Комплексна технологія утилізації некондиційних продуктів виробництва концентрованої азотної кислоти - Автореферат

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 HNO3 ускладнена тим, що до їхнього складу входять антикорозійні домішки: йод, фтористий водень, ортофосфорна кислота. 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 HNO3 в промислових умовах.

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 HNO3. Розглянуто фізико-хімічні властивості йоду і його сполук, існуючі способи видобутку йоду в світі, розчинність йоду у системі HNO3H2O. Проведений аналіз дозволив установити можливість вилучення сполук йоду із йодовмісних розчинів HNO3H2ON2O4 різними способами.

Розглянуто сучасний стан ринку концентрованої HNO3 у світі і в Україні. Наведено фізико-хімічні характеристики відходів виробництва концентрованої HNO3 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 HNO3H2O, фазової рівноваги у системах HNO3H2ON2O4I2HIO3 і HNO3H2OHIO3 та кінетики процесу вилучення йоду з йодовмісних розчинів HNO3H2ON2O4.

Експериментальні дослідження фазової рівноваги у системі HNO3H2OHIO3 указують на те, що при збільшенні концентрації HNO3 у рідкій фазі і відповідно зменшенням у ній вмісту йодноватої кислоти, концентрація HIO3 в паровій фазі зменшується. При збільшенні концентрації HNO3 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 HNO3H2OHIO3 на компоненти можливо проводити випарюванням розчину без подачі флегми.

Третій розділ присвячений дослідженням процесу повного вилучення йоду і його сполук із системи HNO3H2ON2O4I2HIO3 різними способами, що є найголовнішою стадією технологічної схеми переробки некондиційних йодовмісних меланжів на основі HNO3.

Аналіз даних розчинності йодатів у воді свідчить про те, що для вилучення йоду і його сполук із системи HNO3H2ON2O4I2HIO3 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 HNO3H2ON2O4I2HIO3 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 HNO3 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 HNO3H2ON2O4I2HIO3 у процесі переробки йодовмісних меланжів на основі HNO3 є спосіб ректифікації цих розчинів.

Дослідження впливу технологічних параметрів на процес ректифікації йодовмісних розчинів HNO3H2ON2O4 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 HNO3: зі збільшенням концентрації HNO3 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 HNO3 92% і 580 - 350 кг/(год•м. кв.) під час ректифікації розчинів з масовою концентрацією HNO3 98% при лінійній швидкості пари 0,15-0,22 м/с. Оптимальними значеннями параметрів при ректифікації розчину з масовою концентрацією HNO3 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 HNO3 і HIO3 вказують на те, що в паровій фазі відсутня HIO3, що підтверджує дані досліджень фазової рівноваги у системі HNO3H2OHIO3.

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

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково-практичної задачі розроблення технології переробки некондиційних йодовмісних меланжів на основі HNO3 з одержанням корисних продуктів для промисловості України та обґрунтуванню науково-технічних заходів з консервації технологічного обладнання виробництва концентрованої HNO3.

1. Теоретичними й експериментальними дослідженнями встановлена можливість повного вилучення йоду і його сполук із системи HNO3H2ON2O4I2HIO3 різними способами, що підтверджує імовірність комплексної переробки некондиційних йодовмісних меланжів з HNO3.

2. Досліджена рівновага в системі HNO3N2O4H2OI2HIO3 і встановлено, що в процесі ректифікації пятикомпонентної суміші буде відбуватися повне перетворення йоду в його кисневі сполуки. Показано, що в кубовому залишку буде знаходитись водний розчин HNO3 і HIO3. Експериментальні дослідження фазової рівноваги у системі HNO3H2OHIO3 указують на те, що при збільшенні концентрації HNO3 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% HNO3 - тільки в 10 разів. Виявлено, що криві розчинності йоду мають мінімуми при масовій концентрації HNO3 70 - 80%. На підставі експериментальних даних запропоновано емпіричні рівняння залежності розчинності I2 і HIO3 у системі HNO3H2O від температури і масової концентрації HNO3. Установлена залежність ступеня вилучення йоду з йодовмісних розчинів HNO3H2ON2O4 від часу випарювання розчину і масової концентрації HNO3.

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 HNO3 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 .ru