Ацетилен из карбида кальция

Как известно, карбид кальция получают из оксида кальция и кокса в электродуговых печах. Реакция сильно эндотермична и требует больших затрат электроэнергии, что составляет сущест­венный элемент в себестоимости производимого ацетилена. При разложении образовавшегося карбида кальция водой по экзо­термической реакции получается ацетилен:

СаО + ЗС → СаС₂ + СО,

Из 1 кг технического карбида кальция, содержащего примеси- кокса, оксида кальция и других веществ, получается 230—280 л ацетилена (эта величина называется литражом карбида). Тео­ретически из 1 кг чистого СаС₂ должно образоваться 380 л С₂Н₂.

При разложении карбида кальция следует соблюдать некото­рые условия для нормального протекания процесса. Реакция является гетерогенной, и ее скорость зависит от размера кусков карбида, особенно сильно возрастая при использовании карбид­ной мелочи и пыли. Реакционную массу необходимо перемеши­вать так как иначе на кусках карбида может образоваться слой извести, препятствующий полному разложению карбида и при­водящий к местным перегревам. Из реакционной зоны нужно постоянно отводить тепло, чтобы предохранить ацетилен от воз­можной полимеризации и разложения.

Ацетиленовые генераторы. Аппараты, в которых проводится разложение карбида кальция водой, называют ацетиленовыми генераторами. По принципу отвода тепла они бывают двух типов.

1. Генераторы «мокрого» типа, в которых реакционное тепло воспринимается избыточной водой, нагревающейся при этом до 50—60°С. В них на 1 кг СаС₂ расходуется около 10 кг воды, причем гидроксид кальция получается в виде суспензии в воде, мало пригодной для последующей утилизации.

2. Генераторы «сухого» типа, в которых реакционное тепло отводится небольшим количеством избыточной воды за счет ее испарения. В этом случае гидроксид кальция получается в сухом состоянии (известь-пушонка), и его легко использовать для приготовления строительных материалов.

Генераторы «мокрого» типа делят по способу загрузки реа­гентов на следующие системы: «карбид в воду», «вода на кар­бид» и контактные, в которых вода и карбид кальция находятся в постоянном соприкосновении. Наиболее безопасными и применимыми для производства ацетилена в крупных масштабах являются генераторы типа «карбид в воду». В этих аппаратах куски карбида сразу погружаются в избыток воды, чем исклю­чаются перегревы и создаются условия для лучшего отвода ре­акционного тепла.

Схема ацетиленового генератора «карбид в воду» изобра­жена на рис. 22. Аппарат примерно на 3/4 заполнен водной сус­пензией гидроксида кальция. Карбид кальция в виде кусков раз­мером 50—80 мм попадает вначале в промежуточный бункер 1, куда подают азот для вытеснения воздуха. Затем открывают коническую пробку 2 и карбид кальция пересыпается в пи­тающий бункер 5. Подача его автоматически дозируется сек­торным барабаном 4, скорость вращения которого регулируют в зависимости от потребности в ацетилене. Куски карбида каль­ция через трубу 6_, конец которой погружен в жидкость, по­падают на конус 5 и равномерно распределяются по сечению генератора. Разложение карбида кальция происходит на наклон­ных дырчатых полках 9, причем куски его перемещаются от центра полок к периферии и обратно скребковой мешалкой 10. С помощью мешалки с кусков карбида снимается слой извест­кового ила.

При разложении карбида кальция водой получаются раствор-суспензия гидроксида кальция в воде (известковое молоко) и шлам, состоящий из твердых примесей к исходному карбиду (кокс, ферросилиций). Шлам оседает на дне генератора и со­бирается в шлюзовом затворе 11, из которого его периодически выгружают. Известковое молоко непрерывно выводится с низа генератора на отстаивание. Освет­ленный раствор с добавленной к нему свежей водой возвращают в генератор для разложений СаС₂, чем предотвращаются слишком значительные потери аце­тилена за счет его растворения в воде. Подача воды автомати­чески регулируется в зависимости от потребности в ацетилене. Образовавшийся ацетилен отводят из генератора, а при возмож­ном повышении давления в аппарате сверх допустимой нормы (400—450 гПа) избыточный газ выводят в атмосферу через гидравлический затвор 7. Генераторы типа «карбид в воду» имеют производительность до 500 м 3 ацетилена в час.

Еще больше мощность у «сухих» генераторов, в которых пе­рерабатывают карбидную мелочь. Основным условием их успеш­ной работы является тесный контакт между частицами карбида кальция и небольшим количеством воды. Это достигается вве­дением воды через специальные разбрызгиватели и наличием в генераторе перемешивающих устройств (вращающиеся бараба­ны, скребковые мешалки). Благодаря этому исключается пере­грев ацетилена и поддерживается равномерная температура 110—115°С.

Примеси и очистка ацетилена. По выходе из генераторов аце­тилен имеет высокую концентрацию (свыше 99 % об.) и содер­жит небольшие примеси NН₃, Н₂S, РН₃ и др. Они образуются при разложении водой соединений, всегда присутствующих в карбиде кальция, в частности нитридов, сульфидов и фосфидов кальция и других металлов:

Эти вещества оказываются очень вредными при химической пе­реработке ацетилена, так как они способны дезактивировать или отравлять катализаторы (например, восстанавливают соли двух­валентной ртути), и очистка является обязательным этапом в производстве карбидного ацетилена. Чаще всего для этого используют водные растворы гипохлорита натрия, окисляющие примеси в соответствующие кислоты, например:

Технологическая схема производства ацетилена из карбида кальция в генераторе «мокрого» типа представлена на рис. 23. Карбид кальция транспортируется в вагонетках 1, передвигаю­щихся по монорельсу 2, и ссыпается в бункер генератора 6 «мок­рого» типа. Известковое молоко, полученное в генераторе при разложении СаС₂ поступает в отстойник 5 непрерывного дейст­вия со скребковой мешалкой, которая перемещает отстоявшийся ил к центральному спускному штуцеру. Известковый ил перека­чивается затем специальным насосом в отстойные ямы. Осветленный раствор гидроксида кальция в воде из отстойника 5 через холодильник 4 возвращают в напорный бак 5, где к нему добавляют некоторое количество свежей воды для компенсации ее потерь. Из напорного бака вода поступает в генератор 6.

Образовавшийся в генераторе ацетилен, имеющий темпера­туру 50—60 °С охлаждается в холодильнике 7, отделяется от конденсата и проходит насадочный скруббер 8, орошаемый рас­твором серной кислоты. В нем ацетилен освобождается от остат­ков аммиака, часть которого уже растворилась в воде из гене­раторов и в конденсате из холодильника 7. Затем газ направ­ляется в скруббер 9, орошаемый водным раствором гипохлорита натрия, и в заключение —в щелочной скруббер 10 для очистки от следов хлора, захваченного в гипохлоритной колонне. Для всех поглотительных растворов осуществляется циркуляция цен­тробежными насосами; часть отработанного раствора периоди­чески выводят из системы и заменяют свежим. Очищенный аце­тилен собирается в «мокром» газгольдере 11, откуда транспортируется потребителю компрессором 13 (или газодувкой) проходя предохранительный гидравлический затвор или огнепреградитель 12.

При получении ацетилена в генераторах «сухого» типа отпа­дает надобность в отстойнике 5 и холодильнике 4, но схема очистки остается прежней.

Читайте также:

1. XLVIII. 2. Преимущественное право на получение отдельных частей наследства
2. Антагонисты кальция
3. Антагонисты кальция.
4. Бродильные производства, получение белковах продуктов, пищевых добавок и ингредиентов
5. Вакуум. Получение и измерение вакуума.
6. Ввод, передача и получение информационного сообщения
7. Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов. Получение низких температур.
8. Воздействия нарушителя, направленные на получение НСД к содержимому базы данных управляющей информации маршрутизаторов
9. Выписка требований на лекарственные средства и порядок получение их из аптеки.
10. Институционная основа осуществления права на поиск, получение и передачу информации
11. ИП получение
12. Источники кальция

Пиролиз в струе низкотемпературной плазмы

Этот процесс находится в стадии разработки с 70-х годов прошлого столетия, но пока не реализован в промышленном масштабе, хотя является весьма перспективным, так как характеризуется высоким выходом ацетилена и сравнительно небольшим расходом электроэнергии (5000-7000 кВт×ч). Сущность процесса заключается в том, что метан вводят в струю низкотемпературной плазмы, где под влиянием высоких температур и ионизированного газа происходит его пиролиз.

Плазма представляет собой нейтральный ионизированный газ (аргон, водород), состоящий из электронов, атомов и ионов, который образуется в электродуговом разряде.

При пиролизе метана в плазменной струе удается достигнуть высоких выходов ацетилена. Конверсия метана в ацетилен достигает 87 % в аргоновой плазме и до 73 % в водородной плазме при суммарной конверсии метана до 99 и 94 % соответственно. Кроме ацетилена в газе содержатся водород, этилен, этан и пропан. Однако содержание С₂Н₂ в конечных продуктах очень низкое вследствие присутствия "газа-разбавителя", стабилизирующего плазму.

Карбидный метод является наиболее старым способом получения ацетилена. Он существует с конца ХIХ века, но не потерял своего значения до настоящего времени. Процесс состоит из двух стадий.

Предварительное получение карбида кальция сплавлением оксида кальция и кокса в электропечах при 2500-3000 °С:

СаО + 3С ® СаС₂ + СО

Требуемая для процесса известь (СаО) получается в известково-обжигательных печах по реакции:

Обработка карбида кальция водой с получением ацетилена и известкового молока (мокрый способ) или сухой извести (сухой способ):

Ацетилен, полученный карбидным методом, имеет высокую степень чистоты –99,9 %. Основным недостатком этого метода является высокий расход электроэнергии: 10000-11000 кВт×ч на 1 т ацетилена.

Из 1 кг технического карбида кальция, содержащего примеси кокса, оксида кальция и других веществ, получается 230-280 л ацетилена (эта величина называется литражом карбида ). Теоретически из 1 кг чистого карбида кальция должно образоваться 380 л ацетилена.

При разложении карбида кальция следует соблюдать некоторые условия для нормального протекания процесса. Реакция является гетерогенной, и ее скорость зависит от размера кусков карбида, особенно сильно возрастая при использовании карбидной мелочи и пыли. Из реакционной зоны нужно постоянно отводить тепло, чтобы предохранить ацетилен от возможной полимеризации и разложения.

Аппараты, в которых проводится разложение карбида кальция водой, называют ацетиленовыми генераторами.По принципу отвода тепла они бывают двух типов.

1. Генераторы «мокрого типа», в которых реакционное тепло воспринимается избыточной водой, нагревающейся при этом до температуры 50-60 0 С. В них на 1 кг карбида кальция расходуется около 10 кг воды, причем гидроксид кальция получается в виде суспензии в воде, мало пригодной для последующей утилизации.

2. Генераторы «сухого» типа, в которых реакционное тепло отводится небольшим количеством избыточной воды за счет ее испарения. В этом случае гидроксид кальция получается в сухом состоянии (известь-пушонка), и ее легко использовать для приготовления строительных материалов.

Генераторы «мокрого» типа делят по способу загрузки реагентов на следующие системы: «карбид в воду», «вода на карбид» и контактные, в которых вода и карбид кальция находятся в постоянном соприкосновении. Наиболее безопасными и применимыми для производства ацетилена в крупных масштабах являются генераторы типа «карбид в воду». В этих аппаратах куски карбида сразу погружаются в избыток воды, чем исключаются перегревы и создаются условия для лучшего отвода реакционного тепла. Генераторы типа «карбид в воду» имеют производительность до 500 м 3 в час.

Еще большая мощность у « сухих» генераторов, в которых перерабатывают карбидную мелочь. Основным условием их успешной работы является тесный контакт между частицами карбида и небольшим количеством воды. Это достигается введением воды через специальные разбрызгиватели и наличием в генераторе перемешивающих устройств (вращающиеся барабаны, скребковые мешалки). Благодаря этому исключается перегрев ацетилена и поддерживается равномерная температура 110-115 0 С.

|	следующая лекция ==>
Регенеративный пиролиз	|	Методы выделения ацетилена

Дата добавления: 2014-01-11 ; Просмотров: 2722 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

При щелочной реакции углерода с металлами могут получится различные карбиды. За счет соединения определенных химических элементов получаются соединения, которые характеризуются высокой прочностью. Довольно большое распространение получил вариант исполнения, который получил название карбид кальция. Его стали применять в самых различных областях промышленности.

Внешний вид и характеристики технического карбида кальция

Впервые рассматриваемый состав был получен в 1862 году. Проводимая процедура касалась отделения кальция от извести, в результате чего получился бледно-серый состав без признаков, свойственных металлам. В результате опыта был получен карбид, который в последствии стал активно использоваться при выпуске различной продукции.

В начале 20 века карбид кальция стали использовать для производства ацетилена в больших объемах. Именно поэтому стали вести активные исследования для выявления более производительной технологии.

Технические характеристики материала определяют его широкое распространение. Внешний вид вещества характеризуется светло-серым цветом, выпускаются карбиды в виде камня или порошка.

Физические свойства

При выборе практически любого материала следует уделять больше всего внимания физическим свойствам. У рассматриваемого они следующие:

1. Соединение имеет кристаллическую структуру.
2. Показатель температуры плавления составляет 2300 °С. Стоит учитывать, что подобная цифра свойственна только чистому составу. Добавление в состав различных примесей приводит к тому, что температура плавления существенно падает.

Стоит учитывать, что карбид кальция в большинстве случаев находится в твердом состоянии. Кроме этого, цвет может варьироваться от серого до коричневого цвета. Физические свойства карбида кальция определяют его широкое применение в самых различных отраслях промышленности.

Химические свойства

Немаловажное значение имеют и химические свойства. Они также учитываются при применении материала. К основным характеристикам можно отнести следующие качества:

1. Карбид кальция характеризуется тем, что хорошо впитывает влагу. Стоит учитывать, подобная процедура проявляется яркой химической реакцией, связанной с разложением вещества.
2. При работе с рассматриваемым материалом стоит учитывать, что образующаяся пыль оказывает раздражительный эффект на слизистые органы. Кроме этого, подобная реакция может проявится при попадании кристаллов или пыли на поверхность кожи. Именно поэтому при работе с рассматриваемым соединением следует использовать респиратор и некоторые другие средства защиты.
3. Кристаллы активное реагируют на воздействие других веществ зачастую только при нагреве. При этом может образоваться карбонат кальция.
4. В некоторых случаях проводится соединение кристаллического вещества с азотом, в результате чего получается цианамид кальция.
5. При нагреве может проходить реакция с мышьяком и хлором, а также фосфором.

Считается, что наиболее важным химическим качеством является податливость к разложению при воздействии воды.

Получение

Как ранее было отмечено, карбид кальция активно применяется при получении самых различных материалов. Именно поэтому процесс получения карбида кальция постоянно совершенствовался. К особенностям применяемых технологий можно отнести нижеприведенные моменты:

1. В качестве сырья применяется негашеная известь. В большинстве случаев вещество получается из извести, но в домашних условиях провести подобную процедуру сложно.
2. Известь смешивается с измельченном коксом для получения однородной массы.
3. В промышленности карбид кальция получают по схеме, которая предусматривает нагрев вещества до высокой температуры. Для этого применяются электронные печи. Рекомендуемая температура плавления составляет 1900 ⁰С.
4. После нагрева вещества до столь высокой температуры оно переходит в жидкое состояние. Для работы подготавливаются специальные формы.

При” рассмотрении того, как из углерода получить карбид кальция отметим, что по установленным стандартам в состав должно входить не менее 80% основного вещества. На долю примесей должно приходится не более 25%, в число которых также входит углерод. Производство оксида кальция также приводит к выделению тепловой энергии, что стоит учитывать.

Транспортировка и хранение

Порошок карбида кальция при воздействии влаги практически моментально разлагается. При этом образуется ацетилен, который при большой концентрации горюч и взрывоопасный. Именно поэтому нужно уделять довольно много внимания хранению карбида кальция, для чего часто применяют бидоны и специальные барабаны. К другим особенностям хранения отнесем следующие моменты:

1. Выделяющийся ацетилен легче воздуха, поэтому скапливается вверху. Стоит учитывать, что он обладает наркотическими действиями, может самовоспламеняться.
2. При производстве большого объема вещества особое внимание уделяется технике безопасности. Для фасовки применяются специальные упаковки.
3. Для открытия упаковки следует использовать инструменты, которые не становятся причиной образования искр.
4. Если вещество попадает на кожу или слизистую оболочку, то его нужно сразу удалить. При этом пострадавшая поверхность обрабатывается специальным кремом или другим защитно-заживляющим веществом.
5. По установленным правилам, транспортировка может проводится исключительно при применении крытого транспортного средства. При этом проводить доставку по воздуху запрещается.

Установленные правила также запрещают хранить карбид кальция вместе с другими химическими веществами и источниками тепла. Это связано с тем, что образующиеся газы могут вступать в химическую реакцию с другими химическими веществами и возгораться.

Применение карбида кальция

Как ранее было отмечено, карбид кальция встречается в самых различных областях промышленности, зачастую поставляют для проведения промышленного синтеза. Свойства карбида кальция и реакция, протекающая при его соединении с различными веществами, определяют использование вещества в нижеприведенных случаях:

1. Многие синтетически компоненты, входящих в состав современных материалов, производят на основе рассматриваемого компонента.
2. Применяется для получения цианамида кальция. Подобный компонент используется для получения различных химических удобрений. Именно поэтому сырье применяется для регулирования скорости роста растений.
3. Цианамид кальция также получают при соединении вещества с азотом.
4. В некоторых случаях проводится восстановление металлов щелочной группы.
5. Можно использовать рассматриваемое соединение в процессе газовой сварки.

При рассмотрении карбида кальция и области применения стоит учитывать, что подобное вещество чаще всего применяют для получения ацетилена. Подобный синтез карбида кальция разработал немецкий ученый. Среди особенностей подобного способа применения отметим следующие моменты:

1. Ацетилен из карбида получают при оказании воздействия водой на используемое сырье.
2. В результате прохождения химической реакции образуется требующийся газ, гашеная известь выпадает в осадок.
3. Стоит учитывать, что при смешивании компонентов выделяется большое количество тепла. Поэтому работа должна проводится с учетом техники безопасности.
4. В зависимости от вида применяемой технологии переработки сырья с 1 килограмма выходит около 290 литров газа.
5. Скорость протекания процедуры зависит от чистоты применяемого сырья, температуры и количества воды.

Как показывает практика, при использовании чистого карбида на протекание химической реакции отводится около 20 литров волы на 1 килограмм сырья. Подобное количество воды требуется для того чтобы снизить температуру реакции, за счет чего обеспечиваются оптимальные условия для работы.

Техника безопасности

При проведении различных химических реакций для производства материалов должна соблюдаться техника безопасности. Как ранее было отмечено, выделяемые вещества могут быть взрывоопасными. Техника безопасности при взаимодействии с различными химическими веществами заключается в следующем:

1. Для хранения и обработки требуется герметичное место. В обычном гараже проводить работы не рекомендуется.
2. Нельзя допускать огонь к самому сырью, а также образующимся газам.
3. Даже мелкие частицы могут привести к поражению кожных покровов. Именно поэтому работа должна проводится в респираторе и защитной одежде.
4. Генераторы ацетилена размещают исключительно в хорошо изолированных помещениях.
5. Если сырье применялось при проведении сварочных работ, то следует образующийся шлак утилизировать в специальных местах.
6. При перемещении металлических и иных емкостей они должны быть надежно закреплены, столкновение и падение не допускается. Это может привести к появлению искр, которые станут причиной взрыва вещества.

Вышеприведенная информация определяет то, что работы с рассматриваемым сырьем не рекомендуется проводить в гараже или домашней мастерской. Несоблюдении технологии, отсутствии требующего оснащения и многие другие причины могут привести к возникновению искры и воспламенению веществ.

Карбид кальция реакция с водой

Рассматриваемое сырье чаще всего применяется для соединения с водой, в результате чего получается ацетилен. Взаимодействие карбида кальция с водой становится причиной появления газа с неприятным запахом и достаточно большим количеством различных примесей. В чистом виде получить подобное вещество можно только при его многоэтапной очистке.

Реакция карбида кальция с водой может быть проведена опытным путем. К особенностям подобной процедуры отнесем следующие моменты:

1. В качестве емкости применяется 1,5-литровая бутылка.
2. После ее заполнения водой добавляется несколько кусочков кристаллического материала.
3. Протекание реакции приводит к появлению избыточного давления.
4. После того как карбид кальция больше не вступает в реакцию, на бутылку помещается горящая бумага. В результате взаимодействия между карбидом кальция и водой образуется газ, который взрывается. При рассматриваемом опыте образуется огненное облако.

Подобный опыт довольно опасен и должен быть проведен с соблюдением техники безопасности.

В заключение отметим, что рассматриваемый компонент в последнее время часто применяется для проведения самых различных опытов. Соединение обладает большим количеством свойств, которые должны учитываться. Выделение тепла и газов становится причиной, по которой проводить опыты рекомендуется только в промышленности.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

>