Практикум по химической технологии - Тихвинская М.Ю.
Скачать (прямая ссылка):
В процессе полукоксования до температуры 773—873 К идут первичные реакции пиролиза и выделяются больше жидкие продукты. При коксовании до температуры 1273 К идет углубление процесса разложения образовавшихся углеводородов, следовательно, снижается выход смолы и повышается выход газа и твердого остатка.
РАБОТА 27 КОКСОВАНИЕ КАМЕННОГО УГЛЯ
Пиролиз (сухая перегонка) угля без доступа воздуха при температуре 1173—1273 К, называемый коксованием, служит для получения кокса, который необходим для металлургической промышленности и получения различных химических соединений (аммиака, бензола, толуола, нафталина, антрацена и др.). В качестве сырья применяют коксующиеся угли или шихту, состоящую из углей разных марок.
Коксование проводят в камерных или шахтных печах, работающих в политермическом режиме с постепенным подъемом температуры, поэтому процесс сопровождается многочисленными первичными и вторичными химическими реакциями.
До температуры 476—523 К испаряется влага и выделяются газы — оксид углерода (II) и оксид углерода (IV); при температуре около 573 К начинается выделение паров смолы и образуется пиро-генетическая вода, а уголь переходит в пластическое состояние; при температуре 773—823 К разлагается пластическая масса угля с образованием первичных продуктов газа и смолы, состоящих из парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов, и затвердевает масса с образованием полукокса. При температуре 963 К и выше происходит дальнейшее выделение летучих продуктов, которые подвергаются пиролизу, а из них в результате различных реакций образуются ароматические углеводороды (последние наиболее стойки в условиях коксования и накапливаются в смоле); одновременно происходит упрочнение кокса. Конечными продуктами будут как индивидуальные вещества (сероуглерод, бензол, толуол, ксилолы, аммиак, антрацен, нафталин, фёнантрен, карба-вол, фенол и др.), так и смеси веществ (масла — нафталиновое, поглотительное и др.; сольвент — смесь изомеров триметилбензоле и ароматических углеводородов; каменноугольный пек, обратный коксовый газ и др.).
Цель работы. Проведение коксования каменного угля и составление упрощенного материального баланса процесса коксования.
Реактивы: каменный уголь, хлорид кальция (прокаленный), раствор серной кислоты 0,5 моль/л, раствор гидроксида натрия (30%-ный), раствор серной кислоты (20%-ный), ксилол, индикатор—метиловый оранжевый, оксид ртути (II).
Оборудование: установка для коксования угля (рис. 23), фарфоровая ступка с пестиком, установка для определения воды с ловушкой Дина-Старка (рис. 24).
3 10 11 17 П
Рис. 23. Схема установки для коксования:
1 — трубка для коксования: 2 —. электропечь; S — термопара; 4 — газоотводная трубка; S — манометр; 6 — ловушка; 7 — баня с охлаждающей смесью; 8 — трубка с CaCIr, 0—// — поглотительные склянки; 12, IS — трубки с активированным углем; 14 — газометр; 16,16, 17, IS _ краны.
Порядок выполнения работы. Ознакомление с лабораторной установкой для коксования угля (рис. 23) и подготовка ее к работе.
Коксование каменного угля проводят в кварцевой или фарфоровой трубке 1 (длина 0,6 м, диаметр 0,03 м), помещенной в электропечь 2 (рис. 23). Температуру процесса измеряют термопарой 3. Трубка для коксования должна герметично закрываться с обеих сторон и на одном конце иметь газоотводную трубку 4 (диаметр 1,2 • 10~* — — 1,6 • 10~* м), соединенную с манометром 5. Газоотводная трубка далее последовательно соединяется с системой для улавливания летучих продуктов коксования: ловушкой 6, поглотительными склянками Дрексе-ля 9—//, двумя трубками с активированным углем 12, 13 и газометром 14. Ловушка 6 служит для конденсации смолы и над-смольной воды и помещается в сосуд Дьюара или высокую баню 7, которые заполняются водой со льдом или другой охлаждающей смесью. Трубка 8 используется для улавливания
следов влаги и заполняется прокаленным хлоридом кальция (зерна 4 • Ю-8 м). Склянка 9 служит для поглощения аммиака и заполняется 10—20 мл раствора серной . кислоты концентрации 1 моль/л с индикатором — метиловым оранжевым. Склянку 10 используют для улавливания оксида углерода (IV) и сероводорода, она заполняется 30 мл раствора гидроксида натрия (30%-ный). Поглотительную склянку заполняют 30 мл раствора оксида ртути (40 г оксида ртути (II) растворяют в 200 мл 20%-ной серной кислоты) и в ней улавливают непредельные углеводороды. Две трубки 12, 13 (V-образные) служат для улавливания сырого бензола, и их заполняют высушенным активированным углем. Газометр 14 лучше заполнять насыщенным раствором хлорида натрия. Все поглотительные сосуды перед началом работы взвешивают с точностью до 0,0001 г. Установку собирают и перед началом работы проверяют на герметичность. С этой целью отключают манометр
Рис. 24. Прибор для азеотропвой разгонки конденсата:
' —. колба; 2 — ловушка Дина-Старка; S -™ обратный холодильник; 4 ™ Колбо-обогреватель.
5 (закрывают краны 16 и 18) и открывают краны 15 и 17. Вытекание запорной жидкости из газометра 14 постепенно должно прекратиться, если установка герметична. В ином случае нужно искать место неплотного соединения и добиваться полной герметичности.
