Производство соляной кислоты

1 ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………
2 СВОЙСТВА СОЛЯНОЙ  КИСЛОТЫ………………………………………..
2.1 Физические  свойства……………………………………………….
2.2 Химические  свойства………………………………………………
2.3 Термические свойства…………………………………………….
3 ХАРАКТЕРИСТИКА  ИСХОДНОГО СЫРЬЯ………………………………
3.1 Хлор…………………………………………………………………...
3.2 Водород ………………………………………………………………

СОДЕРЖАНИЕ

3.3 Хлористый  водород ………………………………………………..
4 ПРИМЕНЕНИЕ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ……………………………………
5 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ…………………………
5.1 Сульфатный метод………………………………………………….
5.2 Синтетический метод ………………………………………………
5.3 Получение из абгазов………………………………………………
6 ХРАНЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВКА СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ………….
7 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ………………………
8 ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ………………………………………………………………………..
9 РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО И ТЕПЛОВОГО БАЛАНСОВ
9.1 Расчет материального  баланса…………………………………..
9.2 Расчет теплового  баланса…………………………………………
10 ОХРАНА ТРУДА  И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ…………………….
11 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………
12 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………….

 

1 ВВЕДЕНИЕ

Соляная кислота  – очень активное едкое вещество, растворяющее многие металлы. Сегодня соляная кислота широко используется в промышленности при извлечении металлов из руд, травлении металлов и т.д. Также она используется при изготовлении паяльной жидкости, при осаждении серебра и как составная часть царской водки.

Соляную кислоту  получали разложением поваренной соли серной кислотой, при этом основным продуктом считался образующийся сульфат натрия, который использовался для производства соды по методу Леблана, а также стекла. Соляная кислота рассматривалась как побочный продукт.

В период первой мировой войны производство соляной  кислоты для использования в  текстильной промышленности почти наполовину уменьшилось. Все же и во время войны были построены три завода изготовлявших соляную кислоту для переработки ее в хлор

Сначала соляная  кислота получалась в пламенных печах, а затем в так называемых муфельных печах, имеющих муфель и чугунную чашу, обогреваемую снаружи топочными газами. В печь загружалось не более 240 кг поваренной соли. За сутки перерабатывали от 1,4 до 1,9 т.

Целью курсовой работы является изучение различных  методов производства соляной кислоты, ее свойств и применение, какие меры предосторожности надо предусматривать при работе с соляной кислотой.

2 СВОЙСТВА СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ

Соляная кислота (хлористоводородная кислота) - HCl, раствор хлористого водорода в воде; сильная одноосновная кислота. Бесцветная, «дымящая» на воздухе, так как выделяющийся HCl образует с водяным паром мельчайшие капельки. Сильно едкая жидкость (техническая соляная кислота желтоватая из - за примесей Fe, Cl₂ и др.)

Часто применяют разбавленную кислоту, содержащую 10 % и меньше хлористого водорода. Разбавленные растворы не выделяют газообразного HCl и не дымят ни в сухом, ни во влажном воздухе

Соляная кислота  представляет собой летучее соединение, так как при нагревании она  улетучивается. Она является сильной  кислотой и энергично взаимодействует  с большинством металлов. Соляная кислота содержится в желудочном соке (около 0,3 %); способствует пищеварению и убивает болезнетворные бактерии.

 

2.1 Физические свойства

Бесцветный газ с резким запахом, ядовитый, тяжелее воздуха, хорошо растворим в воде.

В отсутствие влаги он при обычных температурах не действует на большинство металлов и их оксиды. Газообразный кислород окисляет его только при нагревании.

Состояние –  газ

Плотность 1,477г/л, газ (25°С) г/см³

Молярная масса  – 36,4606 г/моль.

 

2.2 Химические свойства

Растворимость в воде – 72,47 (20°С) г/100 мл

Соляная кислота  представляет собой типичную одноосновную

кислоту. Соляная  кислота реагирует со следующими веществами:

– с металлами стоящими в электрохимическом металлов до

водорода;

– с оксидами всех металлов;

― с гидроксидами металлов;

― с солями металлов образованных более слабыми кислотами.

Газообразный HCl токсичен. Длительная работа в атмосфере HCl вызывает катары дыхательных путей, разрушение зубов, изъязвление слизистой оболочки носа, желудочно-кишечные расстройства. Допустимое содержание HCl в воздухе рабочих помещений не более 0,005 мг/л. Защита: противогаз, очки, резиновые перчатки, обувь, фартук.

 

2.3 Термические свойства

Температура плавления - 144,22°С

Температура кипения - 85°С

Температура разложения - 1500^°С

Критическая точка - 51,4°С

Энтальпия образования - 92,31 кДж/моль

3 ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГО СЫРЬЯ

 

3.1 Хлор

 Простое вещество хлор - при нормальных условиях - газ желтовато - зеленого цвета, с резким запахом. Молекула хлора двухатомная (формула Cl₂).

Хлор очень  активен - он непосредственно соединяется  почти со всеми элементами периодической  системы. Поэтому в природе он встречается только в виде соединений в составе минералов: галита NaCl; сильвина KCl; сильвинита KCl, NaCl; и др.

В организме человека и животных хлор содержится в основном в межклеточных жидкостях (в том числе в крови) и играет важную роль в регуляции осмотических процессов, а также в процессах, связанных с работой нервных клеток.

Газообразный  хлор относительно легко сжижается. Начиная с давления в 0,8 мПа (8 атмосфер), хлор будет жидким уже при комнатной температуре. При охлаждении до температуры  34°C хлор тоже становится жидким при нормальном атмосферном давлении.

Жидкий хлор - жёлто-зелёная жидкость, обладающая очень высоким коррозионным действием (за счёт высокой концентрации молекул). Повышая давление, можно добиться существования жидкого хлора вплоть до температуры +144°C (критической температуры) при критическом давлении в 7,6 мПа.

 

3.2 Водород

Водород - первый элемент периодической системы элементов. Атом водорода наименьший по размерам и самый легкий среди атомов всех элементов.

Водород самый  распространенный элемент во Вселенной. На его долю приходится около 92 % всех атомов. Таким образом водород  – основная составная часть звезд и межзвездного газа.

Водород – самый легкий газ, он легче воздуха 14,5 раз. Молекула водорода двухатомна - Н₂. При нормальных условиях - это газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность 0,08987 г/л (н.у.)

 

3.3 Хлористый водород

Применяется для получения хлоридов металлов, органических продуктов - хлоропрена, органических красителей, гидролизного спирта, глюкозы, сахара, желатины и клея; для дубления и окраски кож, омыления жиров; при производстве активного угля, крашении тканей, травлении металлов; в гидрометаллургических процессах; в гальванопластике, нефтедобыче.

Хлористый водород получается взаимодействием Н₂и Сl₂ при ~2400°С или NaCl с H₂SO₄ при 500-550°С; как побочный продукт в процессах хлорирования органических соединений; в некоторых процессах неорганической технологии.

Хлористый водород - бесцветный газ с резким запахом. Температура плавления -114,2°С Т кипения - 85,1°С; плотность - 1,639 г/л; давление паров 25,46 кгс/см² (0°С), 45,58 кгс/см² (20°С); коэффициент растворимости в воде 485,6 (20°С), 477,2 (30°С). В воздухе образует белый туман. Образует ряд жидких гидратов. Сухой хлористый водород на металлы почти не действует.

 4 ПРИМЕНЕНИЕ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ В СФЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА ИЛИ ПОТРЕБЛЕНИЯ

Соляная кислота  – это прозрачная бесцветная или желтоватая жидкость без взвешенных или эмульгированных частиц

Соляная кислота  применяется в химической, медицинской, пищевой промышленности, цветной  и черной металлургии.

Отгрузка производится железнодорожными цистернами, в полиэтиленовых бочках емкостью 20-45м³ , в полиэтиленовых канистрах емкостью 20, 40 и 50 дм³.

Кстати, известный  факт, что соляная кислота содержится в желудочном соке (около 0,3 %) и играет важную роль, так как способствует перевариванию пищи и убивает различные болезнетворные бактерии (холеры, тифа и др.). Если последние попадают в желудок вместе с большим количеством воды, то вследствие разбавления раствора НСl они выживают и вызывают заболевание организма. Поэтому во время эпидемий особенно опасна сырая вода. При повышении концентрации НСl в желудке ощущается «изжога», которую устраняют, принимая внутрь небольшое количество NаНСО3 или МgО. Наоборот, при недостаточной кислотности желудочного сока соляная кислота прописывается для приема внутрь (по 5-15 капель 8,3 %-ной НСl на 1/2 стакана воды до или во время еды).

Производство  кислоты соляной синтетической  освоено в 1962 году. За период эксплуатации производился ремонт, усовершенствовалось  технологическое оборудование. Высокое  качество сырья позволяет получать кислоту высокого качества. Кислота соляная также применяется в производстве пластмасс, ядохимикатов, полупродуктов и красителей для очистки поверхности металлов от окислов, карбонатов, в электротехнической, текстильной промышленности.

Кислота соляная  ингибированная марка А – применяется для кислотной обработки скважин в нефтяной промышленности с целью улучшения сообщаемоести скважин с пластом (для расширения и очистки пор и трещин, снятия фильтрационного сопротивления коллектора, сложенного карбонатными породами-доломитами и известняками, или загрязненного карбонатными отложениями).

Кислота соляная  марки Б – применяется для травления черных и некоторых цветных металлов и изделий из них, для химической очистки котлов и аппаратов от неорганических отложений.

Соляную кислоту  применяют для получения хлоридов Zn, Ba, Mg, Са, Fe, AI и т. д., для травления при пайке и лужении, и цветной металлургии (извлечение Pt, An), при гидролизе древесины, в производстве красителей, для гидрохлорировании органических соединении и т. д.

 

5 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ

Водный раствор  хлористого водорода назвали соляной  кислотой потому, что издавна его  получали из поваренной соли, действуя на него серной кислотой. Этот, так называемый сульфатный, способ был долгое время  единственным. Затем стали получать синтетический хлористый водород из хлора и водорода. Кроме того, значительные количества хлористого водорода получают в качестве побочного продукта при хлорировании органических веществ и других продуктов.

Таким образом, в промышленности соляную кислоту получают следующими способами:

- сульфатным - получение хлороводорода действием концентрированной серной кислоты на хлорид натрия;

- синтетическим  - получение хлороводорода сжиганием водорода в хлоре;

- из абгазов  (побочный газов) ряда процессов. 

Стоит отметить, что первые два метода теряют свое промышленное значение.

 

5.1 Сульфатный метод

Более старинный  сульфатный метод получения соляной  кислоты.

Сульфатный  способ получения хлористого водорода основан на взаимодействии твердой поваренной соли с серной кислотой:

2NaCl + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2НСl - Q.

Процесс синтеза  проводят в муфельных печах при  температуре 500-550°С, обогреваемых через стенку топочными газами. Концентрация хлористого водорода в газе от 30 до 50 % НСl. Способ находит применение, но новых производств не организуют.

 

5.2. Синтетический метод

При синтетическом способе синтез хлористого водорода проводится по реакции:

H₂ + Сl₂ → 2НСl + 184,33 кДж

Cyxoй хлор  и водород при нормальных условиях  и в темноте не реагируют между собой, но на свету или при нагревании в присутствии паров воды реакция взаимодействия их сопровождается взрывом.

Синтез проводят при избытке 5 - 10 % водорода и высокой температуре в печи, корпус которой изготовляют из углеродистой или легированной стали, а крышку из асбеста. Нижняя часть печи выложена огнеупорным материалом. В ней помещена горелка, состоящая из двух концентрически расположенных стальных трубок. По наружной трубке в печь подается водород, а по внутренней - хлор. Которые на выходе из горелки смешиваются и спокойно реагируют образуя факел горения с температурой 2000 - 2400°С.

Абсорбция хлористого водорода в воде идет с выделением большого количества тепла (образование гидратов), которого достаточно для нагревания кислоты до кипения. Для получения более концентрированной соляной кислоты необходим отвод тепла, так как растворимость хлористого водорода в воде с повышением температуры уменьшается.

Поглощение  НСl проводят в абсорберах с отводом тепла. Через стенку (изотермическая абсорбция) или с отводом тепла в результате испарения части воды (адиабатическая абсорбция).

 

5.3 Получение из абгазов (побочных газов) ряда процессов

Более 90 % соляной  кислоты в настоящее время  получают из абгазного хлороводорода HCl, образующегося при хлорировании и дегидрохлорировании органических соединений, пиролизе хлороорганических отходов, хлоридов металлов, получении калийных не хлорированных удобрений и др.

Абгазные газы содержат различные количества хлороводорода, инертные примеси (N_2, H_2, CH₄). При содержании инертных примесей менее 40 %, является целесообразным применение изотермической абсорбции. Наиболее перспективными являются абсорберы, позволяющие извлекать из исходного абгаза от 65 – 85 % HCl.