Производство ацетилена (2)

метки: Ацетилен, Карбид, Кальций, Производство, Получение, Генератор, Известь, Разложение

Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

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 C _n H_{2 n -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

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.

ккал/м ³

С ₂ Н₂ ? 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:

CaC ₂ + 2Н₂ О ? С₂ Н₂ +Са (ОН)₂ ?H = —30,4

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:

Промышленные способы получения ацетилена

... В послевоенные годы значительная часть ацетилена производится из углеводородов, однако большая часть — все еще из карбида. Получение ацетилена из карбида кальция Карбид кальция обладает, однако, такими преимуществами, как ... получают в сухих генераторах. Эти крупные генераторы представляют собой аппараты низкого давления. Для производства ацетилена, используемого в качестве горючего газа, применяются ...

С0 + Н ₂ 0 ? Са(ОН)₂ ?H = —15,2 ккал/моль

химически чистого карбида кальция

Нормы выхода ацетилена при величине кусков карбида кальция от 2 до 80

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.

м ³ /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 этихаппаратах 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);

Дефекты сварных соединений. Ацетиленовые генераторы

Только в XIX веке возник новый способ - сварка «литьем», которая по существу являлась одной из разновидностей технологического процесса литья. Следующим по времени возникновения был способ электрической дуговой сварки, изобретенный в России и получивший широкое распространение в наши дни. В 1802 г. профессором физики Петербургской медико-хирургической академии Василием Владимировичем Петровым ...

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 полное

разложение карбида кальция с минимальными потерями ацетилена; в них

можно перерабатывать куски любых размеров, включая

мелочь, а также регулировать производительность. Недостатком

этих генераторов являются относительная сложность и громоздкость

м ³

и следствие этого большое количество отходов (жидкого ила).

Генераторы системы «карбид в воду» применяются преимущественно как

стационарные аппараты большой производительности и находят самое

широкое применение в химической промышленности.

м ³ /ч.

Гранулированный

загрузочных 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 (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».

Свойства и получение хлорида кальция

... производ­ства. За рубежом масштабы применения хлорида кальция весьма велики вследствие использования его для обеспыливания грунто­вых и щебеночных дорог и при строительстве дорог. Периодиче­ское ... замерзания водных растворов хлорида кальция позволяют применять его в качестве хладоносителя в хо­лодильном деле и в качестве антифриза для двигателей внутрен­него сгорания в авиации, автомобильном ...

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 %):

РН ₃ 0,01—0,03 Н₂ 0,1

NН ₃ 0,02—0,06 О₂ 0,1

SiH ₄ 0,01 N₂ 0,4

AsН ₃ 0,002 СО 0,1

СН ₄ 0,03—0,5 СО₂ 0,03

Некоторые из указанных веществ (РН ₃ , SiH₄ , 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:

Производство ацетилена

... и через водяной скруббер12 поступает в газгольдер. Из пего ацетилен, пройдя осушитель 13 с хлористым кальцием, подается компрессором потребителю. Диметилформамид, содержащий растворенный метилацетилен, из ... турбокомпрессора и, смешавшись со свежей порцией газа, поступает в систему. Вода с поглощенным ацетиленом дросселируется до атмосферного давления и подается в десорбер6. Выделившийся сверху ...

• а) промывка водой для удаления аммиака;

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

РН ₃ + 4NаОСl ? Н₃ Р0₄ + 4NаСl

Н ₂ S + 4NаОСl ? Н₂ S0₄ + 4NaCl

АsН ₃ + 4NaОСl ? Н₃ Аs0₄ + 4NaCl

в) промывка щелочным раствором для нейтрализации следов

кислот;

• 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

СаС0 ₃ …. 4—8 Fе₂ 0₃ …. 0,2—0,3

Аl ₂ 0₃ …. 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.

Автоматизация установок очистки воды

... которых - высокоминерализованные рассолы хлор-кальциевого типа (хлорид натрия, хлорид кальция). Дисперсные фазы сточных вод - капельки нефти и твердые взвеси. При извлечении из недр продукции ... суль-фатовосстанавливающими бактериями, поступающими с ливневыми водами, способствующими выпадению осадков карбоната кальция и сульфида железа. Наличие в сточной воде капелек нефти и механических примесей ...

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, м ³ 500—600

Шламовая известь, т 4,4—4,5

Отходящие газы (калорийность 1800 ккал/м ³ ), м³ 1000

Электроэнергия (включая расход на производство извести),

кВт/ч 11000—11500

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/poluchenie-atsetilena-iz-karbida-kaltsiya/

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.