Производство соляной кислоты

Методы получения соляной кислоты. Характеристика основного и вспомогательного сырья. Физико-химические характеристики стадий процесса. Характеристика абсорберов хлороводорода. Расчет материального баланса производства синтетической соляной кислоты.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

1. Характеристика химического продукта

СОЛЯНАЯ КИСЛОТА (хлористоводородная кислота, хлороводородная кислота), раствор НС1 в воде бесцветная жидкость с резким запахом; cильная одноосновная кислота. Хлористый водород НС1 (мол. м. 36,461) -бесцветный газ с резким запахом, во влажном воздухе сильно дымит; длина связи H-Сl 0,1274 нм, 3,716·10-30 Кл·м, энергия диссоциации 427,77 кДж/моль; т. кип. -85,1°С (бесцветная легко подвижная жидкость), т. пл. -114,22 °С; кристаллизуется в кубической решетке, ниже -174,15°С существует ромбическая модификация; 

соляная кислота производство абсорбер

Таблица 1 - Некоторые свойства HCl

Соляная кислота. Растворение НСl в воде сильно экзотермический процесс, для бесконечно разбавленного водного раствора растворения НСl равна -69,9 кДж/моль,  иона Сl-- 167,080 кДж/моль; НСl в воде полностью ионизирован.

Таблица 2 - Плотность соляной кислоты при 20єС

Таблица 3 - Мольная теплоёмкость хлористого водорода

ПРИМЕНЕНИЕ ХЛОРИСТОГО ВОДОРОДА И СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ

Хлористый водород и соляная кислота используются в различных отраслях народного хозяйства как хлорсодержащее сырье для получения хлора, как реагенты при получении различных органических и неорганических продуктов, как катализаторы технологических процессов.

Соляную кислоту применяют для получения хлоридов Mn, Fe, Zn и др., для травления металлов, очистки поверхностей сосудов, скважин от карбонатов, обработки руд, при производстве каучуков, глутамината Na, соды, Сl2 и т.д. Потребление соляной кислоты в Японии (тыс. т); хим. промышленность 320,7, производство глутамината Na 99,8, производство соды 54,8, черная металлургия 50,0, целлюлозно-бумажная промышленность 22,2, прочие 80. НС1 используют для регенерации Сl2, в орг. синтезе (получение винилхлорида, алкилхлоридов и т.д.), как катализатор (например ,при получении дифенилолпропана, алкилирование бензола).

Производство 31%-ной соляной кислоты, в СССР в 1986, составляло 1,52 млн.т.

Хлороводород и соляная кислота токсичны, вызывают сильные ожоги слизистых оболочек, удушье, разрушают зубы и т.д. ПДК НСl в воздухе рабочей зоны 5,0 мг/м3.

2. Методы получения соляной кислоты

В промышленности НСl получают след. Способами: сульфатным, синтетическим и из абгазов (побочных газов) ряда процессов. Первые два метода теряют свое значение. Так, в США в 1965 доля абгазной соляной кислоты составляла 77,6% в общем объеме производства, а в 1982-94%.

Производство соляной кислоты (реактивной, полученной сульфатным способом, синтетическим, абгазной) заключается в получении НСl с послед. Его абсорбцией водой. В зависимости от способа отвода теплоты абсорбции (достигает 72,8 кДж/моль) процессы разделяются на изотермический, адиабатический и комбинированные.

Сульфатный метод

Основан на взаимодействии NaCl с концентрированной H2SO4 при 500-550 °С. Реакционные газы содержат от 50-65% НСl (муфельные печи) до 5% НСl (реактор с кипящим слоем). Предложено заменить H2SO4 смесью SO2 и О2 (температура процесса около 540 °С, кат.Fе2О3).

Синтетический метод

В основе прямого синтеза НСl лежит цепная реакция горения:

Н2 +Сl2=2НСl+184,7кДж 

Константа равновесия Кр рассчитывается по уравнению: lgKp = 9554/T- 0,5331g T+ 2,42.

Реакция инициируется светом, влагой, твердыми пористыми (древесный уголь, пористая Pt) и некоторыми минер. веществами (кварцевая глина). Синтез, ведут с избытком Н2 (5-10%) в камерах сжигания, выполненных из стали, графита, кварца, огнеупорного кирпича. Наиболее современный материал, предотвращающий загрязнение НСl, графит, импрегнированный фенолформальдегидными смолами. Для предотвращения взрывного характера горения реагенты смешивают непосредственно в факеле пламени горелки. В верхней зоне камер сжигания устанавливают теплообменники для охлаждения реакционных газов до 150-160°С. Мощность современных графитовых печей достигает 65 т/сутки (в пересчете на 35%-ную соляную кислоту). В случае дефицита Н2 применяют различные модификации процесса; напр., пропускают смесь Сl2 с водяным паром через слой пористого раскаленного угля:

2Сl2 + 2Н2О + С = 4НСl + СО2 + 288,9 кДж

Температура процесса (1000-1600 °С) зависит от типа угля и наличия в нем примесей, являющихся катализаторами (напр., Fe2O3). Перспективно использование смеси СО с парами воды:

СО + Н2О + Сl2 = 2НСl + СО2

Более 90% соляной кислоты в развитых странах получают из абгазного НСl, образующегося при хлорировании и дегидрохлорировании органических соединений, пиролизе хлорорг. отходов, хлоридов металлов, получении калийных нехлорир. удобрений и др. Абгазы содержат различные кол-ва НСl, инертные примеси (N2, H2, СН4), малорастворимые в воде орг. вещества (хлорбензол, хлорметаны), водорастворимые вещества (уксусная кислота, хлораль), кислые примеси (Сl2, HF, О2) и воду. Применение изотермической абсорбции целесообразно при низком содержании НСl в абгазах (но при содержании инертных примесей менее 40%). Наиб. перспективны пленочные абсорберы, позволяющие извлекать из исходного абгаза от 65 до 85% НСl.

Наиболее широко применяют схемы адиабатической абсорбции. Абгазы вводят в нижнюю часть абсорбера, а воду (или разбавленную соляную кислоту)-противотоком в верхнюю. Соляная кислота нагревается до температуры кипения благодаря теплоте растворения НСl. Изменение температуры абсорбции и концентрации НСl дано на рис. 1. Температура абсорбции определяется т-рой кипения кислоты соответствующей концентрации (макс. температура кипения азеотропной смеси около 110°С).

На рис. 2 дана типовая схема адиабатической абсорбции НСl из абгазов, образующихся при хлорировании (напр., получение хлорбензола). НСl поглощается в абсорбере 1, а остатки малорастворимых в воде орг. веществв отделяют от воды после конденсации в аппарате 2, доочищают в хвостовой колонне 4 и сепараторах 3, 5 и получают товарную соляную кислоту.

Рис. 1 - Схема распределения температур (кривая 1) и концентрации (кривая 2) НСl по высоте адиабатического абсорбера



Рис. 2 - Схема типовой адиабатической абсорбции НСl из абгазов: 1-адиабатич. абсорбер; 2 - конденсатор; 3, 5-сепараторы; 4-хвостовая колонна; 6-сборник органической фазы; 7-сборник водной фазы; 8, 12-насосы; 9-отдувочная колонна; 10-теплообменник; 11-сборник товарной кислоты

На рис. 3 дана типовая схема получения соляной кислоты из абгазов с использованием комбинир. схемы абсорбции. В колонне адиабатической абсорбции получают соляную кислоту пониженной концентрации, но свободную от органических примесей соляную кислоту с повышенной концентрацией НСl производят в колонне изотермической абсорбции при пониженных температурах. Степень извлечения НС1 из абгазов 95-99% (при использовании в качестве абсорбента разбавленных кислот) и практически полная при использовании чистой воды.

Рис. 3 - Схема типовой комбинированной абсорбции НСl из абгазов: 1-колонна адиабатической абсорбции; 2 - конденсатор; 3-отделитель газов; 4-сепаратор; 5-холодильник; 6, 9-сборники кислотыты; 7-насосы; 8-изотермич. абсорбер

Определяют НСl в воздухе нефелометрически с образованием AgCl.

Хлороводород и соляная кислота токсичны, вызывают сильные ожоги слизистых оболочек, удушье, разрушают зубы и т.д. ПДК НСl в воздухе рабочей зоны 5,0 мг/м3.

3. Основной метод получения (синтетический)

Производство синтетической соляной кислоты включает две последовательных стадии: синтез хлористого водорода из хлора и водорода и абсорбцию хлористого водорода водой. 

Впервые производство синтетической соляной кислоты из электролитического хлора и водорода было создано в период войны на заводе в Грисгейме. 

В производстве синтетической соляной кислоты одним из основных аппаратов является печь синтеза хлористого водорода.

В производстве синтетической соляной кислоты никаких отходов не образуется, так как ее получают поглощением хлористого водорода водой. 

Характеристика основного и вспомогательного сырья

Сырьем для производства синтетической соляной кислоты служат водород, хлор и вода. Водород получают в производстве каустической соды и хлора диафрагменным, ртутным и мембр...