Способ получения фтористого аммония

счп 4 С 01 С 1/16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Дзержинский филиал Ленинградского научно-исследовательского иконструкторского института химического машиностроения(56) Авторское свидетельство СССРУ 785196, кл, С 01 С 1/16, 1979.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРИСТОГОЛИМОНИЯ(57) Изобретение относится к спосоИзобретение 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.Гаэофаэная реакция фтористого водорода с аммиаком по кинетике относится к мгновенным реакциям.Как только пары фтористого водоро да, введенные через форсунку в реакционную зону, заполненную газообразным аммиаком, вступят в контакт с аммиаком, мгновенно по всему фронту факела происходит гаэофазная реакция нейтрализации, сопровождающаяся образованием твердых частиц фтористого аммония и значительным тепловыцелением. В этой реакции скорость бам получения фтористого аммония. Фтористый аммоний получают нейтрализацией газообразного фтористого воодорода аммиаком при 170-190 С с последующим отделением твердых частиц соли фтористого аммония от избыточного аммиака. Нейтрализацию фтористого водорода ведут аммиаком, содер - жащим твердые частицы фтористого аммония размером до 5 мкм в количестве 80-1007 при их концентрации в аммиаке 6-50 г/м . Способ позволяет увеличить производительность процесса с 15 до 15,6-36, 0 кг/мз ч при сохранении высокого содержания основного вещества в продукте (99,97). 1 табл. турбулентного конвективного теплоотвода от фронтальной поверхности факела к теплообменной поверхности намного меньше скорости реакции нейтрализации, поэтому происходит быстрый подъем температуры в узкой прикорневой зоне факела фтористого водорода и при температуре вьппе 180 С, а особенно, вьппе 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.350246Предлагаемый способ 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 объемуе10Твердые частицы фтористого аммония, попадая с аммиаком в зону факельной реакции, мгновенно испаряются, разлагаясь при этом на исходные аммиак и фтористый водород. Таким 15 образом, в зоне факельной реакции одновременно присутствует две взаимно противоположные реакции: реакция образования твердых частиц соли фтористого аммония из газообразных 20 фтористого водорода и аммиака, сопровождающаяся выде лением большого количества тепла, и реакция разложения твердых частиц фтористого аммония, внесенных в зону контакта с 25 факелом фтористого водорода аммиаком, протекающая за счет выделенного тепла первой реакции до исходных аммиака и фтористого водорода.В результате совмещения этих реак- З 0 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 турбулизации перемешиваемых потоков 4 О и выравниванию температур в поперечном сечении реакционного объема.Важнейшим условием сохранения высокого содержания основного вещества (не менее 99,9 Х) во фториде аммония при повышении производительности процесса является полное. испарение твердых частиц фтористого аммония, внесенных аммиаком в зону реакции с фтористым водородом.50Дпя обеспечения полного испарения твердых частиц фтористого аммония, внесенных в зону факела аммиаком, размер частиц в газовэвеси должен быть очень малым и не превышать 5 мкм (дым). Наличие в гаэовэвеси с аммиаком частиц размером более 5 мкм, а, особенно, более 10 мкм свыше 20% заметно снижает содержание основного 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 обеспечивает-ся 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 Х) и ликвидирует унос мелкои фракции пыпи продукта. П р и м е р 1,(известный). В аппарат диаметром 0,15 м и высотой 1,8 м сверху 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 фторнстым 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 245 г в час фтористого водорода и 219 г в час аммиакаПолучено 700 г фтористого аммония с выходом по фтористому водороду 99, 17., содержанием основного вещества 99,9 Х, бифторида аммония 0,097,. Производительность способа с 1 м реакционного объема составляет 15 кг в час фтористого аммония.1П р и м е р 2, В аппарат, аналогичный описанному в примере 1, подают 4 сверху пары фтористого водорода н02467 6 55 5 15 газообразньй аммиак в молярном отношении 1:1,05.В результате нейтрализации фтористого водорода аммиаком образуются твердые частицы фтористогс аммония. Наиболее крупные частиць 1 (в основном агломераты частиц) отделяют от потока избыточного аммиака гравитационным осаждением, а мелкие и субмикронные частицы, состоящие на 887 из частиц размером 0,01-5 мкм и представляющие газовзвесь с концентрацией 20 г/м аммиака, охлаждают и направляют в зону активной реакции с фтористым водородом.При температуре в зоне реакциио170 С расход реагентов составляет 335 г/ч фтористого водорода и 299 г/ч аммиака, Получают, 650 г фтористого аммония с выходом по фтористому водороду 99,37., содержанием основного вещества 99,947., бифторида аммония 0,057, Производительность способа с 1 м реакционного объема составляет 20,5 кг/ч фтористого аммония.П р и м е р 3. Процесс ведут в условиях примера 2На реакцию с фтористым водородом подают газо- взвесь из мелких и субмикронных частиц фтористого аммония в аммиакеКонцентрация твердьм частиц в газо- взвеси 40 г/м. Содержание частиц с размером 0,01-5 мкм - 857. Максимальный расход реагентов при 190 С составляет 479 г/ч фтористого водорода и 428 г/ч аммиака, Получают 950 г фтористого аммония с выходомфпо фтористому водороду 99,37., содержанием основного вещества 99,927, бифторида аммония 0,047. Производительность способа с 1 м реакционного объема составляет 29,3 кг/ч фтористого аммония.П р и м е р 4. Процесс ведут в условиях примера 2. На реакцию с фтористым водородом подают газовэвесь иэ мелких и субмикронных частиц фтористого аммония в аммиаке. Концентрация твердых частиц в газовэвеси 50 г/м, Содержание частиц с размером 0,01-5 мкм - 807. 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 99,257., содержанием основного вещества 99,917., бифторида аммония 0,06/. Проиэводитель 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ность способа с 1 и реакционного,объема составляет 36 кг/ч фтористогоаммония.П р и м е р 5. Процесс ведут и условиях примера 2. На реакцию с фторпстым водородом подают газовзвесь измелких и субмикронных частиц Фтористого аммония в аьюиаке, полученнуюсмесь после отделения от потока избыточного аммиака крупных частиц фтористого аммония гравитационным осаждением, Концентрация твердых частицв аммиаке 60 г/м, Содержаюе частицразмером 0,01-5 мкм - 857, Максимальный расход реагентов при 170-190 Ссоставляет 590 г/ч фтористого водорода и 527 г/ч аммиака, Получено1150 г фтористого аммония с выходомпо фтористому водороду 99,17, содержанием основного вещества 99,97,бифторида аммония 0,087. Производительность способа с 1 м реакционного объема составляет 36 кг/ч фтористого аммония,П р и м е р 6. В аппарат, аналогичный описанному в примере 1, подают сверху пары фтористого водородаи газообразный аммиак в молярномотношении 1:1, 02. Аммиак содержиттвердые частицы фтористого аммонияв концентрации 50 г/м. Доля твердых частиц размером 0,01-5 мкм сос"тавляет 707В результате нейтрализации фтористого водорода аммиаком образуютсятвердые частицы фтористого аммония.Твердые частицы отделяют от потокаизбыточного аммиака гравитационнымосаждением, а избыток аммиака, очищенный ст мельчайшей льни фторидааммония и охлажденный, возвращаютв зону реакции с фтористым водородом,При температуре в зоне реакции170-190 С максимальный расход реагентов составляет 576 г/ч фтористоговодорода и 499 г/ч аммиака. Получают1100 г фтористого аммония с выходомпо фтористому водороду 99,27., содержанием основного вещества 99,143, би" фторида аммония 0,817,. Производительность 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 2.1502467 5 мкм меньше ЯОИ происходит снижениесодержания основного вещества в продукте ниже уровня по известному способу (99,97). Изобретение позволяет увеличить производительность процесса с 15 до 15,6-36,0 кг/м.ч при сохранении высокого содержания основного вещества в продукте 99,97. Формула изобретения Прп ерРасход реагентовна реакцию, г/и Содерканиеосновноговещества в Содерканиебифторидааммония Проиаво- дитспьностьиа единиПонцентрация час тицфтористого частицфторис-фторис- ммиактый во- дород аммо ни я цу реакционного обьема кг/ма, ч тогоаммония в продукте,г размером до5 мкмв в аммиаке, г/м аммиаке 11 з ве- стнмй 24 5 219 1 5,0 9990 0,09 Пр ед пагас -и а 13 88 85 8 О 85 7 О 50 751,О 1 оо 90 1 ОО 82 0,05 О,О 4 006 008 0,81 1,О 6 018 262 о,ог 009 О,О 7 150 9994 99 92 99,91 99,90 99,14 98,80 9980 97,20 99,95 99,9099,92 98,20 205 г 9,з 36,0 36,0 35,2 29,5 35,5 155 352 15,6 15,0 358 299 4 г 8 527 527 499 419 504 220 499 221 г;г 523 335 479 590 590 576 48 З 581 253 576 25544 585 20 о 50 60 50 50 50 50 46ь 80 5 6 7 8 9 10 1 Составитель Л Техред Л,Олий Крюков а Корректор М. Васильева Редактор Г, Волкова нык Заказ 5030/27 Тираж 435 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям лри ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", гУжгород, ул, Гагарина,101 Данные по результатам приведенных примеров приведены в таблице.Иэ таблицы следует, что при концентрации частиц фтористого аммония5 в аммиаке менее 6 г/мз происходит снижение производительности процесса до уровня пз 73 естного способа, поскольку эффект снижения локальных температур в зоне факела начинает проявляться при концентрациях твердых частиц в аммиаке, 11 опанаемом на реак- цИЮ,.ПОрядК 6 Г/к 13, ВЕРХНяя ГраНИца концентрации твердых частиц в аммиаке ограничена равновесными условиями образования твердой соли фторида аммония из газообразных реагентов при 170-190 С, Равновесная концентрация паров фтористого водорода при этих условиях находится в пределах 35- 50 г/м. Следовательно, использование на реакцию аммиака с ко 7 Й 1 ентрацией твердых частиц выще 50 г/м не дает эффекта увеличения производительности процесса и, кроме того, сказывается отрицательно на качестве получаемой соли фтористого аммония.При снижении количества частиц фтористого аммония с размером до Способ получения фтористого аммония, включающий нейтрализацию газообразного фтористого водорода аммиаком при 170-190 С с последующимотделением твердых частиц фтористогоаммония от избыточного аммиака, о тл и ч а и щ и й с я тем, что, сцелью увеличения производительностипроцесса при сохранении высокого содержания основного вещества в продукте, на нейтрализацию подают аммиак,содержащий твердые частицы фтористого аммония размером до 5 мкм в количестве 80-1007 при их концентрации в аммиаке 6-50 г/м,