Способ получения фтористого аммония Советский патент 1989 года по МПК C01C1/16 

Изобретение относится к процессам синтеза неорганических соединений, а именно к способам получения фтористого аммония реактивной квалификации.

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

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

Как только пары фтористого водорода, введенные через форсунку в реакционную зону, заполненную газообразным аммиаком, вступят в контакт с аммиаком, мгновенно по всему фронту факела происходит газофазная реакция нейтрализации, сопровождающаяся Ьбразованием твердых частиц фтористого аммония и значительным тепло- вццеле1аием. В этой реакции скорость

турбулентного конвективного тепло- отвода от фронтальной поверхности факела к теплообменной поверхности намного меньще скорости реакции нейтрализации, поэтому происходит быстрый подъем температуры в узкой прикорневой зоне факела фтористого водорода и при температуре выше 180 С, а особенно, выше 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 тепло- переноса от него к охлаждающей поверхности.

4

О5

150

Предлагаемый спосдб позволяет значительно увеличить производительность прямой реакции образования фтористого аммония на границе факела фтористого водорода за счет перераспределения контакта реагентов с узкой 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. Таки образом, в зоне факельной реакции одновременно присутствует две взаимно противоположные реакции: реакция образования твердых частиц соли фтористого аммония из газообразных фтористого водорода и аммиака, сопровождающаяся вьщелением большого

количества тепла, и реакция разложения твердых частиц фтористого аммония, внесенных в зону контакта с факелом фтористого водорода аммиаком протекающая за счет вьделенного тепла первой реакции до исходных аммиака и фтористого водорода.

В результате совмещения этих реак 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 тур- булизации перемешиваемых потоков и вьфавниванию температур в поперечном сечении реакционного объема.

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

Для обеспечения полного испарения твердых частиц фтористого аммония, . внесенных в зону факела аммиаком, размер частиц в газовзвеси должен быть очень малым и не превышать 5 мк (дым)с Наличие в газовзвеси с аммиаком частиц размером более 5 мкм, а, особенно, более 10 мкм свыше 20Х заметно снижает содержание основного

Q

5 0

5

5

0

о

-

5

0

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 обеспечивается 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 5%) и ликвидирует унос мелкой фракции пыли продукта.

Пример 1,(известный)„ В аппарат диаметром 0,15 ми высотой 1,8 ммсверху 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 фтористым водородом.

Температуру в зоне факела поддерживают в пределах 170-190°С расходом реагентов на реакцию. При температуре в зоне реакции 180°С расход реагентов составляет 2А5 г в час фтористого водорода и 219 г в час аммиака. Получено 700 г фтористого аммония с выходом по фтористому водороду 99,1%, содержанием основного вещества 99,9%, бифторида аммония 0,09%. Производительность способа с 1 м реакционного объема составляет 15 кг в час фтористого аммония.

I

Пример 2. В аппарат, аналогичный описанному в примере 1, подают сверху пары фтористого водорода и

5

газообразн ни в молярном отношении 1 : 1,05.

В результате нейтр.али зации фтористого водорода аммиаком образуются твердые частицы фтористого аммония. Наиболее крупные частицы (в основном агломераты частиц) отделяют от потока избыточного аммиака гравитационным осаждением, а мелкие и субмикронные частицы, состоящие на 88% из частиц размером 0,01-5 мкм и представляющие газовзвесь с концентрацией 20 г/мз аммиака, охлаждают и направляют в зону активной реакции с фтористым водородом.

При температуре в зоне реакции расход реагентов составляет 335 г/ч фтористого водорода и 299 г аммиака J Полушют, 650 г фтористого аммония с выяодом по фтористому водороду 99,3%, содержанием основного вещества 99,, бифторида аммония 0,05%, Производительность способа с 1 м peaKiijioHHoro объема составляет 20,5 кг/ч фтористого аммония.

И р и м е р 3. Процесс ведут в условиях примера 2. На реакцию с фтори ;тым водородом подают газовзвесь из мелких и субмикронных частиц фтористого аммония в аммиаке. Концентрация твердых частиц в газовзвеси 40 г/м . Содержание частиц с размером 0,01-5 мкм - 85%. Максимальный расход реагентов при 190°С составляет 479 г/ч фтористого водорода и 428 г/ч аммиака. Получают 950 г фтористого аммония с выходом по фтористому водороду 99,3%, содержанием основного вещества 99,92%, бифторида аммония 0,04%. Производительность способа с 1 м реакционного объема составляет 29,3 кг/ч фторстого аммония

П р и м е р 4. Процесс ведут в

условиях примера 2. На реакцию с фтристым водородом подают газовзвесь из мелких и субмикронных частиц фтористого аммония в аммиаке. Концентрация твердьк частиц в газовзве 50 г/м. Содержание частиц с размером 0,01-5 мкм - 80%. Максимальный расход реагентов при 190 С составляет 590 г/ч фтористого водорода и 527 г/ч аммиака. Получают 1200 г фтористого аммония с выходом по фтористому водороду 99,25%, содержанием основного вещества 99,91%, бифторида аммо1шя 0,06%. Производитель

1502467

ность способа с

1 м реакционного.

объема составляет 36 кг/ч фтористого аь5мония.

Пример 5. Процесс ведут в условиях примера 2. На реакгшю с фтористым водородом подают га-зовзвесь из мелких и субмикронных частиц фторис0

0

5

0

5

0

смесь после отделения от потока избыточного аммиака крупных частиц фтористого aMfiOHHH гравитационШ)1м осаждением. Концентрация твердых частиц в аммиаке 60 г/м. Содержание частиц 5 размером 0,01-5 мкм - 85%, Максимапь- ный расход реагентов при 170-190°С составляет 590 г/ч фтористого водорода и 527 г/ч аммиака, Пол -чено 1150 г фтористого аммония с выходом по фтористому водороду 99,1%, содержанием основного вещества 99,9%, бифторида аммония 0,08%. 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 составляет 70%.

В результате нейтрализации фтористого водорода аммиаком образуются твердые частицы фтористого аммония о Твердые частицы отделяют от потока избыточного аммиака гравитационным осаждением, а избыток а п о-1ака, очищенный от мельчайшей пыли 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, Патучают 1100 г фтористого аммония с выходом по фтористому водороду 99,2%, содержанием основного вещества 99,14%, бя- фторида аммония 0,81%. Производитель

ность 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,

Данные по результатам приведенных примеров приведены в таблице.

Из таблины следует, что при концентрации частиц фтористого аммония в аммиаке менее 6 г/м происходит снижение производительности процесса до уровня известного способа, поскольку э4к1)ект снижения локальных температур в зоне ()акела начинает

проявляться при концентрациях тверды частиц в аммиаке, гтодаваемом на реакцию, . порядка 6 г /м- . Верхняя граница концентрации )1х частиц в аммиаке ограничена равновесными условиями образоваьшя твердой соли фторида аммония из га- образных реагентов при МО- 30°С. Равновесная концентрация паров фтористого водорода при этих условиях находится в пределах 35- . 50 г/м о Следовательно, испо рьзова- ние на реакцию аммиака с кон ентра- цией твердых частиц выше 50 г/м не дает эффекта увеличения производительности процесса и, кроме того, сказывается отрицательно на качестве получаемой соли фтористого аммония о

При снижении кодичества частиц фтористого аммония с размером до

Q

5 5

0

5 мкм меньше 80% происходит снижение содержания основного вещества в продукте ниже уровня по известному способу (99,9%).

Изобретение позволяет увеличить производительность процесса с 15 до 15,6-36,0 ч при сохранении высокого содержания основного вещества в продукте 99,9%.

Формула изобретения

Способ nQny4eH iH фтористого аммония, включающий нейтрализацию газообразного фтористого водорода аммиаком при 170-190 С с последующим отделением твердых частиц фтористого аммония от избыточного аммиака, о т личающийся 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 количестве 80-100% при их концентрации в аммиаке 6-50 г/м.

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/м³. Способ позволяет увеличить производительность процесса с 15 кг/м³ ч до 15,6-36,0 кг/м³ ч при сохранении высокого содержания основного вещества в продукте (99,9%). 1 табл.