Карбид кальция и вода


Карбид кальция: свойства и применение. Получение ацетилена :

Карбиды – это группа неорганических соединений углерода с металлами, а также с кремнием или бором (поскольку эти элементы проявляют металлические свойства). Карбид кальция – одно из наиболее востребованных веществ этой группы. О свойствах и применении соединения читайте ниже.

История получения

Карбид кальция – соединение, получившее широкое применение в современной промышленности. В 1862 году немецкий химик Фридрих Велер впервые синтезировал молекулу этого вещества. Получение карбида кальция он осуществил следующим образом. Ученый приготовил расплав кальция с цинком, а затем нагрел его с углем. В результате получился карбид. Химическая формула соединения – CaC2. Промышленный способ получения карбида предложил ученый Муассан в 1892 году. Другие названия вещества – ацетиленид кальция, или углеродистый кальций. Кристаллическая решетка соединения выглядит следующим образом:

Физические свойства

По своим физическим свойствам карбид кальция является кристаллическим веществом с температурой плавления 2300 оС. Эта цифра является справедливой лишь для чистого соединения. Карбид, содержащий примеси, может иметь другие показатели температуры плавления. Основное агрегатное состояние вещества – твердое, а цвет варьирует от серого до коричневого.

Химические свойства

Карбид кальция хорошо впитывает воду. Этот процесс сопровождается химической реакцией разложения. Важно, что карбидная пыль обладает раздражающим действием на слизистые оболочки, кожу и органы дыхания. Поэтому во время работы с соединением необходимо использовать противогазы либо противопылевые респираторы. С кислородом карбид кальция взаимодействует при высокой температуре с образованием карбоната кальция. Реакция с азотом приводит к синтезу цианамида кальция. Также при высоких температурах карбид кальция вступает в реакции соединения с хлором, фосфором, мышьяком. Но все-таки одним из важнейших свойств соединения считается разложение водой.

Получение

Производство карбида кальция заключается в следующем. Негашеную известь и предварительно измельченный кокс смешивают. Полученную смесь подвергают расплавлению в электрических печах. Кокс и оксид кальция берутся в равных по массе частях. Процесс происходит при температуре 1900 оС. Расплав выходит из печи и в дальнейшем разливается по специальным формам. Затем уже затвердевший карбид кальция дробят и сортируют по размеру кусков. Гранулы вещества разделяются на четыре фракции в соответствии с их размерами: 25×80, 15×25, 8×15, 2×8, которые определяются ГОСТом 1460-56. По своему составу технический карбид кальция содержит 75-80% основного вещества. На долю примесей, таких, как углерод, известь и других, приходится до 25% от общей массы полученной смеси. Кроме того, содержащийся в техническом карбиде сульфид и фосфид кальция обусловливают довольно неприятный его запах. Представим реакцию получения СаС2: СаО + 3С → СаС2 + СО↑. Образование ацетиленида кальция сопровождается поглощением тепла. Поэтому логично предположить, что реакция его разложения, напротив, идет с выделением энергии.

Транспортировка и хранение

По причине того, что влага моментально разлагает карбид с выделением большого количества тепла и образованием взрывоопасного газа ацетилена, хранить вещество необходимо в герметично закупоренных барабанах или бидонах. Следует помнить, что ацетилен легче воздуха и способен скапливаться в верхних зонах помещения. Этот газ, помимо наркотического действия, обладает способностью к самовоспламенению. Поэтому использовать карбид кальция необходимо с большой осторожностью. Расфасовке на производстве уделяется особое внимание. Готовое вещество помещается в специальные барабаны (тара, напоминающая консервные банки). Такая упаковка требует аккуратного вскрытия. При этом должен использоваться инструмент, не приводящий к образованию искр (молоток или специальный нож). В случае попадания карбида на кожу или слизистые оболочки необходимо немедленно промыть пораженный участок водой и обработать место вазелином или жирным кремом. Транспортировка соединения осуществляется с использованием только крытых видов транспорта. Воздушная доставка карбида запрещена. Помещения, где хранится СаС2, должны быть хорошо проветриваемыми. Также не разрешается хранить карбид совместно с другими химическими веществами. Это может привести к нежелательным, а, возможно, и опасным, реакциям. Срок хранения карбида составляет полгода.

Применение

Область применения карбида кальция чрезвычайно широка. В первую очередь это промышленный синтез. Карбид кальция используется для производства синтетического каучука, уксусной кислоты, ацетона, этилена, винилхлорида, стирола. Также он находит применение в получении цианамида кальция. Это вещество ценно своим использованием в синтезе различных удобрений и цианистых веществ. В сельском хозяйстве любому агроному известно такое название, как карбидно-карбамидный регулятор. Он применяется для регуляции роста растений. А для его получения также используется карбид кальция. Кроме того, это соединение находит применение в процессе производства цианамида кальция. Эта реакция основана на нагревании карбида кальция с азотом. Восстановление щелочных металлов также не обходится без применения описываемого нами вещества. Карбид кальция применяется и в процессе газосварки. Например, широко используются карбидные лампы. Принцип их работы основан на взаимодействии в специальной емкости карбида с водой и сгорании на выходе из аппарата конечного вещества реакции – ацетилена. Посмотрите на фото карбидной лампы.

Производство ацетилена

Одной из важнейших областей применения карбида кальция является его использование в получении ацетилена. Заслуга в открытии этого способа также принадлежит немецкому ученому-химику Фридриху Велеру. В основе этого промышленного процесса лежит реакция разложения карбида под воздействием воды. СаС2 + 2 Н2О → С2Н2 + Са(ОН)2↓. На выходе образуется газ ацетилен и гашеная известь, выпадающая в осадок. Процесс сопровождается выделением большого количества тепла. Объем газа на выходе зависит от того, насколько чистый используется для реакции карбид кальция. Ацетилен, образующийся в результате, может иметь различный объем – 1 кг исходного вещества может дать от 235 до 290 литров газа. Что касается скорости протекания реакции, то она зависит как от малого процента примесей в карбиде кальция, так и от температуры воды, а также ее чистоты. Если рассматривать теоретическую реакцию производства ацетилена из карбида, то в ней на 1 кг карбида достаточно 560 мл воды. Однако на практике объем воды для проведения реакции увеличивается. На 1 кг карбида кальция в условиях промышленного синтеза требуется от 5 до 20 литров воды. Такое количество необходимо для того, чтобы ацетилен лучше охлаждался, а также для обеспечения оптимальной безопасности при работе. Ниже изображен немецкий химик Фридрих Велер.

Лабораторный опыт получения ацетилена

Многим из школьных уроков химии знакома реакция взаимодействия карбида с водой. Обычно этот опыт позволяет продемонстрировать реакцию получения ацетилена, а также физические и химические его свойства. Процесс выделения газа при этом происходит достаточно бурно, поэтому трубка, отводящая ацетилен из колбы с действующими веществами, помещается в чашу с водой. Это обеспечивает менее активное и стремительное движение газа. Кроме того, в лабораторных условиях можно использовать и другой способ, чтобы сделать не слишком бурной реакцию разложения такого соединения, как карбид. Ацетилен при этом идет равномерно и спокойно. Для этого вместо воды необходимо взять насыщенный раствор поваренной соли. Также в лаборатории при проведении этой реакции следует осторожно добавлять воду в карбид, помещенный в объемную колбу, а не наоборот.

www.syl.ru

Химические характеристики карбида кальция и его реакция с водой

[Deposit Photos]

Карбид кальция — это химическое соединение кальция и углерода, в чистом виде представляющее собой кристаллическое белое вещество. Это вещество получается в результате реакции:

Ca + 2C → CaC₂

Карбид кальция [Wikimedia]

Карбид кальция имеет большое практическое значение. Другие названия вещества — углеродистый кальций или ацетиленид кальция.

Химические характеристики карбида кальция

Карбид кальция не летуч и не растворим ни в одном из известных растворителей, вещество разлагается под действием воды. Плотность ацетиленида кальция — 2,22 г/см³. Температура плавления — 2160 °С, температура кипения — 2300 °С. По степени воздействия на организм относится к чрезвычайно опасным веществам (I класс опасности).

Впервые ацетиленид кальция был получен немецким химиком Фридрихом Велером в 1862 году при нагревании сплава цинка и кальция с углем. Ученый описал реакцию углеродистого кальция с водой. Даже со следами Н₂O карбид кальция реагирует энергично и выделяет большое количество тепла. При недостатке воды происходит самовоспламенение образующегося ацетилена. Ацетиленид кальция бурно взаимодействует с водными растворами щелочей и разбавленными неорганическими кислотами. В ходе реакции выделяется ацетилен. Обладая сильными восстанавливающими свойствами, CaC₂ восстанавливает все оксиды металлов до чистых металлов или карбидов.

Получать карбид кальция удобнее из его окисла, а не из самого кальция. При высокой температуре (более 2000 °С) вещество восстанавливается. При этом происходит соединение металла и углерода:

CaO + 3C → CO↑ + CaC₂

Реакция протекает в электродуговой печи, где накаливается смесь негашеной извести и кокса или антрацита. Технический продукт имеет сероватый цвет из-за примеси в виде свободного углерода, окиси, фосфида кальция, сульфида и других химических соединений. Массовая доля CaC₂ в продукте составляет от 80% до 85%.

Применение карбида кальция

В прошлом карбид кальция использовался в карбидных лампах, где вещество служило источником ацетиленового пламени. Сегодня такие источники света применяют в спелеологии, а также в маяках и бакенах. CaC₂ — ценное химическое сырье. Например, главным продуктом органического синтеза является синтетический каучук. Из углеродистого кальция получают винилхлорид, ацетиленовую сажу, акрилонитрил, уксусную кислоту, ацетон, этилен, стирол, искусственные смолы.

Старая карбидная лампа [Deposit Photos]

В металлургии карбид кальция используется для раскисления металлов и снижения содержания кислорода и серы (десульфурации). Карбид кальция используется для изготовления порошкового карбидного реагента, регулятора роста растений. Для получения одной тонны CaC₂ необходимо 3 тысячи квт/час электроэнергии. Поэтому производство вещества оправдано только при низких ценах на электроэнергию. При этом мировое производство углеродистого кальция постоянно растет.

Карбид кальция — реакция с водой

При реакции карбида кальция с водой выделяется ацетилен:

2H₂O + CaC₂ → C₂H₂ + Ca(OH)₂

Ацетилен является техническим веществом, имеет неприятный запах из-за содержания ряда примесей (NH₃, H₂S, PH₃ и других). В чистом виде ацетилен — бесцветный газ с характерным слабоватым запахом, растворимый в воде.

Ацетиленовая сварка [Deposit Photos]

Чтобы понять, как протекает реакция карбида кальция с водой, проводят опыт: в 1,5-литровую бутылку наливают воду, быстро бросают внутрь несколько кусков карбида кальция и закручивают пробку. В результате в бутылке собирается ацетилен под избыточным давлением. Как только реакция карбида кальция с водой прекращается, на бутылку помещают горящую бумагу. После этого происходит взрыв, который сопровождается образованием огненного облака. В результате реакции стенки бутылки разрываются, поэтому такой опыт — опасный и проводится только при соблюдении правил техники безопасности.

Внимание! Не пытайтесь повторить эти опыты самостоятельно! Здесь вы узнаете, какие опыты с огнем можно безопасно проводить дома.

Для демонстрации реакции карбида кальция с водой опыт проводят в другом варианте — с 6-литровой бутылкой. В таком случае нельзя обойтись без строгого взвешивания используемых компонентов, ведь чем больше радиус бутылки, тем меньше емкость устойчива к высокому давлению (при одинаковой толщине стенок и при одинаковом материале). Бутылка большего объема имеет больший радиус, но примерно такие же стенки — следовательно, она менее устойчива к давлению. Чтобы она не взорвалась, количество карбида кальция нужно заранее рассчитать. Молярная масса кальция — около 40, углерода — 12. Значит, молярная масса карбида кальция CaC₂ — около 64 г/моль. Следовательно, 64 г карбида дадут 22,4 л ацетилена. Объем бутылки — 6 л. Значит, избыточное давление — примерно 4 атм.

Давление в 4 атмосферы бутылка должна выдержать. Для проведения эксперимента необходимо взять около 64 г карбида кальция и примерно 0,5 л воды. В бутылку вставляют пакет, в него просовывают кусочки карбида. Пакет проталкивают в бутылку, после чего быстро закручивают пробку. Реакция карбида кальция с водой продолжается несколько минут, бутылка раздувается, процесс сопровождается резкими хлопками, но бутылка выдерживает.

После окончания выделения ацетилена на пробку бутылки помещают горящую тряпку, пропитанную ундеканом.

Молекула ундекана [Wikimedia]

Сразу после этого необходимо отойти на максимально безопасное расстояние. Вскоре происходит яркая желтая вспышка, из пробки ударяет фонтан пламени высотой до 4 метров. Пробка в результате сгорает, бутылка морщится, но остается целой. Проводить такой эксперимент необходимо на открытом воздухе, вдали от легковоспламеняющихся и взрывоопасных предметов. Соблюдение правил техники безопасности является обязательным.

melscience.com

Карбид кальция

В результате взаимодействия углерода с металлами при высоких температурахполучаются карбиды. Например, карбид кальция: Ca + 2C → CaC2. Из всех карбидов он имеет наибольшее практическое значение. Чистый CaC2 — хорошо кристаллизующееся твердое вещество, бесцветные кристаллы образованы ионами Ca2+ и C2-. Другие его названия — ацетиленид кальция или углеродистый кальций. Молярная масса равняется 64,1 г/моль. Он не летуч и не растворим ни в одном из известных растворителей, а под действием воды разлагается. Плотность его составляет 2,22 г/см³. Температура плавления равняется 2160°С, а кипения — 2300°С. По степени воздействия на организм относится к веществам чрезвычайно опасным (1-й класс опасности).

Впервые ацетиленид кальция был получен в 1862 году немецким химиком Фридрихом Велером при нагревании с углем сплава из цинка и кальция. Им же была описана реакция углеродистого кальция с h3O. Даже с ее следами (например, с атмосферной влагой) карбид кальция реагирует энергично, с выделением большого количества тепла. Но в случае недостатка воды может произойти самовоспламенение образующегося ацетилена. Карбид кальция бурно взаимодействует с разбавленными неорганическими кислотами и водными растворами щелочей. При этом также происходит выделение ацетилена. Являясь сильным восстановителем, CaC2 способен восстанавливать все оксиды металлов до карбидов или чистых металлов.

Получение карбида кальция удобнее не из самого кальция, а его окисла. При высокой температуре (от 2000 до 2300°С) происходит его восстановление. При этом металл и углерод соединяются: CaO + 3C → CO↑ + CaC2. Процесс протекает в электродуговой печи, где накаливают смесь негашеной извести и кокса или антрацита. Технический продукт окрашен, имеет сероватый цвет, так как содержит примеси в виде свободного углерода, окиси, а также сульфида, фосфида кальция и других химических соединений. Массовая доля CaC2 в нем составляет 80—85%.

При взаимодействии карбидов с водой выделяется или металл, или ацетилен. По второму варианту с водой реагирует карбид кальция. Ацетилен, полученный в результате реакции, которая имеет промышленное значение: 2h3O + CaC2 → C2h3 + Ca(OH)2, является техническим и имеет неприятный запах, так как содержит ряд примесей (Nh4, h3S, Ph4 и другие). Хотя в чистом виде он является бесцветным газом с характерным слабоватым запахом, и он довольно хорошо растворяется в воде. Имеет большое значение для получения цианамида кальция (является сырьем в производстве цианистых соединений или применяется в качестве удобрения) из карбида взаимодействием его с азотом по уравнению реакции: N2 + CaC2 → CaCN2 + C.

В прошлом CaC2 широко использовался в карбидных лампах, где служил источником ацетиленового пламени. В настоящее время применение такого источника света ограничивается в основном спелеологией, его используют также в бакенах и маяках. Другие важные направления применения CaC2 — это химические технологии, где он является сырьем. Например, в производстве продуктов органического синтеза, главным из них является каучук синтетический. Также из углеродистого кальция получают ацетиленовую сажу, винилхлорид, уксусную кислоту, акрилонитрил, этилен, ацетон, искусственные смолы, стирол. В металлургии служит для раскисления металлов и десульфурации (снижение содержания кислорода и серы соответственно). Карбид кальция используют для изготовления регулятора роста растений, порошкового карбидного реагента (ацетиленовая сварка).

Получение каждой тонны CaC2 требует примерно 3 тысячи квт/час электроэнергии. Поэтому оно оправдано при наличии низких цен на нее. Однако в целом мировое производство углеродистого кальция растет. Если в 70-х годах предшествующего столетия ежегодно вырабатывалось до 5 миллионов тонн, то в нашем веке это количество выросло примерно вдвое. Так, в Китае производство ацетилена на основе карбида кальция является основным источником сырья для химической промышленности, в частности, для производства поливинилхлорида. Получение ацетилена из своего сырья экономичнее, чем при использовании импортной нефти. Поэтому производство его в Китае растет. В 2005 году оно достигало 8,94 миллионов тонн, и была реальная возможность выпускать 17 миллион тонн.

В отличие от Китая, в США, Европе и Японии потребление углеродистого кальция, как правило, снижается. Уровень его производства в США в 90-х годах составлял всего 236 тысяч тонн в год. В нашей стране карбид кальция выпускают по техническим условиям, изложенным в ГОСТ 1460-81. Основные его потребители — это Украина, Узбекистан, Румыния и Словакия. Из-за высокой энергоемкости продукта и в связи с ростом цен на электроэнергию потребление ацетиленида кальция в России и странах-экспортерах снизилось вдвое.

fb.ru

5ballov-101791

Библиотека 5баллов.ru

Соглашение об использовании

Материалы данного файла могут быть использованы без ограничений для написания собственных работ с целью последующей сдачи в учебных заведениях.

Во всех остальных случаях полное или частичное воспроизведение, размножение или распространение материалов данного файла допускается только с письменного разрешения администрации проекта www.5ballov.ru.

РосБизнесКонсалтинг

Производство ацетилена карбидным способом

Ацетилен является исходным сырьем для синтеза мономерных веществ, из которых получают химические волокна, пластические массы, каучук и другие важные продукты и материалы. К таким мономерам относятся винилхлорид, винилацетат, акрилонитрил, хлоропрен и т. д. В связи с большой потребностью в продуктах, полу­чаемых на основе ацетилена, планами развития народного хозяйства предусмотрено увеличение производства ацетилена, как из углеводо­родного сырья, так и классическим способом — через карбид кальция.

Физические свойства ацетилена

Ацетилен СН ≡ СН был открыт в 1836 г. английским химиком Дэви при исследовании состава светильного газа. В ряду непредель­ных алифатических углеводородов общей формулы Cnh3n-2 ацети­лен является первым представителем и имеет молекулярный вес 86,04.

Ацетилен при обычных условиях представляет собой бесцветный газ со следующими физическими характеристиками:

Температура, °С

кипения —83,8

плавления —81

возгонки —84,1

критическая 35,6

Критическое давление, ат 61,6

Тройная точка ацетилена, соответствующая устойчивому равно­ценно трех фаз, характеризуется следующими величинами: темпера­тура —80,6 С, давление 962 мм рт. ст.

Плотность жидкого ацетилена при критическом давлении и 0° С равна 0,451 кг/л.

Ацетилен хорошо растворяется во многих органических и неорга­нических жидкостях, что позволяет выделять концентрированный ацетилен из реакционных газов при производстве его из природного газа или нефтяных углеводородов.

Ацетилен может гореть с выделением большого количества тепла. Теплотворная способность его равна 13 387 ккал/м3 (высшая) и 12 710 ккал/м3 (низшая). Благодаря такой высокой теплотворной способности ацетилен находит применение для газопламенной резки и сварки металлов. Ацетилен является эндотермическим соедине­нием, в определенных условиях способным к взрывному разложению на простые вещества:

С2Н2 → 2С + Н2 ∆H = —54,2 ккал/моль

Температура при этом достигает 2800° С. При наличии источника воспламенения ацетилен также способен взрываться. Взрывчатые свойства его выше, чем у многих сильно взрывчатых веществ.

Получение ацетилена из карбида кальция

При действии воды на карбид кальция выделяется ацетилен и об­разуется гашеная известь:

CaC2+ 2Н2О → С2Н2 +Са (ОН)2 ∆H = —30,4 ккал/моль

Тепло, выделяющееся при разложении технического карбида кальция, представляет собой сумму количеств тепла, выделяемого при взаимодействии с водой карбида кальция и содержащейся в техническом карбиде негашеной извести. Реакция извести с водой протекает но уравнению:

С0 + Н20 → Са(ОН)2 ∆H = —15,2 ккал/моль

Теоретически для разложения 1 кг химически чистого карбида кальция нужно затратить 0,562 кг поды; при этом образуется 1,156 кг гашенной извести и 0,406 кг ацетилена. Таким образом, теоретический выход сухого ацетилена из химически чистого карбида кальция при 0˚ С и 760 мм рт. ст. составляет 372,3 л/кг. Фактический выход ацетилена из технического карбида кальция вследствие наличия в последнем примесей и разложения его влагой воздуха колеблется от 230 до 310 л/кг.

Нормы выхода ацетилена при величине кусков карбида кальция от 2 до 80 мм регламентируются ГОСТ 1460—56. С повышением размеров выход ацетилена растет, так как мелкие куски сильнее при­тягивают атмосферную влагу и вследствие этого теряют ацетилен во время транспортирования. Значительный тепловой эффект реак­ции разложения карбида кальция и нежелательность перегрева аце­тилена приводит к тому, что в практических условиях процесс раз­ложения ведут с большим избытком воды против теоретического ко­личества.

Процесс образования ацетилена часто затрудняется из-за появления корки на кусках карбида кальция, возникающей при кон­такте их с гашеной известью, в которую превращается СаС2 при действии воды. Это приводит к заиливанию и перегреву генератора.

Для нормального протекания реакции корку извести необхо­димо удалять.

При погружении кусков карбида кальция в воду процесс разло­жения протекает непрерывно. Реакция начинается очень бурно, с большим выделением ацетилена, затем скорость ее постепенно сни­жается. Это тоже связано с образованием корки извести, препятст­вующей свободному доступу воды. При перемешивании реакционной массы в генераторе разложение карбида кальция протекает быстрее и бо­лее равномерно. С уменьшением размеров кусков возрастает общая поверхность соприкосновения фаз и, следовательно, скорость разложения повышается.

На практике процесс производ­ства ацетилена оценивают по времени, в течение которого выделяется 98% общего количества ацетилена, образующегося при разложении данного количества карбида кальция. Остаток карбида разлагается очень медленно, вследствие чего это время практически не характе­ризует процесс в условиях работы ацетиленовых генераторов.

Ацетиленовые генераторы

Ацетиленовые генераторы классифицируют по производительно­сти, предельному давлению вырабатываемого ацетилена и главное — по способу разложения карбида кальция водой.

Производительность генераторов по ацетилену может быть от 0,8 до 2000 м3/ч и более. Для сварочных работ используют небольшие передвижные генераторы — преимущественно до 80 м3/ч, в химической промышленности применяют генераторы на 500—2000 м3/ч.

По предельному давлению вырабатываемого ацетилена генераторы разделяют на генераторы низкого давления—до 0,1 атм. (герметизация с помощью гидравлического затвора) генераторы среднего давления — от 0,1 до 1,5 ат (закрытые аппараты) и гене­рации высокого давления — свыше 1,5 ат (только закрытые аппараты).

По способу разложения карбида кальция водой генераторы подразделяются на три основные системы:

1. Генераторы системы «карбид в воду» (аппараты непрерывного действия). Куски карбида сбрасывают в воду, находящуюся в газообразователе и там происходит разложение. Выделяющееся тепло расходуется в основном на нагревание воды. Образующаяся при реакции гидроокись кальция удаляется вместе с водой в виде суспензии.

2. Генераторы системы «вода на карбид». Воду периодически (или непрерывно) подают на куски карбида, загруженные в газообразователь. Регулируют процесс разложения, изменяя количество подаваемой воды. В этих аппаратах можно вести «мокрый» или «сухой» процесс газообразования. В генераторах «мокрого» типа воду подают на неподвижный карбид кальция, который полностью разлагается присутствии значительного избытка воды. В «сухих» генераторах вода поступает на непрерывно движущиеся куски карбида кальция, который находится в избытке по отношению к количеству подаваемой воды. Отходом является порошкообразная гидроокись кальция(известь-пушонка);

3. Контактные генераторы. Взаимодействие карбида кальция с залитой в аппарат водой осуществляется периодически, по мере расходывания ацетилена. Такие генераторы бывают только малой производительности (использование ацетилена для сварки и резки металлов).

В генераторах системы «карбид в воду» происходит наиболее полноеразложение карбида кальция с минимальными потерями ацетилена; в нихможно перерабатывать куски любых размеров, включаямелочь, а также регулировать производительность. Недостаткомэтих генераторов являются относительная сложность и громоздкостьзагрузочных устройств, высокий расход воды (10 м3 на 1 т С2Н2)и следствие этого большое количество отходов (жидкого ила). Генераторы системы «карбид в воду» применяются преимущественно какстационарные аппараты большой производительности и находят самоеширокое применение в химической промышленности.

Па рис. 11-6 показан генератор системы «карбид в воду» производительностью до 500 м3/ч. Аппарат заполнен водой на 3/4 высоты.Гранулированный карбид кальция (размер кусков 50—80 мм) иззагрузочных бункеров 1 и 2 поступает в генератор через шахту 4,нижняя часть которой погружена в воду. Подача карбида регулируется секторным питателем 3,вращающимсясо скоростью 16—18 об/ч.

Карбид кальция

Известковое молоко

Рисунок 11-6. Ацетиленовый генератор системы «карбид в воду»:

1 — верхний загрузочный бункер; 2 — нижний загрузочный бункер; 3 — секторный пита­тель; 4 — шахта; 5 — распределительный конус; 6 — корпус аппарата; 7 — гребки; 8 — полки; 9 — вращающийся вал; 10 — шлюзовой затвор; 11— уравнительная труба; 12 — гидравлический затвор.

Посредством установленного под шахтой конуса 5 карбид равномерно распределяется по сечению генератора. Для удаления корки извести с кусков карбида имеется перемешивающее устройство — вращающийся (до 120 об/ч) вертикальный вал 9 с лопастями. На верхней сет­чатой полке 8 куски карбида перемещаются от центра к периферии и попадают на нижнюю полку, имеющую уклон к центру. При тре­нии кусков карбида о полки корка извести ссыпается. Гашеная из весть удаляется из генератора в виде известкового молока по сифон­ной трубе 11, являющейся регулятором уровня воды. Тяжелые при­меси карбида кальция (ферросилиций и др.) собираются в нижнем бункере (шлюзовой затвор 10), откуда их периодически удаляют.

Более рациональны генераторы системы «вода на карбид» с «су­хим» процессом разложения карбида кальция. Получаемая в них сухая известь-пушонка (5% влаги) является хорошим строительным материалом и легко транспортируется. Этим упрощается использо­вание отходов. Небольшой избыток воды при работе генератора практически полностью испаряется, что способствует созданию боль­шей безопасности при эксплуатации аппарата. На испарение расхо­дуется часть реакционного тепла, поэтому получаемый ацетилен не перегревается. Он насыщен водяными парами, вследствие чего зна­чительно менее взрывоопасен. Это является одним из важных пре­имуществ генераторов системы «вода на карбид».

В «сухом» генераторе карбид кальция через секторный питатель и горизонтальный шнек непрерывно поступает на верхнюю полку, куда разбрызгивающими устройствами подается вода. Карбид взаи­модействует с водой на полках генератора. При большом числе полок достигается почти полное разложение карбида (на 98%). Сухая из­весть выводится из генератора через конусную часть и попадает в ниж­ний цилиндр. Чтобы предотвратить «зависание» извести, конусная часть снабжается механическими ворошителями. Температура должна поддерживаться 50—60° С, для чего в генератор подают холодную воду. Загрузочные и нижние выгрузные бункеры устроены по прин­ципу шлюзовых затворов и продуваются азотом. Постоянное избы­точное давление в генераторе не должно превышать 300—400 мм рт. ст. В случае повышения давления избыточный ацетилен через гидравлический затвор отводят в атмосферу. Расход воды в «сухих» генераторах почти в 5 раз меньше, чем в «мокрых».

На рис.11-7 изображен «сухой» ацетиленовый генератор, в кото­ром разложение карбида кальция проводят при небольшом избытке воды. В нижнем цилиндре поддерживается определенный уровень и шести, который препятствует прониканию ацетилена в нижний шпек. Для окончательной подсушки пушонки в конус и нижний цилиндр подают пар по специальным рубашкам. Ацетилен отводится из генератора по трубе, расположенной в конусной части аппарата.

Карбид кальция

Пушонка

Рис. 11-7. «Сухой» ацетиленовый генератор системы «вода на карбид»:

1 — гребки; 2 — полки; 3 — ворошитель пушонки; 4 — устройство для замер уровня пушонки; 5 — рубашки; 6 — вал; 7 — стальной корпус.

Очистка ацетилена

Неочищенный ацетилен-сырец непригоден для химической пере­работки, так как в нем обычно содержатся следующие примеси (в %):

РН3 0,01—0,03 Н2 0,1

NН3 0,02—0,06 О2 0,1

Sih5 0,01 N2 0,4

AsН3 0,002 СО 0,1

СН4 0,03—0,5 СО2 0,03

Некоторые из указанных веществ (РН3, Sih5, АsН3 и СН4) образуются при действии воды на примеси, имеющиеся в карбидном плаве; водород, окислы углерода и аммиак десорбируют из карбида кальция; кислород и азот вносятся с водой. Кроме того, в ацетилене могут присутствовать ацетиленовые углеводороды (0,001—0,01%), хлорпроизводные ацетиленов (образующиеся в про­цессе очистки ацетилена) и сероводород (попадающий в газ при про­мывке его серной кислотой).

Для удаления наиболее вредных примесей, оказывающих влияние на последующие химические синтезы с участием ацетилена, приме­няют очистные составы, и осуществляется промывка ацетилена водой и щелочными растворами. Обработку ацетилена обычно проводят в следующем порядке:

а) промывка водой для удаления аммиака;

б) обработка раствором гипохлорита натрия для окисления фосфина, сероводорода и мышьяковистого водорода

РН3 + 4NаОСl → Н3Р04 + 4NаСl

Н2S + 4NаОСl → Н2S04 + 4NaCl

АsН3 + 4NaОСl → Н3Аs04 + 4NaCl

в) промывка щелочным раствором для нейтрализации следовкислот;

г) осушка серной кислотой или силикагелем.

Иногда для очистки ацетилена используют различные составы (смеси хлорной извести, солей железа и других соединений). Обычно применения гипохлорита натрия или кальция достаточно для получения ацетилена требуемого качества.

Рисунок 11-8 Схема очистки ацетилена:

1 — «сухой» ацетиленовый генератор; 2 — скруббер водной промывки; 3 — очи­стной скруббер; 4 — щелочной скруббер; 5 — скруббер для осушки ацетилена серной кислотой; 6 — сборники.

На рис. 11-8 представлена технологическая схема очистки аце­тилена. Ацетилен из генератора 1 поступает в скруббер 2, где промывается теплой оборотной водой для удаления аммиака и части серо­водорода. По мере накопления аммиачных солей оборотную воду заменяют свежей. В скруббере 3 ацетилен промывается гипохлоритом натрия или кальция для удаления фосфористого и мышьяковистого водорода и кремниевых соединений. В скруббере 4 из ацетилена раствором щелочи вымываются остатки соединений кислотного ха­рактера. В случае необходимости ацетилен в скруббере 5 осушают серной кислотой или обрабатывают в специальном аппарате силикагелем (на рисунке не показано). Очищенный ацетилен направляют на переработку или собирают в газгольдере.

При «мокром» способе производства ацетилена образуется в боль­ших количествах карбидный ил. При разложении 1 кг карбида каль­ция получается до 2 л тестообразного карбидного ила, содержание воды в котором может колебаться от 35 до 55 вес. %. Сухой карбид­ный ил имеет следующий состав (в вес. %):

Са(ОН)2 . . . 83—88 СаS . . . . . . . . . .0,6—0,9

СаС03 .... 4—8 Fе203 .... 0,2—0,3

Аl203 .... 2—3 Влага .... 1,5—3,0

Прочие . . . . . . . . . 2—4

* При длительном соприкосновении с воздухом часть гидроокиси кальция взаимодействует с содержащейся в воздухе двуокисью углерода с образованием карбоната кальция.

Карбидный ил отводится по трубам или каналам в специальные ямы, где отстаивается и уплотняется. Заполняют иловые ямы и сливают из них осветленную воду периодически. Слив осветленной воды в канализацию недопустим, так как в ней может содержаться до 20% ацетилена, уходящего вместе с карбидным илом. Иловые ямы представляют собой железобетонные резервуары, закрытые сверху плитами. Ил удаляют оттуда центробежными, диафрагменными или пульсационными насосами (выдавливание сжатым воздухом).

Время отстаивания карбидного ила зависит от количества воды, затраченной на разложение карбида кальция. В воде, полученной при отстаивании ила, содержится растворенный ацетилен; кроме того, часть ацетилена адсорбируется мелкодисперсными частицами ила. При хранении ила количество содержащегося в нем ацетилена постепенно уменьшается. Потери ацетилена с карбидным илом яв­ляются основными при эксплуатации генераторов.

Карбидный ил может быть использован в тех случаях, когда тре­буется применение гашеной извести, но переработка ила осложняется наличием в нем большого количества воды. На крупных производствах ацетилена, территориально связанных с карбидными заводами, ил можно частично использовать в качестве известкового сырья для по­лучения карбида кальция (он должен быть предварительно обезвожен). Карбидный ил используется для строительных работ и в производ­стве строительных материалов, в качестве химического реагента в раз­личных отраслях промышленности, а также в сельском хозяйстве (для известкования почв, обмазывания стволов фруктовых деревьев, приготовления защитных растворов медного купороса).

При получении ацетилена и его очистке от вредных примесей дополнительно расходуются электроэнергия и дорогие химические реагенты (гипохлорит натрия, едкие щелочи и серная кислота). Увеличиваются также затраты на амортизацию дополнительного оборудования и оплату обслуживающего персонала.

Суммарные расходные показатели на 1 т очищенного ацетилена составляют:

Известняк, т 6,6—7,6

Углеродистое сырье (включая расход на электродную массу и производство извести), т 2,7—3,0

Карбид кальция (в пересчете на литраж 250 л/кг), т 3,7

Вода, м3 500—600

Шламовая известь, т 4,4—4,5

Отходящие газы (калорийность 1800 ккал/м3), м3 1000

Электроэнергия (включая расход на производство извести),

кВт/ч 11000—11500

Список литературы

1.Антонов В. Н., Лапидус А. С. Производство ацетилена 1970 г.

  1. Капкин В. Д., Савинецкая Г. А., Чапурин В. Технология органического синтеза 1987 г.

studfiles.net


Смотрите также