ПОЛУЧЕНИЕ ДЫМЯЩЕЙ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ И БЕЗУГОЛЬНОГО АММИАКА Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ПОЛУЧЕНИЕ ДЫМЯЩЕЙ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ И БЕЗУГОЛЬНОГО АММИАКА

А. И. Бердников

Из Московского научно-исследовательского института гигиены имени Ф. Ф. Эрисмана Министерства здравоохранения РСФСР

Лаборатории санитарно-эпидемиологических станций для некоторых исследований нуждаются в дымящей азотной кислоте и безугольном элементе.

Дымящую HNO3 промышленность выпускает в крупной фасовке. Хранить, а тем более разливать в малые емкости такую кислоту в условиях лабораторий санитарно-эпидемиологических станций не всегда представляется возможным. Поэтому в практике работы лабораторий санитарно-эпидемиологических станций HNO3 удельного веса 1,49—1,51 получают лабораторным способом. В основе его лежит обменная реакция между натриевой или калиевой солью и концентрированной H2SO4 по схеме:

NaNOs+ HaS04----> HNO3 1 + NaHS04 .

Выделяющуюся HNO3 получают перегонкой в аппарате, состоящем из колбы с притертой пробкой и холодильника. Однако описанный метод страдает недостатками. Один из них заключается в следующем. Для удаления прореагировавших веществ и загрузки новых порций исходных необходимо разъединение частей аппарата. Это может быть сделано после предварительного охлаждения всей перегонной системы. Охлаждение ведет к затвердеванию массы вновь образующегося NaHS04. Эту соль удаляют из колбы лишь после предварительного нагревания его до расплавленного состояния, на что, естественно, тратят дополнительное время. При этбм методе для получения 150 мл дымящей HNO3 необходимо около 5 часов.

Нами в лабораторных условиях получена дымящая HNO3 по другому способу. В основе его используется реакция образования паров окислов азота при нагревании смеси концентрированных H2S04 и HNOs. Выделяющаяся дымящая HNO3 конденсируется и собирается в колбе-приемнике. Получение этой кислоты представлено схемой:

H2S04 + HNO3------> NOa ^ (бурая двуокись азота).

нагревание .

Двуокись азота поглощает пары воды, образующиеся при кипении исходной НЫОз, относящейся к категории разбавленных («слабых») кислот (см. ниже). Такая кислота содержит значительное количество воды:

3NOa -f Н20----> 2HNOs 4- NO (бесцветная окись азота).

Окись азота в присутствии кислорода окисляется до двуокиси:

2NO + 02---->• 2NOj

и процесс повторяется сначала, однако вскоре затормаживается и совсем замедляется, что указывает на окончание реакции.

По предлагаемому методу (рис. 1) в колбу 2 из термостойко-кого стекла, соединенную посредством шлифов с парообразователем 1 и шариковым холодильником 3, загружают обычную HNO3 удельного веса 1,365. Марка кислоты «химически чистая». По ГОСТ 4461—48 такая HNO3 — «слабая». В загрузочную колбу 2 приливают H2S04 в некотором избытке. Нагревание ведут на песчаной бане 5. При 130—135° перегоняют фракции дымящей HNO3 с удельным весом 1,515 в прием-

ник 4. Удельный вес фиксируется ареометром1 при 20°. Хранят кислоту в склянке с притертой пробкой. Вся работа по получению дымящей НЫОз производится под тягой. Необходимо также пользоваться резиновыми перчатками.

Кислоту Н2504 в случае надобности можно легко регенерировать для получения следующих порций дымящей НМОз или для других целей. Для этого путем дальнейшего перегона в отдельную склянку-приемник отгоняют оставшуюся НГ^Оз из реакционной смеси. Температуру при этом повышают до 285—290° и перегонку ведут до появления белых паров БОз и характерного «хлюпания» в конденсаторе. Регенерация Нг504 считается законченной лишь после проверки на отсутствие Ы03 дифениламином. При загрузке было выяснено, что с увеличением количеств НгБСи по отношению к НЫ03 отмечается также и повышенный выход дымящей НЫОз. Поэтому вопрос о максимальном выходе, дымящей Н1МОз при избыточных количествах НгБСи исследовали особо. Результаты проведенных экспериментов представлены в таблице.

Как видно из таблицы, самый большой процент дымящей НМ03 с удельным весом 1,515 получается при 50—60% избытке Рис. 1. Аппарат для получения дымящей Нг504. На рис. 2 в соответствую-азотной кислоты удельного веса 1,515. щей систеМе координат это отме-

I — парообразователь; 2 — загрузочная колба; ■* т->

> — шариковый холодильник; 4 — колба-прием- ЧеНО ПИКОМ КрИВОИ. В ДЭЛЬНеи-ник; 5 песчаная баня. щем с увеличением ИЗбЫТКЭ

Нг504 выход дымящей НМОз снижается, что связано, очевидно, с тормозящими процессами реакции. Из рис. 2 видно, что 40% избыток Нг504 дает почти такой же эффект, как и 50—60%- Поэтому с практической стороны в целях экономии

Влияние избытка Н3в04 на выход дымящей Н\Оэ

Азотная кислота удельного веса 1.365 (в г)

Избыток серной кислоты Вы*°Д Дымя., удельного веса! щеЯ азотной

1.84 по отношению к азотной (в %)

кислоты удельного веса 1,515 (в мл)

Увеличение выхода дымящей азотной кислоты удельного веса 1.515 (в %>

Нг504 выгоднее всего брать только 40% ее избыток.

При приготовлении Зм-миака, не содержащего углекислоты, работники лабораторий санитарно-эпидемиологических станций могут также встретить определенные трудности. При температуре водяной бани 100° насыщение свежепрокипя-ченной бидистиллированной воды безугольным аммиаком прекращается, так как упругость пара в загрузочной колбе и в приемнике уравновешивается. Поэтому до требуемого объема никогда нельзя провести насыщение даже при увеличении температуры выше 100°,

500 500 500 500 500 500 500

15 30 45 60 75 90

167,5 175,0 182,5 185,0 186,0 180,0 175,0

4,47 8,95 10,44 11,0

7.46

4.47

1 В случае надобности НЫ03 получают и с меньшим удельным весом, чем 1.48. однако дистиллят все время контролируют на отсутствие сульфатнона.

Кроме этого, может возникнуть и другое явление. При небольшом перепаде температур, связанных с охлаждением первой яолбы в пределах ±1°, всякий раз наблюдается засасывание жидкости из колбы-приемника через холодильник обратно в первую колбу.

Мы предлагаем устранить эти явления следующим путем. Когда насыщения воды безугольным аммиаком уже практически не происходит (100°) и отмечены первые признаки обратного засасывания жидкости, то трубку, доходящую до дна, приподнимают над уровнем жидко-

» 20 30 ЬО 50 ВО 70 вв 30 100 изЬытю серной кис/готы удельного Веса I ¡Ь (8 проиентат)

Рис. 2. Зависимость повышенного выхода дымящей Н1чОз от избыточных количеств концентрационной Нг504.

сти и ведут перегонку до требуемого первоначального объема. Поэтому при сборке и монтаже аппарата необходимо обратить внимание на достаточно свободное перемещение стеклянной трубки в отверстии резиновой пробки приемника.

Отмечено также, что при соединении холодильника с первой колбой в положении «косо-вверх» идет лучшее насыщение воды аммиаком.

Описанный способ лабораторного получения дымящей HNO удельным весом 1,515 имеет ряд преимуществ. Он обеспечивает быстроту получения, является экономически выгодным и дает легкую и удобную перезагрузку аппарата.

Устранены также некоторые трудности при приготовлении безугольного аммиака.

Гусев Н. Г. (ред.) Сборник радиохимических и дозиметрических методик. М., 1959, стр. 58; 59.—ГОСТ 4461-48,—К а р я к и н Ю. В., Ангелов И. И. Чистые химические реактивы. М„ 1955, стр. 32; 237,—К у з н е ц о в В. И. (ред.) Химические реактивы и препараты. М.—Л., 1953, стр. 7.

ЛИТЕРАТУРА

Поступила 121 1961 г.

■¿Г # -b