Получение ацетилена из карбида кальция

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

Из 1 кг технического карбида кальция, содержащего примеси кокса, оксида кальция и других веществ, получается 230-280 ацетилена (эта величина называется литражом карбида). Teoретически из 1 кг чистого CaC₂ должно образоваться 380 л C₂H₂.

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 CaC2, 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

у словия для лучшего отвода реакционного тепла.

Схема ацетиленового генератора «карбид в воду» изображена на рис. 2. 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 3. Подача его автоматически дозируется секторным барабаном 4, скорость вращения которого регулируют в зависимости от потребности в ацетилене. Қуски 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 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 из низа генератора на

отстаивание. Осветленный раствор с добавленной к нему свежей водой возвращают в генератор

для разложения CaC₂, 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 м³ 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°C.

Практика №8 (18 апр. 2023)