ДАВЛЕНИЕ ПАРОВ ХЛОРИСТОГО ВОДОРОДА НАД РАСТВОРАМИ СИСТЕМЫ NH4CL-HCL-H2O

Никандров М. И.¹, Никандров И. С.²

¹Кандидат технических наук, доцент; ²доктор технических наук, профессор, Дзержинский политехнический институт Нижегородского технического университета

ДАВЛЕНИЕ ПАРОВ ХЛОРИСТОГО ВОДОРОДА НАД РАСТВОРАМИ СИСТЕМЫ NH₄CL-HCL-H₂O

Аннотация

Получены данные по равновесному давлению паров хлористого водорода над растворами хлористого аммония. Данные необходимы для расчета массопередачи при очистке отходящих газов от хлористого водорода. Результаты использованы при расчете кожухотрубчатого графитового абсорбера.

Ключевые слова: газы, очистка, хлористый водород, хлористый аммоний, раствор, абсорбция.

Nicandrov M. I.¹, Nicandrov I. S.²

¹Candidate of technical Sciences, associate Professor; ²Doctor of technical Sciences, professor, Dzerzhinsky Polytechnic institute of Nizhny Novgorod technical University

PRESSURE STEAME HYDROGEN CHLORIDE OVER SOLUTION ON SYSTEM NH₄CL-HCL-H₂O

Abstract

Data on equilibrium vapor pressure of hydrogen chloride over solutions of ammonium chloride. These data are needed to calculate the mass transfer in exhaust gas cleaning from hydrogen chloride. The results have been used to calculate of shelltube graphite absorber.

Keywords: gas, cleaning, hydrogen chloride, ammonium chloride, solution, absorption.

Для производства качественного хлористого аммония обычно используют соляную кислоту или синтетический хлористый водород. Применение для синтеза хлористого аммония печного газа после термического окисления хлорорганических отходов в циклонной печи позволяет снизить себестоимость получаемого продукта и одновременно решить задачу очистки отходящих газов производства хлорорганических веществ.

При производстве хлористого аммония из газов, содержащих хлористый водород, получение раствора хлористого аммония ведут в 2 стадии. Сначала маточный раствор после кристаллизации хлористого аммония насыщают хлористым водородом. Полученный солянокислый раствор нейтрализуют газообразным или жидким аммиаком [1].

По разработанной технологии хлористый водород из печных газов поглощают раствором хлористого аммония в двух графитовых абсорберах. Второй по ходу газа абсорбер орошается маточным раствором, содержащим 26% хлористого аммония. Солянокислый раствор из этого абсорбера после нейтрализации аммиаком содержит 31% хлорида аммония. Раствор охлаждается до температуры 60 ℃ и поступает на орошение первого абсорбера. После нейтрализации солянокислый раствор перед стадией кристаллизации содержит 38% хлористого аммония.

Для определения состава газов, уходящих со стадии абсорбции и нейтрализации, и расчета массопередачи необходимы данные по равновесию взаимодействующих фаз на выходе газов из абсорберов. Имеющиеся сведения [2] по давлению паров относятся только к водным бинарным растворам. Данные по давлениям паров над совместными водными растворами с хлоридом аммония отсутствуют.

Равновесные давления паров хлористого водорода определены динамическим методом [3]. В качестве газа-носителя использовали азот, который пропускали через термостатированный насытитель с исследуемым раствором со скоростью 1 л/час. Унесенные пары воды улавливали из газа-носителя 0,001 и раствором гидроксида натрия. Содержание хлорид-иона в щелочных поглотителях определяли аргентометрически с использованием в качестве индикатора K₂Cr₂O₄. При этом значение pH в пробах отработанной щелочи перед титрованием снижали до 10,5 добавлением раствора азотной кислоты.

Давление паров определяли по уравнению:

P_i = (V_i · P_бар) / (V_a + V_HCl + V_H2O),

где P_бар – атмосферное давление в данном опыте; V_i – объем пара компонента; V_a – объем сухого азота, прошедшего через насытитель. Объем сухого азота вычисляется по уравнению:

V_a = (V_B – P`<sub>H2O</sub> · V<sub>B</sub> / P) · T / T`,

где V_B – объем азота, собранного в аспираторе, равный объему вытекшей воды; P`<sub>H2O</sub> и T` - давление и температура (℃) насыщенного пара в аспираторе.

V_HCl и V_H2O находили из уравнений:

V_HCl = (G_HCl / M_HCl) · (V₀ · 760 · T) / (273 · P);

V_H2O = (G_H2O / M_H2O) · (V₀ · 760 · T) / (273 · P),

где G_HCl и G_H2O – вес хлористого водорода или воды, поглощенных в поглотителях; M_HCl и M_H2O – молекулярные веса хлористого водорода или воды; V₀ – мольный объем компонента при нормальных условиях.

Результаты определения давления паров приведены в таблице. Величина относительной погрешности определения составляет 1,2 – 1,5% [4].

Таблица. Равновесное давление паров хлористого водорода над растворами системы хлорид аммония – хлористый водород – вода.

Состав раствора, % масс.		Температура, °С	Давление паров
NH4Cl	HCl		PHCl, Па	PH2O, кПа
37	1,9	60	0,3	17,3
31	0,1	60	0,06	19,3
30	2	60	0,33	18,9
24	2,1	60	0,4	19
19,6	2,05	60	1,1	21,8
38	4	60	1,7	16,9
30,2	4,1	60	1,9	18,6
20,2	4	60	2,1	20
38,1	6	60	3,3	16,1
30	5,9	60	4,1	18,2
24	5,8	60	4,8	19,4
38	4	80	7,3	39,5
38	6,1	80	22	37,6
38	4	100	51	86,7
38	6	100	65	83,1
30,1	4	80	10,8	45,9
30,1	6	80	26	42,6
30,1	4,1	100	55	95
30,1	6,1	100	72	93,9
0	2	60	0,5	-
0	4	60	2,2	-
0	6	60	5,3	18,49

Как видно из таблицы, при равных температурах с увеличением доли хлорида аммония в растворе давление паров хлористого водорода над их совместным раствором понижается.

При равной доле хлористого водорода в растворе присутствие в нем хлорида аммония способствует уменьшению давления паров хлористого водорода над раствором.

Так, над соляной кислотой, содержащий 6% HCl, при 60 ℃ давление паров хлористого водорода равно 5,3 Па. Над раствором, содержащим 38% NH₄Cl и 6% HCl, давление паров хлористого водорода уже в 1,6 раза ниже и равно 3,3 Па. Это указывает на возможность образования в растворе комплексов n · NH₄Cl · HCl, в результате чего доля свободных молекул HCl в растворе уменьшается.

Давление паров воды над совместными с хлоридом аммония растворами так же понижается (в тех же условиях ~ в 1,15 раза по сравнению с бинарным раствором.