CC BY
15
Инновации в науке № 10 (47), 2015 г
СибАК
www.sibac.info
СЕКЦИЯ 2.
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ПЕРЕРАБОТКА СОЛЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ НИТРОЗИРОВАНИЯ ДИАЛКИЛАМИНОВ
Ласкин Борис Михайлович
д-р техн. наук, профессор, начальник лаборатории ФГУП «РНЦ «Прикладная химия», РФ, г. Санкт-Петербург E-mail: bmlaskin@mail. ru
Вознюк Олеся Николаевна
канд. хим. наук, научный сотрудник ФГУП «РНЦ «Прикладная химия»,
РФ, г. Санкт-Петербург E-mail: voznuk. olesia@yandex. ru
Мухортов Дмитрий Анатольевич
канд. техн. наук, начальник отдела ФГУП «РНЦ «Прикладная химия»,
РФ, г. Санкт-Петербург
E-mail: [email protected]
Камбур Марина Павловна
научный сотрудник ФГУП «РНЦ «Прикладная химия»,
РФ, г. Санкт-Петербург E-mail: [email protected]
Петров Валентин Борисович
старший научный сотрудник ФГУП «РНЦ «Прикладная химия»,
РФ, г. Санкт-Петербург E-mail: valentinpetrov46@mail. ru
Алексеев Юрий Иванович
ведущий инженер ФГУП «РНЦ «Прикладная химия»,
РФ, г. Санкт-Петербург E-mail: alexeev-588@yandex. ru
21
Инновации в науке № 10 (47), 2015г.
^СибАК
www.sibac.mfo
RECYCLING OF SALT-CONTAINING WASTES FROM A NITROSATION OF DIALCYLAMINES
Boris Luskin
doctor of Science, Professor, head of a lab, FSUE “RSC “Applied Chemistry ”, Russia, Saint Petersburg
Olesiu Voznuk
candidate of Science, researcher, FSUE “RSC “AppliedChemistry”,
Russia, Saint Petersburg
Dmitriy Mukhortov
candidate of Science, head of a department, FSUE “RSC “Applied Chemistry ”, Russia, Saint Petersburg
Murinu Kumbur researcher, FSUE “RSC “AppliedChemistry”, Russia, Saint Petersburg
Vulentin Petrov
senior researcher, FSUE “RSC “Applied Chemistry ”,
Russia, Saint Petersburg
Yuriy Alexeev
leading engineer, FSUE “RSC “Applied Chemistry”,
Russia, Saint Petersburg
АННОТАЦИЯ
С целью разработки технологии переработки отходов нитрозирования органических соединений, представляющих собой водный раствор сульфата натрия с примесью нитрата натрия и нитрита натрия, экспериментально исследован процесс денитрации солесодержащих растворов путем взаимодействия нитрата натрия с бисульфатом натрия с последующей испарением образующейся азотной кислоты при высокотемпературной обработке.
ABSTRACT
For the purpose of a recycling technology development of wastes from a nitrosation of dialcylamines (water solution of sodium sulafate, sodium
22
Инновации в науке № 10 (47), 2015 г
СибАК
www.sibac.info
nitrate and sodium nitrite), process of a salt-containing solutions denitration is experimentally investigated. The denitration is lead by interaction sodium nitrate and sodium bisulphate and following high-temperature treating of an obtained solution with elimination of nitric acid.
Ключевые слова: сульфат натрия; нитрат натрия; нитрит натрия; бисульфат натрия; очистка.
Keywords: sodium sulphate; sodium nitrate; sodium nitrite; sodium bisulphate; refinement.
Современное производство N-диалкилнитрозоаминов, общей формулой RiR2NNO, где Ri, R2 — алкильный радикал, основано на методе получения N-диалкилнитрозоаминов путем нитрозиро-вавния диалкиламинов нитритом натрия в присутствии серной кислоты (1) [1, с. 199—201].
н+
(AlbNH> ■ H2SO4 + 2NaNCh -^^2AlbNH HN02 -^2Alk2NNO +НЮ
+Na2SC>4 (1)
Alk - Me, Et, n-Pr, i-Pr и др.
Помимо основной реакции нитрозирования диалкиламинов, в реакционной среде протекает параллельные реакции (2, 3, 4):
2NaNO2 + H2SO4 * 2HNO2 + Na2SO4 (2)
3HNO2^HNO3+2NO+H2O (3)
NaNO2 +HNO3^ HNO2+ NaN03 (4)
В связи с протеканием побочных реакций (2—3) процесс нитрозирования диалкиламинов проводят при избытке нитрита натрия, который может достигать величины 20 %.
Из реакционной массы нитрозодиалкиламины выделяют ректификацией в виде дистиллята в смеси с водой, а в кубе колонны образуется водный раствор солей с концентрацией порядка 30 %, дальнейшая переработка которого приводит к получению низкокачественного сульфата натрия, загрязненного примесями нитрата и нитрита натрия.
Для решения этой проблемы был предложен эффективный метод очистки сульфата натрия от нитрита и нитрата натрия путем введения в солесодержащие растворы серной кислоты с образованием
23
Инновации в науке № 10 (47), 2015г.
^СибАК
www.sibac.mfo
бисульфата натрия, который при последующем нагревании до 200 °С после испарения воды взаимодействует с нитратом натрия с испарением образующейся азотной кислоты. При этом нитрит натрия полностью разлагается на стадии образования бисульфата натрия по уравнению (5).
2NaHSO4 + 3NaNO2 ^ 2^804+ NaNOs + H2O+ 2NO (5)
В результате экспериментальных исследований было установлено, что процесс получения высококачественного сульфата натрия из солесодержащих отходов, образующихся в процессе нитрозирования диалкиламинов, можно осуществить в три основные стадии - получение бисульфата натрия в рабочем растворе, выпаривание воды и высокотемпературная обработка сухих солей. Необходимость разделения процесса денитрации солесодержащих отходов по стадиям обусловлена тем, что образование бисульфата натрия протекает в водной среде при температурах 45—60 оС, а процесс вытеснения азотной кислоты идет при температуре выше 200 оС и реализация этого процесса в водных растворах не представляется возможной.
Образование в реакционной среде бисульфата натрия достигается путем добавления в исходный раствор расчетного количества серной кислоты (6).
H2S04 + Na2S04 ^=~2NaHSO,
(6)
Количество серной кислоты рассчитывается исходя из содержания в исходном растворе нитрата и нитрита натрия по уравнениям (5, 7).
NaNCh + NaHS04 Na2S04 + HN03
(7)
В результате проведенных исследований было установлено, что содержащийся в растворе нитрит натрия на стадии подкисления рабочих растворов разлагается с конверсией 84—97 % по уравнению
(5).
В таблице 1 представлены результаты экспериментов по разложению нитрита натрия при подкислении солесодержащих растворов серной кислотой.
24
Инновации в науке № 10 (47), 2015 г
^ СибДК
www.sibac.info
Таблица 1.
Разложение водных растворов нитрита натрия при подкислении солесодержащих растворов серной кислотой
№ п/п Максимальная температура опыта, °С Средняя скорость нагрева, °С/ мин Время выдержки при максимальной температуре, мин Конверсия нитрита натрия, %
1 46 0,60 20,5 84,0
2 51 0,65 13 85,2
3 57 0,54 0 85,0
4 60 0,90 12 97,8
Полученные рабочие растворы, содержащие бисульфат и нитрат натрия, подвергали выпарки до остаточного содержания воды 10—15 %. Затем образующуюся смесь солей подвергли высокотемпературной обработке при температуре 190—230 оС. Установлено, что при подобной обработке солевых смесей нитрат натрия активно реагирует с бисульфатом натрия (7) с конверсией 83—90 %.
Результаты экспериментов по термической обработки сухой смеси солей, содержащих нитрат натрия, средний и кислый сульфат натрия, представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Результаты экспериментов по термической обработке сухой смеси солей, содержащих нитрат натрия, средний и кислый сульфат
натрия
№ п/п Температура в опыте, ° С Время от Тнач. до Т кон., мин. Масса навески, г CNaNO3, % в конце опыта CNaHSO4,% в конце опыта Степень конверсии NaNO3,%
1 200-226 17 9,7 0,62 1,3 88
2 210-230 10 9,7 0,71 1,4 87
3 210-220 13 9,7 0,53 1,1 90
4 220-230 10 9,7 0,58 1,1 98
5 200-220 8 3,0 0,70 1,5 87
6 156-214 3 4,9 2,55 3,86 51
7 135-211 8 10,4 2,7 3,0 49
Результаты, приведенные в таблице 2, показывают при температуре от 200 до 230 °С и времени пребывания не менее 10 минут конверсия нитрата натрия составляет от 87 до 98 % и полученный
25
Инновации в науке № 10 (47), 2015г.
^СибАК
www.sibac.mfo
в результате термической обработки сульфат натрия соответствует ТУ 2141-114-05766575-2004 по остаточному содержанию нитрата натрия, величина которого не должна превышать 1,5 %. В ряде опытов (№№ 1—5) содержание нитрата натрия не превышает 1,0 %. Дальнейшее увеличение температуры не приводит к увеличению конверсии нитрата натрия, и поэтому не является целесообразным.
Снижение температуры до 135—200 °С приводит к уменьшению конверсии нитрата натрия, что ухудшает качество полученного сульфата натрия. Так в опытах при температуре от 135 до 211 °С конверсия нитрата натрия составила от 49 до 51 %.
При этом было показано, что образующаяся в результате этого процесса азотная кислота эвакуируется из реакционной среды, что предотвращает от повторного загрязнения сульфата натрия.
Наряду с основным процессом в реакторе термической обработки может происходить частичное разложение паров азотной кислоты [2; 3] с образованием диоксида азота и кислорода.
2HNO3 ® H2O + 2NO2 + 0,502 (8)
Возможно также разложение диоксида азота до оксида азота и кислорода по уравнению (9):
2NO2 ® 2NO + O2 (9)
В результате экспериментальных исследований было показана возможность абсорбционного улавливания паров азотной кислоты водными растворами аммиака, гидроксидами и карбонатами щелочных металлов. Кроме того выяснено, что в условиях термической обработки смеси солей при температуре 200—220 оС, образующиеся пары азотной кислоты разлагаются на 5—18 % в зависимости от времени пребывания паров в интервале 3—15 минут.
Практическая значимость предложенного метода очистки сульфата натрия от примесей нитрита и нитрата натрия заключается в возможности получения товарного сульфата натрия и товарных нитратов.
Результаты, приведенные в настоящем материале, выполнены при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований и экспериментальных разработок RFMEFI62514X0019.
26
Инновации в науке № 10 (47), 2015 г
СибАК
www.sibac.info
Список литературы:
1. Синтез органических препаратов. В 12 Сб. Сб. 2 / под ред. Б.А. Казанского. — М.: Иностр. Лит., 1949. — 655 с.
2. Johnston H.S., Foering L., Tao Y.S., and Messerly G.H. The kinetics of the thermal decomposition of nitric acid vapor // J. Amer. Chem. Soc. — 1951. — Vol. 73. — № 5, — P. 2319—2321.
3. Ellis W.R., Murray R.C. The thermal decomposition of anhydrous nitric acid vapour // J. appl. Chem. — 1953. — Vol. 3. — № 7. — P. 318—321.
ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОД ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ С АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ
Дюсенбиева Кульмайрам Жаманбаевна
PhD докторант, Алматинский технологический университет,
Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: [email protected]
Таусарова Бижамал Раимовна
д-р хим. наук, профессор, Алматинский технологический университет,
Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: [email protected]
Кутжанова Айкен Жуматаевна
канд. техн. наук, профессор, Алматинский технологический университет, Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: kutsanova@mail. ru
Булегенов Азамат Ерсултанович
ст. преп.,
Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова,
Республика Казахстан, г. Шымкент E-mail: [email protected]
27
