м аммиака, охлаждают и направляют в зону активной реакции с фтористым водородом.

При температуре в зоне реакции о

170 С расход реагентов составляет

335 r/÷ фтористого водорода и 299 r/÷ аммиака. Получают, 650 r фтористого аммония с выходом по фтористому водороду 99,37., содержанием основного вещества 99,947., бифторида аммония

О, 05, Прои э водит ель ность способа с 1 м реакционного объема составляет ?0,5 кг/ч фтористого аммония.

Пример 3. Процесс ведут в условиях примера 2 ° На реакцию с фтористым водородом подают газовзвесь из мелких и субмикронных частиц фтористого аммония в аммиаке °

Концентрация твердьм частиц в газовзвеси 40 г/м . Содержание частиц с размером 0,01-5 мкм — 85X. Максимальный расход реагентов при 190 С составляет 479 г/ч фтористого водорода и 428 r/÷ аммиака. Получают

950 г фтористого аммония с выходом е по фтористому водороду 99,3X, содержанием основного вещества 99,927, бифторида аммония О, 047. Производительность спос оба с 1 м р еа кци онного объема составляет 29, 3 xr /ч фтористого аммония.

Пример 4. Процесс ведут в условиях примера 2. На реакцию с фтористым водородом подают газовэвесь иэ мелких и субмикрон«ых частиц фтористого аммония в аммиаке. Концентрация твердых частиц в газовэвеси

50 г/м . Содержание частиц с размером 0,01-5 мкм — 80X. Максимальный расход реагентов при 190 С составляет 590 r/÷ фтористого водорода и

527 r/÷ аммиака. Получают 1200 r фтористого аммония с выходом по фтористому водороду 99,257., содержанием основного вещества 99,917., бифторида аммония 0,06/. Проиэводитель5 I0

50 ность сп ос оба с 1 и р В3 K1fH o«I«IoI объема составляет 36 KI /÷ фтористого аммония .

Пример 5. Процесс ведут и уев ловиях примера 2. На реакцию с фтор««стым водородом подают газовзвесь из мелких и субмикронных частиц фтористого аммония в аммиаке, полу«ен««ую смесь после отделения от потока избыточного аммиака крупньгх частиц фтористого аммония гравитационным осаждением, Концентрация твердых частиц в аммиаке 60 г/м . Содержаж«е частиц размером О, 01-5 мкм — 85X. Макси««а«ьный расход реагентов при 170-190 С составляет 590 r/÷ фтористого водорода и 527 r/÷ аммиака, Получено

1150 г фтористого аммония с выходом по фтористому водороду 99,17, содержанием основного вещества 99,97, бифторида аммония 0,087. Производительность способа с 1 м реакционного объема составляет 36 кг/ч фтористого аммония.

Пример 6. В аппарат, аналогичный описанному в примере 1, подают сверху пары фтористого водорода и газообразный аммиак в молярном отношении 1:1, 02. Аммиак содержит твердые частицы фтористого аммония в концентрации 50 г/м . Доля твердых частиц размером 0,01-5 мкм сос" тавляет 707..

В результате нейтрализации фтористого водорода аммиаком образуются твердые частицы фтористого аммония.

Твердые частицы отделяют от потока избыточного аммиака гравитационным осаждением, а избыток ам««иака, очищенный ст мельчайшей льни фторида аммония и охлажденный, возвращают в зону реакции с фтористым водородом.

При температуре в зоне реакции

170-190 С максимальный расход реагентов составляет 576 г/ч фтористого водорода и 499 г/ч аммиака. Получают

1100 г фтористого аммония с выходом по фтористому водороду 99,27., содержанием основного вещества 99,143, би" фторида аммония 0,817.. Производительность способа с 1 м реакционного объема составляет 35,2 кг/ч фтористого аммония.

Примеры 7-12 ведут в условиях примера 6, пример 13 — в условиях примера 2.

1502467

5 мкм меньше ЯОЕ происходит снижение содержания основного вещества в продукте ниже уровня по известному способу (99,97).

Изобретение позволяет увеличить производительность процесса с 15 до 15,6-36,0 кг/м .ч при сохранении высокого содержания основного вещества в продукте 99,97.

Фор мул а изобретения

При ер

Расход реагентов на реакцию, г/и

Пронэво- ГодерСодерканне бифторида аммония

Еонцентрацня частиц фторнстого днтспьность канне основчастиц фторнс- Фторнс- Л.еанак тый водород на единн- ного аммония вещества в цу реакционного обьема, кг/ма. ч того аммония в продукте, Х раэмером до

5 мкм в в аммиаке, г/м аммиаке

Пэвестнмй

245 219 15 О 99 90 О 09

0р еди I. аI — м а1

) вв

85 во

7О

1,О

1оо

1О0

0,05

0,04

0,06

0Ä08

0,81

i,06

0,18

2>62

0,02

0,09

О,О7

1,50

99,94

99 92

99,91

99,90

99, 14

98,80

99,80

97,20

99,95

99,90

99,92

98,20

20,5

29,3

36,0

36,0

35,2

29,5

35,5

15,5

35„2

15,6

15,0

35,8

299

428

527

527

499

419

504

499

221

2I2

523

479

576

483

5B l

253

576

244

585

5Î

46 ь

3„5

8Р

6

8

11

13

Составитель П

Техред Л.Олий

Крюков а

Корректор M Васильева

Редактор Г. Волкова нык

Заказ 5030/27 Тираж 435 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям лри ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, vrr. Гагарина,101

Данные по ре ультатам приведенных примеров приведены r» таблице.

Иэ таблицы следует, что при концентрации частиц фтористого аммония

5 в аммиаке менее 6 г/мэ происходит снижение производительности процесса до уровня пз73естного способа, поскольку эффект снцже1гня локальных температур в зоне факела начинает проявляться при концентрациях твердых частиц в аммиаке, 11опаваемом íà реакцию,.парада.;1 6 г/«-" . Верхняя граница концентрации твердых частиц в аммиаке ограничена равновесными условиями образования твердой соли фторида аммония из газообразных реагентов при

170-190 С. -arlíîâåñíàÿ концентрация паров фтористого водорода при этих условиях находится в пределах 35- . 20

50 г/м . Следовательно, использование на реакцию аммиака с ко7Й1ентрацией твердых частиц выше 50 г/м не дает эффекта увеличения производительности процесса и, кроме того, сказывается отрицательно на качестве получаемой соли фтористого аммония.

При снижении количества частиц фтористого аммония с размером до

Способ получения фтористого аммония, включающий нейтрализацию газообразного фтористого водорода аммиаком при 170-190 С с последующим отделением твердых частиц фтористого аммония от избыточного аммиака, о т л и ч а и шийся тем, что, с целью увеличения производительности процесса при сохранении высокого содержания основного вещества в продукте, на нейтрализацию подают аммиак, содержащий твердые частицы фтористого аммония размером до 5 мкм в количе тве 80-1007 при их концентрации в аммиаке 6-50 г/м,