Комплексна технологія утилізації некондиційних продуктів виробництва концентрованої азотної кислоти

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

КОМПЛЕКСНА ТЕХНОЛОГІЯ УТИЛІЗАЦІЇ НЕКОНДИЦІЙНИХ ПРОДУКТІВ ВИРОБНИЦТВА КОНЦЕНТРОВАНОЇ АЗОТНОЇ КИСЛОТИ

Спеціальність: Технологія неорганічних речовин

Саломахіна Світлана Олександрівна

Харків, 2006 рік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Раціональне використання природних ресурсів і захист навколишнього середовища має глобальний характер. У теперішній час в Україні в сховищах знаходиться майже 16,2 тисяч тонн меланжів - розчинів концентрованої азотної кислоти та оксида азоту (IV). У процесі тривалого зберігання меланжів відбувається погіршення показників якості, вони стають непридатними для експлуатації і виникає необхідність розробки ефективної технологічної схеми їх переробки для вирішення проблеми техногенного впливу небезпечних відходів на навколишнє природне середовище.

Переробка меланжів на основі НNO3 ускладнена тим, що до їхнього складу входять антикорозійні домішки: йод, фтористий водень, ортофосфорна кислота. Вилучення інгібіторів корозії є першочерговою та найголовнішою стадією технологічного процесу. На сьогоднішній день розроблена тільки технологічна схема переробки фторвмісних меланжів на основі НNO3, а способу комплексної технології переробки некондиційних йодовмісних розчинів НNO3H2ON2O4 немає. Особливу увагу варто приділити вивченню процесу вилучення сполук йоду із системи НNO3H2ON2O4I2HIO3 різними способами. Дані, що є у патентній та науково-технічній літературі про такі багатокомпонентні системи, носять головним чином загальний характер і недостатні для організації технологічного процесу вилучення йоду із йодовмісних меланжів на основі НNO3 в промислових умовах. Таким чином, перспективним і актуальним напрямком досліджень для України є створення екологічно безпечної технології переробки некондиційних йодовмісних меланжів на основі НNO3 з одержанням корисних продуктів для промисловості нашої країни.

У зв'язку з різким скороченням споживання концентрованої НNO3 виникає потреба розробити комплекс заходів з консервації цього виробництва. Для вирішення цієї проблеми актуальним завданням є розроблення технології приготування реагенту-консерванту для обробки технологічного обладнання та обстеження технологічної схеми очищення стічних вод, які утворюються при підготовці устаткування до консервації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в закритому акціонерному товаристві “Сєвєродонецьке об'єднання Азот” (м. Сєвєродонецьк) відповідно до міжгалузевої науково-технічної програми "Використання відходів виробництва і споживання на період до 2005 року" (Постанова КМ України від 15.06.1999р. №1033), комплексної програми з підвищення ефективності виробництв ЗАТ “Сєвєродонецьке об'єднання Азот” (Наказ Мінпромполітики України від 09.06.2004р. №274), у рамках науково-дослідних робіт науково-технічного центру ЗАТ “Сєвєродонецьке об'єднання Азот” №7-02 “ Розробка заходів з консервації виробництва концентрованої НNO3” і №65 - 03 “Випробування і обстеження схеми подавання стоків виробницива адипінової кислоти на біохімічні очисні споруди підприємства”, у виконанні яких здобувач приймав участь.

Мета і задачі дослідження.

Мета роботи - розробка комплексної технології переробки некондиційних меланжів на основі НNO3 з вилученням сполук йоду та обґрунтування науково-технічних заходів при консервації технологічного обладнання виробництва концентрованої НNO3.

Публікації.

За темою дисертації опубліковано 15 робіт, серед них - 8 статей у фахових виданнях ВАК України, 2 патенти України.

Структура й обсяг дисертації.

Дисертаційна робота складається з вступу, 6 розділів, висновків, 9 додатків. Повний обсяг дисертації 160 сторінок, 28 ілюстрацій та 23 таблиці за текстом, 9 додатків на 15 сторінках, 119 найменувань використаних літературних джерел на 11 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано її мету, викладено наукову новизну, практичну цінність та результати реалізації роботи в промисловості.

У першому розділі зроблено огляд науково-технічної літератури щодо проблеми вилучення йоду і його сполук із складних систем за участю НNO3. Розглянуто фізико-хімічні властивості йоду і його сполук, існуючі способи видобутку йоду в світі, розчинність йоду у системі НNO3H2O. Проведений аналіз дозволив установити можливість вилучення сполук йоду із йодовмісних розчинів НNO3H2ON2O4 різними способами.

Розглянуто сучасний стан ринку концентрованої НNO3 у світі і в Україні. Наведено фізико-хімічні характеристики відходів виробництва концентрованої НNO3 і можливі способи їх переробки та знешкодження. Висвітлено питання існуючих композицій з використанням фосфатів для захисту технологічного обладнання від корозії. Описано матеріали, які застосовуються при консервації хімічного устаткування і вимоги до них. На підставі літературного огляду сформульовано мету та основні задачі наукових досліджень.

У другому розділі представлено результати досліджень розчинності йодноватої кислоти і йоду в системі НNO3H2O, фазової рівноваги у системах НNO3H2ON2O4I2HIO3 і НNO3H2OHIO3 та кінетики процесу вилучення йоду з йодовмісних розчинів НNO3H2ON2O4.

Експериментальні дослідження фазової рівноваги у системі НNO3H2OHIO3 указують на те, що при збільшенні концентрації НNO3 у рідкій фазі і відповідно зменшенням у ній вмісту йодноватої кислоти, концентрація HIO3 в паровій фазі зменшується. При збільшенні концентрації НNO3 зменьшується температура кипіння розчину, що зменшує пружність пари HIO3. На підставі отриманих даних розраховано флегмове число, якому відповідає одна теоретична тарілка. Це вказує на те, що розділення системи НNO3H2OHIO3 на компоненти можливо проводити випарюванням розчину без подачі флегми.

Третій розділ присвячений дослідженням процесу повного вилучення йоду і його сполук із системи НNO3H2ON2O4I2HIO3 різними способами, що є найголовнішою стадією технологічної схеми переробки некондиційних йодовмісних меланжів на основі НNO3.

Аналіз даних розчинності йодатів у воді свідчить про те, що для вилучення йоду і його сполук із системи НNO3H2ON2O4I2HIO3 доцільно використовувати нітрат кальцію та нітрат калію. Теоретично взаємодію нітрату кальцію і нітрату калію з сполуками йоду можна описати реакціями:

Експериментальні дослідження процесу взаємодії нітрату кальцію і нітрату калію з сполуками йоду системи НNO3H2ON2O4I2HIO3 проводили при атмосферному тиску і температурах 273-313 К з подальшою фільтрацією осаду. Вивчався вплив технологічних параметрів на процес вилучення сполук йоду з водних розчинів НNO3 масовою концентрацією 90-98%, яка містить 25-28% оксида азоту (IV) і 0,15-0,20% йоду за масових співвідношень I2 = (0,65 - 2,6): 1 та I2 = (0,8 - 3,2):1. Визначено, що ступінь вилучення йоду значною мірою залежить від кількості реагенту та часу його взаємодії з розчином. При стехіометричному співвідношенні солей до йоду повного вилучення йоду не відбувається внаслідок встановлення рівноваги реакцій.

У роботі показано, що найбільш перспективним способом вилучення йоду і його сполук із системи НNO3H2ON2O4I2HIO3 у процесі переробки йодовмісних меланжів на основі НNO3 є спосіб ректифікації цих розчинів.

Дослідження впливу технологічних параметрів на процес ректифікації йодовмісних розчинів НNO3H2ON2O4 проводили на розробленій експериментальній установці з використанням насадкової ректифікаційної колонки діаметром 0,025 м та висотою 0,9 м.

Табл. - Експериментальні дані з ректифікації йодовмісних розчинів:

Установлено, що за умови постійної щільності зрошення, підвищення швидкості пари - навантаження за газом - приведе до зростання вмісту йоду в дистиляті і ефективність роботи колонки знижується. Експериментальні дані, які наведено в роботі, свідчать про те, що з підвищенням щільності зрошення ефективність роботи колонки зростає. Істотний вплив на процес ректифікації має концентрація НNO3: зі збільшенням концентрації НNO3 у розчині ефективність роботи колонки зростає. Повне вилучення йоду з дистиляту відбувається при числі теоретичних тарілок рівному 6-8, якому відповідає щільність зрошення 760 - 580 кг/(год*м. кв.) під час ректифікації розчинів з масовою концентрацією НNO3 92% і 580 - 350 кг/(год*м. кв.) під час ректифікації розчинів з масовою концентрацією НNO3 98% при лінійній швидкості пари 0,15-0,22 м/с. Оптимальними значеннями параметрів при ректифікації розчину з масовою концентрацією НNO3 98% є число теоретичних тарілок - 7, щільність зрошення - 430 кг/(год*м. кв.) та лінійна швидкість пари - 0,21 м/с.

Експериментальні дослідження процесу випарення водного розчину НNO3 і HIO3 вказують на те, що в паровій фазі відсутня HIO3, що підтверджує дані досліджень фазової рівноваги у системі НNO3H2OHIO3.

У додатках наведено таблиці допоміжних цифрових даних, звіт про результати розрахунку за програмою “EOL 2000”, акти впровадження результатів дисертаційної роботи на ЗАТ “Сєвєродонецьке об'єднання Азот".

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково-практичної задачі розроблення технології переробки некондиційних йодовмісних меланжів на основі НNO3 з одержанням корисних продуктів для промисловості України та обґрунтуванню науково-технічних заходів з консервації технологічного обладнання виробництва концентрованої НNO3.

1. Теоретичними й експериментальними дослідженнями встановлена можливість повного вилучення йоду і його сполук із системи НNO3H2ON2O4I2HIO3 різними способами, що підтверджує імовірність комплексної переробки некондиційних йодовмісних меланжів з НNO3.

2. Досліджена рівновага в системі HNO3N2O4H2OI2HIO3 і встановлено, що в процесі ректифікації п'ятикомпонентної суміші буде відбуватися повне перетворення йоду в його кисневі сполуки. Показано, що в кубовому залишку буде знаходитись водний розчин НNO3 і HIO3. Експериментальні дослідження фазової рівноваги у системі НNO3H2OHIO3 указують на те, що при збільшенні концентрації НNO3 у рідкій фазі і відповідно зменшенням у ній вмісту йодноватої кислоти, концентрація HIO3 в паровій фазі зменшується. Отримані результати показують, що для виділення HIO3 із системи HNO3H2OHIO3 досить провести випарювання розчину при температурі 353-363 К і тиску 26,7-33,3 кПа.

3. Досліджена розчинність йоду і йодноватої кислоти у системі HNO3 - H2O і встановлено, що в інтервалі масових концентрацій азотної кислоти 20 - 80% розчинність HIO3 зменшується в 162 рази, а в інтервалі 80 - 98% НNO3 - тільки в 10 разів. Виявлено, що криві розчинності йоду мають мінімуми при масовій концентрації НNO3 70 - 80%. На підставі експериментальних даних запропоновано емпіричні рівняння залежності розчинності I2 і HIO3 у системі НNO3H2O від температури і масової концентрації НNO3. Установлена залежність ступеня вилучення йоду з йодовмісних розчинів НNO3H2ON2O4 від часу випарювання розчину і масової концентрації НNO3.

4. Теоретично та експериментально обґрунтовано вибір нітрату кальцію і нітрату калію для вилучення йоду і його сполук із йодовмісних меланжів на основі HNO3. Визначено, що ступінь вилучення йоду значною мірою залежить від кількості реагенту та часу його взаємодії з розчином. Запропоновано рівняння залежності ступеня вилучення йоду від масової концентрації НNO3 і часу взаємодії при масовому співвідношенні Са(NO3)2.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Созонтов В.И., Гринь Г.И., Саломахина С.А. Технология утилизации йодсодержащих растворов азотной кислоты и оксидов азота // Сборник докладов Международной научно-методической конференции “Экология - образование, наука и промышленность”. - Белгород: БелГТАСМ, - 2002. - Ч. 3. - С. 225-227.

2. Комплексная технология утилизации отходов производства концентрированной азотной кислоты / Волохов И.В., Саломахина С.А., Казаков В.В., Лобойко А.Я., Гринь Г.И., Роменский А.В. // Збірка тез доповідей IV Всеукраїнської науково-методичної конференції з міжнародною участю "Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій". - Дніпродзержинськ: ДДТУ. - 2002. - С. 123-124.

3. Саломахина С.А., Гринь Г.И., Лобойко А.Я. Комплексная технология утилизации некондиционных продуктов производства концентрированной азотной кислоты // Збірник праць II Міжнародної конференції "Чистота довкілля в нашому місті". - Київ: ВАТ “УкрНДІСВД”. - 2004. - С. 157-159.

4. Саломахина С.А., Роменский А.В., Гринь Г.И. Новая технологическая схема утилизации отходов на БХО Северодонецкого ГПП “Объединение Азот” // Труди III науково-технічної конференції "Нові технології та обладнання по переробці промислових та побутових відходів і їх медико-екологічне забезпечення". - Київ.: Товариство “Знання” України, - 2004. - С. 87-89. меланж некондиційний ректифікація

5. Технология производства фосфатних ингибиторов коррозии. / Саломахина С.А., Роменский А.В., Лобойко А.Я., Гринь Г.И. // Збірник (частина 3) тез доповідей науково-практичної конференції студентів, аспірантів і молодих учених "Технологія-2004". - СТІ СНУ ім. В. Даля, - Сєвєродонецьк, - 2004. - С. 31-32.

Размещено на Allbest.ru