Способ определения концентрации аммиака Советский патент 1991 года по МПК G01N27/06 

Изобретение относится к контролю состава многокомпонентных производственных растворов, в частности дистиллерной жидкости содового производства, и может найти применение в химической промышленности, например в производстве соды аммиачным методом.

Известен способ определения концентрации аммиака в растворах, включающий отгонку аммиака из раствора с последующим спектрофотометрическим анализом.

Дннный способ отличается сложностью и недостаточной точностью определения концентрации аммиака.

Известен также способ определения, концентрации аммиака, включающий смешение анализируемого раствора с раствором NaOH и пропускание полученной смеси над мембраной, проницаемой для газообразного аммиака. Проникающий через мембрану газообразный аммиак поглощается деиони- зированной водой. Измеряют электропроводность полученного таким образом водо- аммиачного раствора кон/ /ктометром.

Однако способ не пригоден для контроля концентрации аммиака в дистеллерной жидкости из-за низкой надежности, связанной с возможностью засорения мембраны осздкообоазующими веществами и тверди- ми примесями, присутствующими в дистиллерной жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения концентрации аммиака Б многокомпонентном растворе, включающий периодический отбор проб, раствора, десорбцию аммиака из анализируемого раствора в парогазовую фазу при самоиспарении, очистку парогазовой фазы от брызг рзствора. охлаждение парогазовой фазы с образованием конденсата, абсорбирование газообразного аммиака конденсатом у. определение концентрации аммиака в образовавшемся водоаммиачном растворе.

«а

о

hO Ю

М

00

|

Недостатками данного способа являются низкое быстродействие, периодичность, низкая надежность, низкая производительность (2-3 пробы в 1 ч) в связи с необходимостью практически полной отгонки аммиака из анализируемого раствора, Способ не пригоден для использования в автоматическом приборе, непоерывно контролирующем концентрацию аммиака,

Целью изобретения является повыше- ние быстродействия и надежности способа.

Поставленная цель достигается с.оглас- но способу определения концентрации аммиака в многокомпонентном растворе, включающему десорбцию аммиака в газо- еую фазу при самоиспарении раствора, очистку парогазовой фазы от брызг раствора, охлаждение с образованием конденсата, абсорбирование газообразного аммиака конденсатом и определение концентрации аммиака в образовавшемся водоаммиачном растворе, измерение электропроводности одоаммиачного раствора и определение концентрации аммиака по формуле

.3

с

моль/л,

0.11413- 0,1 Угзт-а.

10

(1)

Где к- электропроводность водоаммиачно- го раствора, см/м;30

а - константа, при атмосферном давлении равная 3,444, а в случае изменения давления, при котором идет процесс самоиспарения, определяемая по формуле а 4,057-0,613 Р.35

Отличительными признаками способа являются следующие признаки: измерение электропроводности водоаммиачного раствора; определение концентрации аммиака по формуле.40

(0.11413-0.1 УТаОЗ-3.148 К)2

ю1

моль/л,

Благодаря определению концентрации аммиака в зависимости от электропровод- ности водоаммиачного раствора процесс измерения переносится из сложного многокомпонентного раствора, содержащего твердые и осадкообразующие примеси, находящиеся при высокой температуре и дав- лении, отличающемся от атмосферного, в простой двухкомпонентной водоаммиач- ный раствор при температуре, близкой к комнатной, что является предпосылкой повышения надежности и быстродействия ус- гройства, в котором реализуется способ.

На чертеже схематично представлена Функциональная схема устройства для осу- ществления предлагаемого способа.

Устройство содержит пробоотборник 1, установленный в газовом пространстве первого испарителя 2 элемента дистилляции. Пробоотборник снабжен фильтром 3 для предотвращения брызгоуноса. К пробоотборнику подключен холодильник-абсорбер 4, его выход соединен с датчиком кондуктометра 5. Холодильник-адсорбер 4 имеет патрубки б для подвода охлаждающей воды. На испарителе 2 установлен датчик 8 давления, выход которого через преобразователь 9 подключен к электронному блоку 7 кондук тометра. В датчике кондуктометра 5 имеется термочувствительный элемент (не показано), служащий для температурной коррекции показаний кондуктометра.

Способ осуществляют следующим образом.

Многокомпонентный раствор - дистил- лерная жидкость с выхода дистилляционной колонны (не показано) поступает в первый испаритель 2 дистилляции. Давление в испарителе поддерживают более низким, чем давление в дистилляционной колонне. Дис- тиллерная жидкость при поступлении в испаритель вскипает, происходит десорбция аммиака в газовую фазу. Между парогазовой фазой и дистиллерной жидкостью устанавливается равновесие, определяемое температурой и давлением в испарителе.

В связи с тем, что в парогазовую фазу переходит в результате вскипания дистиллерной жидкости около 1 % общего ее объема, концентрация аммиака в жидкости при этом практически не меняется. Равновесие, устанавливающееся в испарителе, определяется х-у - диаграммами системы МНз-НаО или соответствующими водоам- миачными таблицами.

Зависимость концентрации аммиака в парогазовой фазе от концентрации аммиака в дистиллерной жидкости при неизменном давлении имеет вид

Ci b-c,(2)

где с - концентрация NHa в дистиллерной жидкости;

Ci - концентрация МНз в парогазовой фазе;

b 16,5-2,5 Р, Р - давление в испарителе.

В пробоотборном устройстве парогазовую фазу очищают от брызг дистиллерной жидкости при помощи фильтра 3 и далее охлаждают в холодильнике-абсорбере 4. В гроцессе охлаждения создаются условия для полной конденсации паров НаО и практически пол ной абсорбции образовавшимся конденсатом аммиака, находящегося в газовой фазе. Это достигается соответствующим выбором величины охлаждающей

го аммиака образовавшемся конденса- 1, должна быть не менее 0,1 м2, что техповерхностм холодильника-абсорбера в зависимости от количества отбираемого из ис- парителя пара. Проведенными экспериментами установлено, что при диа- метре пробсотборного устройства 0,01 м и скорости газа в нем до 5 м/с предельная величина активной поверхности холодильника-абсорбера, обеспечивающая конденсацию всего отбираемого пара и абсорбцию всего том

нически вполне реализуемо в приемлемых для прибора габаритах.N

Это объясняется тем, что аммиак является очень хорошо растворимым газом, а скорость уменьшения парциального давления паров воды в процессе охлаждения газопаровой фазы превышает скорость уменьшения парциального давления МНз, что способствует повышению движущей силы абсорбции со снижением температуры.

Масса конденсата, получаемого при указанных выше условиях отбора в 1 с составит ориентировочно 1,2 10 кг.

При внутреннем объеме датчика кондуктометра, равном 5 10 м , быстродействие прибора составит несколько минут (4-5). Затем измеояют электропроводность образовавшегося в холодильнике-абсорбере водоаммиачного раствора с помощью кондуктометра.

Удельная электропроводность раствора равна

: Л-С,(3)

где к - удельная электропроводность в см/м;

Л - эквивалентная электропроводностьМН40Н Ј-2-;

С - молярная концентрация NhUOH, моль/л.

В диапазоне концентраций от 0,01 до 0,2 моль/л эквивалентная электропроводность может быть аппроксимирована следующим выражением:

-

Л 0,11413 ,87

VG

(4)

и тогда выражение для удельной электропроводности принимает следующий вид;

-( -7,87-10) be,

(5)

где b -16,5-2,5Р; Р - давление, при котором происходит самоиспарение дистиллерной жидкости. Из этого выражения определяется концентрация аммиака в дистиллерной жидкости в зависимости от электропроводности, полученного описанным способом конденсата

ю

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

С -(0.11413-0,1У1.з0я-Т14йг)2 М моль/л,С)

Здесь а - 4,057-0,613 Р; при Р 1 ат; а является константой, равной 3,444.

Таким образом, в случае, если давление в испарителе изменяется, дополнительно измеряют его изменения датчиком 8, полученный от датчика сигнал преобразуют в функциональном преобразователе 9 и подают в качестве корректирующего в электронный блок кондуктометра 7.

П р и м е р 1. Осуществляют десорбцию аммиака из кипящего многокомпонентного раствора (находящегося под постоянным давлением 1 ат), в результате чего концентрация аммиака в парогазовой фазе над км- пящим раствором в смесителе устанавливается равной 0,07 моль/л. Далее парогазовую фазу очищают от брызг кипящего раствора. Содержание солей в парогазовой фазе устанавливается не выше 40 х моль/л. Парогазовую фазу, находящуюся при температуре 104°С, охлаждают в холодильнике-абсорбере до температуры 20-25°С. Пар конденсируется и одновременно абсорбирует газообразный аммиак. Молярная доля потерь аммиака за счет неполноты абсорбции на выходе холодильника-абсорбера не превышает долей процента и ею можно пренебречь. Измеряют кондуктометром электропроводность во- доаммиачного раствора на выходе холодильника-абсорбера, которая равная 29,6 10 См/м. Определяют концентрацию МНз в дистиллерной жидкости по формуле (6), она равна 0,005 моль/л.

Для контроля отбирают пробу дистиллерной жидкости и анализируют химическим путем, при этом концентрация МНз в дистиллерной жидкости также составляет. 0,005 моль/л.

П р и м е р 2. Давление, при котором кипит дистиллерная жидкость, увеличилось до 1,2 ат. Концентрация МНз в парогазовой фазе в результате десорбции в соответствии с формулой (2) уменьшается до 0,0675 моль/л. Электропроводность конденсата на выходе холодильника-абсорбера также уменьшается до 29,12 См/м. одновременно уменьшится коэффициент а с 3,444до 3,3214, концентрация МНз, вычисленная по формуле (6), будет также равна 0,005 моль/л. Контрольная проба дистиллерной жидкости, осуществляемая химическим путем, показала, что концентрация МНз в дистиллерной жидкости составляет 0,005 моль/л.

В примерах время, затраченное на анализ, составило 3-4 мин, а то время как обычный химический анализ осуществляют в течение 20 мин.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению со способом-прототипом характеризуется повышением быстродействия в 5 раз и повышением надежности,

Формула изобретения Способ определения концентрации аммиака в многокомпонентном растворе, включающий десорбцию аммиака в газовую фазу при самоиспарении раствора, очистку парогазовой фазы от брызг раствора, охлаждение с образованием конденсата и одновременное абсорбирование им газообразного аммиака из парогазовой фазы, определение концентрации аммиака в

образовавшемся водоаммиачном растворе, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности способа, измеряют давление Р при самоиспарении раствора, концентрацию аммиака в зодоаммиачном растворе измеряют кон- дуктометрическим методом, а концентрацию аммиака о .многокомпонентном растворе С определяют по формуле

10

с - (0.1ШЭ-0.1 УТзоз-3.1ЛВК )2

а моль/л,

где к - электропроводность водоаммиач- ного раствори, см/м;

а - константа, определяемая по форму- лэ

а 4,057-0,613 Р.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может найти применение в химической промышленности, например в производстве соды аммиачным методом. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействий способа. При самоиспарении раствора аммиак десорби- руют в газовую фазу, очищают парогазовую фазу от брызг раствора, охлаждают, измеряют электропроводность полученного водо- аммиачного раствора и концентрацию аммиака определяют по формуле С