Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИСТОГО ВОДОРОДА '
I
Из многочисленных способов получения хлористого водорода ниже будут рассмотрены только следующие три метода, которые представляют наибольший интерес и практически используются в промышленности: а) сульфатный метод; б) синтез HCl из хлора и водорода; в) получение хлористого водорода как побочного продукта при производстве органических и неорганических продуктов.
Сульфатный метод получения хлористого водорода
Сульфатный метод получения хлористого водорода является одним из старейших процессов в химической промышленности. Он служил основой, прЬизводства соды по методу Леблана. При этом длительное время хлористый водород не находил применения и являлся отбросом производства. Впервые он начал использоваться для получения соляной кислоты в 1827 г.
В дальнейшем. производство соды развивалось по аммиачному способу; сульфатный способ получения хлористого водорода применялся и применяется только тогда, когда возникала потребность в сульфате натрия. Поэтому в странах неэкономических районах, имеющих запасы природного сульфата, удобные для разработки, сульфатный метод получения хлористого водорода не нашел применения.
Сульфатный метод основан на взаимодействии хлористого натрия с концентрированной серной кислотой по реакциям:
NaQ+H2SO4 = NaHSO4 + HCl NaCl+NaHSO4=Na2SO4 + HCl
(9.6) (9-7)
Процесс проходит с поглощением тепла, поэтому реагирующую массу необходимо нагревать. Реакция протекает при 500—550 0C с образованием твердого сульфата натрия и газовой смеси, содержащей хлористый водород в различной концентрации в зависимости от способа производства. Промышленные способы осуществления процесса взаимодействия H2SO4 и NaCl можно разделить на 2 типа.
По первому типу реакция проводится во вращающихся печах при прямом соприкосновении реагирующих веществ с продуктами горения для достижения необходимой температуры. При этом получают сульфат натрия высокого качества, однако выделяющийся хлористый водород сильно разбавлен продуктами сгорания топлива.
Преимуществом вращающихся печей является их сравнительно высокая производительность. Печь диаметром 1,5 и длиной 12 м вырабатывает 25 т/сут сульфата и обеспечивает хлористым водородом производство 40—42 т 27,5%-ной соляной кислоты. Недостаток таких печей заключается в низком содержании хлористого водорода в газовой смеси (около 5%), что ограничивает возможности получения концентрированной соляной кислоты.
Процессы второго типа проводятся в муфельных реакторах, снабженных гребками для перемешивания реагирующей массы (рис. 9-5).
Муфель печи, в которой осуществляется реакция, выполняется из чугуна или из огнестойкого и кислотоупорного шамотного кирпича и обогревается топочными газами. Для перемешивания реагирующей массы и передвижения ее по направлению к выгрузочному отверстию муфель снабжен мешалкой с гребками, выполняемыми
NaCf-
Рис. 9-5. Механическая сульфатная печь:
I — бункер; 2 — шнековый питатель; з — ввод серной кислоты; 4 — муфель; 5 — вал; в — гребки; 7 — зубья; 8 — приемный бункер; 9 — трубчатая мельница.
большей частью из термосилида [10]. Сульфат через выгрузочное отверстие поступает в бункер и далее в охлаждаемую водой шаровую мельницу.
Печи муфельного типа более сложны в устройстве, и эксплуатация их обходится дороже вращающихся печей, но в печах муфельного типа получают хлористый водород высокой концентрации.
При разложении поваренной соли 93%-ной серной кислотой теоретически можно получить газ, содержащий 83% хлористого водорода и 17% паров воды или в пересчете на сухой газ чистый 100%-ный HCl. Практически всегда происходит разбавление реакционного газа за счет подсоса воздуха и топочных газов, так как
в муфеле поддерживается небольшое разрежение ' (несколько ч мм вод. ст.). Поэтому содержание хлористого водорода в пересчете на сухой газ составляет обычно 30—50%.
Внутри муфеля температура поддерживается в пределах 500— 550 °С, температура топочных газов, обогревающих муфель, обычно составляет 950—1000 °С. Из-за трудности равномерного обогрева реакционной массы до необходимой температуры возможно ухудшение качества сульфата натрия. Хлористый водород и соляная кислота, получаемые сульфатным способом, обычно загрязнены примесями, вносимыми с серной кислотой (мышьяком, железом).
Для получения 1 т HCl (в пересчете на 100%) расходуется (в т):
Поваренная соль (97%) ...... 1,7—1,9
Серная кислота (93% H2SO4) . . . 1,45—1,52, Условное топливо (7000 ккал/кг) в муфельных печах ......... 0,36—0,44
і
Предложено также проводить реакцию между поваренной солью и серной кислотой в реакторах с псевдоожиженным слоем [11].
В реактор подается нагретый хлорид натрия и поток горячих газов, содержащих пары или мелкие,капли серной кислоты. Сульфат натрия, образующийся на поверхности кристаллов поваренной соли, удаляется вместе с газовым потоком, отделяясь от кристаллов NaCl за счет истирания в псе-вдокипящем слое. Принципиальная схема производства по такому способу показана на рис. 9-6.. Концентрация HCl в реакционном газе здесь невелика (не превышает 5%).
