Равновесное давление оксидов азота над нитрозами Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

_ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ_

Т 56 (12) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2013

УДК 661.56+533.2+661.98

П.П. Ким, А.М. Петровский, А.А. Перетрутов, М.Н. Чубенко, В.А. Комаров

РАВНОВЕСНОЕ ДАВЛЕНИЕ ОКСИДОВ АЗОТА НАД НИТРОЗАМИ

(Дзержинский политехнический институт НГТУ им. Р.Е. Алексеева) e-mail: [email protected]

Определено давление паров оксидов азота над нитрозами, содержащими 72 - 74 % H2SO4, в интервале температур 293 - 443 K и нитрозности раствора 0,5 - 4,0 % N2O3. Предложено эмпирическое уравнение для расчета давления паров.

Ключевые слова: серная кислота, нитроза, парциальное давление, оксиды азота, азотная кислота

Одним из важнейших продуктов химии и химической технологии является серная кислота. Большое количество ее используется в качестве рабочей среды или водоотнимающего средства и после ее применения в основных производствах она не входит в состав конечных продуктов, а выводится в виде отходов. По данным [1, 2] насчитывается более 200 видов сернокислотных отходов, а их годовой объем составляет около 10 % общего производства серной кислоты при ежегодном приросте 2,5 - 3,0 %. Несмотря на существующую тенденцию замены процессов на базе серной кислоты более совершенными и малоотходными технологиями, на современном уровне развития науки и техники применение серной кислоты и олеума в ряде производств не может быть исключено. Поэтому проблема утилизации сернокислых отходов актуальна в настоящее время и в перспективе. Одним из способов утилизации сернокислотных отходов является повторное использование. В производстве высокоэнергетических веществ возвращение отработанной серной кислоты, возможно, после ее денитрации и концентрирования.

Исследование денитрации нитрозы концентрированным сернистым газом показало, что разбавление кислоты до 74 - 73 % H2SO4 вызывает значительное увеличение интенсивности и коэффициента скорости абсорбции SO2 нитрозой. Ниже этой концентрации рост указанных показателей замедляется, и ход кривых меняет свое направление [3 - 5].

На благоприятное влияние на регенерацию оксидов азота при разбавлении нитрозы до 73 % H2SO4 указывали и другие исследователи [6]. Это,

по-видимому, обусловлено тем, что при концентрации 73 % H2SO4 наблюдается ряд аномальных явлений: теплота парообразования оксидов азота из нитрозы достигает максимального значения; а растворимость N0 минимальная; это точка взаимного перехода гидратов H2S044H20^ H2SO4•2H2O; ниже этой концентрации происходит резкое повышение коэффициентов активности оксидов азота в нитрозах.

В связи с разработкой технологического процесса по переработке концентрированного сернистого газа [4, 5] появилась необходимость определения равновесного парциального давления оксидов азота над нитрозой с массовой долей серной кислоты 72 - 74 %. Методики эксперимента и обработки полученных данных описаны в [7].

Впервые были определены равновесные парциальные давления не только N2O3 и НК03, но и N0. На рисунке представлено суммарное давление оксидов азота при концентрации исходной серной кислоты 73 %. По полученным экспериментальным данным было выведено эмпирическое уравнение для определения как равновесного парциального давления оксидов азота и азотной кислоты, так и суммарного давления паров во всем исследованном диапазоне изменения составов.

т+ат -

■'N2O, -гЭ

lg P = aCN oT + bCl oT + cC,

еСЫ203 /Сща1 §СЫ203 где Р - равновесное парциальное давление, кПа; Т -температура, К; С^о - содержание N2O3 в нитрозе, % масс.

Значения коэффициентов приведены в таблице.

2^3

136

ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2013 том 56 вып. 12

Р сум, кПа 1

40 - /и

30 - у 2

20 - у/ 3

10 -

0 -

290 340 390 Т, К 440

Рис. Зависимость суммарного давления паров от температуры при концентрации серной кислоты 73 % и при концентрации N2O3: 1 - 4,0 %; 2 - 2,5 %; 3 - 1,5 %; 4 - 0,5 % Fig. Dependence of total pressure of vapors on temperature at concentration of sulfuric acid of 73 % at concentration of N2O3: 1 - 4.0 %; 2 - 2.5 %; 3 - 1.5 %; 4 - 0.5 %

Таблица

Значения коэффициентов Table. Values of coefficients

Максимальное отклонение расчетных данных от экспериментальных не превышает ±8 %. Полученное эмпирическое уравнение можно использовать для определения равновесного парциального давления, для выяснения механизма гидролиза нитрозилсерной кислоты [8] и расчета оборудования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кириллова Ж.В., Метелица Т.М., Нейперт К.В. Использование отработанных кислот в СССР и за рубежом. М.: НИИТЭХИМ. 1984. 27 с.;

Kirillova Zh.V., Metelitsa T.M., Neiypert K.V. Use of

waste acids in USSR and in abroad. M.: NIITEKHIM. 1984. 27 p. (in Russion).

2. Филонова Л.А., Метелица Т.М., Сущев В.С. // Химическая промышленность и промышленность по производству минеральных удобрений. Серия. Экономика и научная организация труда. 1989. Вып. 1. С. 11 - 18; Filonova L.A., Metelitsa T.M., Sushchev V.S. // Khimicheskaya promyshlennost po proizvodstvu mineralnykh udobreniy. Seriya. Ekonomika i nauchnaya or-ganizatsiya truda 1989. N 1. P. 11 - 18 (in Russian).

3. Иошпа И.Е., Ким П.П. // Журн. прикл. химии. 1969. Т. 42. Вып. 9. С. 1921 - 1925;

Ioshpa I.E., Kim P.P. // Zhurn. Prikl. Khimii. 1969. V. 42. N 9. P. 1921 - 1925 (in Russian).

4. Ким П.П., Иошпа И.Е., Малин К.М. // Журн. хим. пром-ть. 1983. № 9. С. 34 - 36;

Kim P.P., Ioshpa IE., Malin К.М. // Zhurn. Khim. Pro-mysh.. 1983. N 9. P 34 - 36 (in Russian).

5. Ким П.П. Научные основы высокоэффективных технологий регенерации нитрозной серной кислоты. Автореф. дис. ... д.т.н. ИГХТУ. 2002. 31 с.;

Kim P.P. Scientific bases of high performance technologies of regeneration of nitrose sulfuric acid. Extended abstract of doctor dissertation for technical science. Ivanovo: ISUCT. 2002. 31 p. (in Russian).

6. Савенкова Е.И., Олесова А.Л. Сб. Химия и технология минеральных удобрений. Ташкент. Изд. ФАН Узб.ССР. 1966. С. 65 - 72;

Savenkova E.I., Olesova A.L. Collection: Chemistry and technology of mineral fertilizers. Tashkent. BAN Yzb. SSR. 1966. P. 65 - 72 (in Russian).

7. Иошпа И.Е., Перетрутов А.А., Ким П.П., Кривоногов

B.П., Рыбакова Л.И. // Журн. прикл. химии. 1973. Т. 46. Вып. 5. С. 967 - 972;

Ioshpa I.E., Peretrutov A.A., Kim P.P., Krivonogov V.P., Rybakova L.I // Zhurn. Prikl. Khimii. 1973. V. 46. N 5. P.

967 - 972 (in Russian).

8. Петровский А.М., Ким В.П., Алехин А.В., Ким П.П. //

Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2005. Т. 48. Вып. 4.

C. 148 - 149;

Petrovkiy A.M., Kim V.P., Alekhin A.V., Kim P.P. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2005. V. 48. N 4. P. 148 - 149 (in Russian).

72 % H2SO4 73 % H2SO4 74 % H2SO4

pn2o3

a 0,0001 -0,0003 -0,0004

b - 0,0004 0,00251 0,00345

c 0,0002 - 0,0057 - 0,0084

d 0,0106 0,0139 0,0164

e 0,0658 -0,1022 -0,1540

f - 0,3042 0,9068 1,3621

g 0,1325 - 2,2881 - 3,5575

h 3,59 5,0201 6,2743

phno3

a 0,0003 0,0001 -0,0005

b - 0,00195 - 0,0007 0,0032

c 0,0027 0,0004 - 0,0063

d 0,0078 0,0098 0,0130

e 0,058 0,030 -0,2153

f - 0,322 - 0,1181 1,491

g 0,0462 - 0,4639 - 3,2659

h 3,5757 4,3343 5,7194

pno

a 0,0004 0,0011 0,0011

b - 0,00196 - 0,00677 - 0,00674

c 0,0021 0,011 0,0108

d 0,0053 0,0022 0,0028

e 0,2432 0,5101 0,5188

f - 1,2379 - 3,0818 - 3,0564

g 1,2374 4,6782 4,4735

h 3,2165 2,0722 2,4735

P L сум

a 0,0001 -0,0002 -0,0003

b - 0,00039 0,00178 0,00263

c 0,00008 - 0,0044 - 0,0066

d 0,0102 0,013 0,015

e 0,0588 -0,0473 -0,1154

f - 0,2341 0,5385 1,0674

g - 0,0917 - 1,7018 - 2,9496

h 3,4279 4,5603 5,6493

Кафедра процессов и аппаратов химической и пищевой технологии

ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2013 том 56 вып. 12

137