Способ утилизации серной кислоты из отработанных нитрационных смесей

 

Изобретение относится к технологии утилизации отходов химических производств и касается отходов серной кислоты, источником образования которых являются производства красителей, нитратов целлюлозы, взрывчатых веществ и других нитросоединений. Оно может найти применение в производстве коагулянта сернокислого алюминия. Способ утилизации серной кислоты из отработанных нитрационных смесей включает нагрев жидких смесей острым паром до температуры кипения и ректификационное разделение на компоненты. Выделенную при ректификационном разделении серную кислоту с концентрацией не менее 45 мас.% направляют в аппарат смешения компонентов производства неорганического коагулянта сернокислого алюминия. Предлагаемый способ позволяет получить из отработанных нитрационных смесей серную кислоту с содержанием моногидрата, отвечающим требованиям производства коагулянта сернокислого алюминия. При этом процесс ректификации осуществляют без водоотнимающего агента и связанных с этим непроизводительных затрат.

Изобретение относится к технологии утилизации отходов химических производств и касается отходов серной кислоты, источником образования которых являются производства красителей, нитратов целлюлозы, взрывчатых веществ и других нитросоединений. Оно может найти применение в производстве коагулянта сернокислого алюминия.

При промышленном синтезе нитросоединоний образуется значительное количество отработанных нитрационных смесей, утилизация которых представляет важную народнохозяйственную задачу, так как способствует расширению сырьевых ресурсов и предотвращает накопление токсичных отходов. К примеру, выход отработанных кислот при получении 1 т нитроцеллюлозы достигает 3,5-4,5 т [l].

Известен способ регенерации отработанных кислот процесса этерификации целлюлозы, включающий нагрев исходной жидкости состава в % масс: азотная кислота 15-20, серная кислота 35-45, остальное вода, острым водяным паром до температуры кипения и ректификационное разделение под вакуумом в колонне тарельчатого типа на компоненты. Для связывания воды, а также повышения упругости паров азотной кислоты при одновременном снижении упругости паров воды, в процесс вводят дополнительно на 1 т регенерируемой азотной кислоты 8-10 т 90-92% серной кислоты как водоотнимающего агента. Выделяющиеся при кипении тройной смеси пары азотной кислоты отводят из паровой зоны на конденсацию, полученную при охлаждении паров азотную кислоту крепостью 96-98% масс возвращают в производство для повторного приготовления нитрующих составов.

Оставшийся после отгонки азотной кислоты водный раствор серной кислоты упаривают непосредственным нагревом топочными газами с 65-70% до 90-92%, после чего вновь используют в качестве водоотнимающего агента в нитрующих составах и при ректификации отработанных смесей кислот [2].

К недостаткам существующего способа регенерации отработанных смесей азотной и серной кислот следует отнести многостадийность процесса, большой расход серной кислоты как водоотнимающего агента при разделении смесей на компоненты, ограничивающий производительность технологического оборудования. Упаривание водных растворов серной кислоты, топочными газами является трудоемким процессом, требующим значительного расхода энергоресурсов и сопровождающимся токсичными газовыделениями в окружающую среду.

В связи с сокращением объемов производства нитропродуктов и ростом цен на материальные и энергетические ресурсы стоимость регенерированных кислот превысила стоимость свежих кислот из минерального сырья в 2-4 раза, поэтому их использование при изготовлении нитратов целлюлозы значительно удорожает товарную продукцию и становится нерентабельным.

Более низким по технической сущности к предлагаемому решению является способ регенерации отработанных нитрационных смесей производства тротила. По данному способу отработанные кислоты состава в % масс: азотная кислота 0,5-0,7, оксиды азота - 4, серная кислота - 73, остальное - вода, нагревают острым водяным паром до температуры кипения и разделяют ректификацией на азотный и серный компоненты. В отличии от предыдущего способа ректификацию ведут без участия серной кислоты как водоотнимающего агента. Продуктами разделения являются 15-20% азотная кислота и 68-72% серная кислота, которые затем укрепляют до требуемой концентрации аналогично предыдущему способу и возвращают на нитрование (3) - прототип.

Поскольку разбавленную серную кислоту упаривают непосредственным нагревом топочными газами данному способу регенерации отработанных кислот присущи те же недостатки, что и способу регенерации кислот, принятому в производстве нитратов целлюлозы.

Недостатки способа регенерации отработанных нитрационных смесей производства тротила можно устранить, если найти применение разбавленной серной кислоте, образующейся при разделении смеси кислот на компоненты в ректификационной колонне, и отказаться от упаривания топочными газами.

Такое решение было найдено.

Серная кислота служит сырьем при получении коагулянта сернокислого алюминия. В типовом процессе применяют техническую серную кислоту с содержанием моногидрата 92-93 масс.% (4). Для вновь создаваемого производства коагулянта в целях выпуска конкурентоспособной продукции потребовалось заменить техническую серную кислоту на более дешевый и менее дефицитный реагент.

Экспериментально было установлено, что для эффективного протекания процесса получения коагулянта применима и менее концентрированная серная кислота вплоть до концентрации 45% масс. Кислоту средней концентрации можно получить путем регенерации отработанных нитрационных смесей. Наряду с производством коагулянтов эта кислота может найти применение в производстве минеральных удобрений, электрохимических и прокатных производствах, теплоэнергетике и многих других отраслях народного хозяйства.

Задачей предполагаемого изобретения является сокращение числа технологических стадий и упрощение процесса переработки отработанных нитрационных смесей, уменьшение расхода материальных и энергетических ресурсов, стоимости утилизируемых кислот, а также выбросов в атмосферу токсичных веществ.

Технический результат достигается тем, что в способе, включающем нагрев жидких смесей острым паром до температуры кипения и ректификационное разделение на компоненты, выделенную при ректификации серную кислоту с концентрацией не менее 45% масс. направляют, в аппарат смешения компонентов производства неорганического коагулянта сернокислого алюминия.

Пример осуществления способа Отработанную нитрационную смесь производства нитроцеллюлозы состава в % масс: азотная кислота - 18, серная кислота - 41, остальное вода разделяют на компоненты на ректификационной установке, состоящей из перегонного куба емкостью 0,5 дм³ с жидкостным обогревом, ректификационной колонки высотой рабочей части 400 мм с насыпной насадкой и головки колонки, где конденсируют пары азотной кислоты и разделяют конденсат на флегмовую жидкость и дистиллят Детали ректификационной колонки выполнены из термостойкого стекла.

Процесс разделения смеси осуществляют в такой последовательности.

Исходную жидкость в количестве 0,49 кг помещают в перегонный куб, включают нагрев перегонного куба и одновременно пускают воду, охлаждающую головку колонки. Жидкость в перегонном кубе нагревают до температуры кипения 125^oС, а пары азотной кислоты охлаждают до температуры конденсации 114^oС. Для установления равновесия фаз колонку выдерживают в этом температурном режиме 60 мин., после чего приступают к периодическому отбору дистиллята. Проводя отбор низкокипящего компонента в головке колонки в течение 45 мин., получают 0,17 кг азотной кислоты концентрацией 51,4% масс. После отделения азотной кислоты в кубе остается 0,318 кг серной кислоты с концентрацией 63%, которую подают на смешение с другими компонентами для получения коагулянта сернокислого алюминия.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать из отработанных нитрационных смесей серную кислоту с содержанием моногидрата, отвечающим требованиям производства коагулянта сернокислого алюминия. При этом процесс ректификации осуществляют без водоотнимающего агента и связанных с этим непроизводительных затрат.

Литература 1. Гиндич В.И. Технология пироксилиновых порохов. T.1, Казань, 1995. - С.233-247.

2. Лебедев А.Я., Тарасов А.П. Регенерация отработанных смесей азотной и серной кислот. М., Дом техники, 1963, с.13-14, 153.

3. Горст А.Г. Химия и технология нитросоединений. М., Оборонгиз, 1949, с.435.

4. Запольский А. К. , Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Л., Химия, 1987, с.50.

Формула изобретения

Способ утилизации серной кислоты из отработанных нитрационных смесей, включающий нагрев жидких смесей острым паром до температуры кипения и ректификационное разделение на компоненты, отличающийся тем, что выделенную при ректификации серную кислоту с концентрацией не менее 45 мас. % направляют в аппарат смешения компонентов производства неорганического коагулянта сернокислого алюминия.