Технология производства соляной кислоты

2 способа

Существуют два способа получения хлористого водорода: сульфат­ный (лабораторный) и синтетический (промышленный). Кроме того, в производстве; соляной кислоты используют хлористый водород, являющийся отходом при хлорировании насыщенных углеводородов

Сульфатный способ

Сырьем для получения хлористого водорода и сульфата натрия служат поваренная соль (обычно измельченная каменная соль — бузун) и купоросное масло — 92—93%-ная серная кислота. Менее концентрированную серную кислоту не применяют, так как в этом случае хлористый водород был бы чрезмерно разбавлен парами воды, что затруднило бы получение концентрированной соляной кислоты. Применение крупнозернистой выварочной соли предпо­чтительнее вследствие ее пористости — она легко пропитывается кислотой с образованием однородной массы. Однако выварочная соль содержит переменное количество влаги, что затрудняет дози­ровку сырья и регулирование температурного режима печей. Ка­менная соль характеризуется постоянной влажностью, но она бо­лее загрязнена примесями CaS04, Fe203 и другими (см. гл. III), переходящими в сульфат натрия. Помимо этого, применение камен­ной соли связано с необходимостью ее измельчения и более интен­сивного перемешивания с серной кислотой.

Процесс получения соляной кислоты имеет две стадии;

1) получение хлористого водорода - основана на взаимодействии твердой поваренной соли с серной кислотой:

NaCl_тв + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl_газ при t=150 ⁰С

При температуре выше 550°C и избытке поваренной соли возможно взаимодействие:

2NaCl _тв+ H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2HCl_газ

Реакция между хлористым натрием и серной кислотой -эндотермическая. При применении серной кислоты концентра­цией меньше 100% расход тепла на реакцию увеличивается за счет дегидратации серной кислоты.

Взаимодействие хлористого натрия с серной кислотой начи­нается даже при 0° с выделением в газовую фазу почти безводного НС1, но быстро прекращается; жидкая фаза представляет собой раствор образовавшегося сульфата натрия в серной кислоте. При нагревании реакция возобновляется — одновременно с хлористым водородом удаляется водяной пар вследствие дегидратации серной кислоты. Обезвоживание жидкой фазы облегчается тем, что рас­творение образующегося сульфата натрия в серной кислоте повы­шает равновесное давление водяного пара.

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% НС1. Способ находит применение, но новых производств не организуют.

2) абсорбция xлористого водорода водой

Синтетический способ

Синтетический способ производства соляной кислоты настоящее время почти полностью вытеснил на заводах старый сульфатный способ получения этого технически важного продукта.

Сущность синтеза соляной кислоты из хлора и водорода состоит в свойстве этих газов энергично соединяться между собой. На свету реакция происходит со взрывом.

Исходными веществами для приготовления синтетической соляной кислоты служат водород и хлор, получаемые электролизом раствора хлористого натрия. Производство соляной кислоты по этому способу состоит из двух стадий: 1) получения хлористого водорода, 2) поглощения хлористого водорода водой.

1) При синтетическом способе синтез хлорис­того водорода проводится по реакции:

Н₂ + С1₂—» 2НС1 + 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 (что позволяет полностью использовать более ценный хлор и получить незагрязненную хлором соляную кислоту) 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 — сухой хлор, которые на выходе из горелки смешиваются и спокойно реагируют; образуя факел горения с температурой 2000—2400°С. Трубка с водородом вставлены в более широкую Т-образную трубку, свободный конец которой соединяется с промывалкой,содержащей концентрированную серную кислоту для осушки газа. Горелкавставляется вместе с корковой пробкой в стеклянный цилиндр. Образующийся в цилиндре (при реакции горения хлора в водороде или, наоборот,— водорода в хлоре) хлористый водород под действием водоструйного насоса поступает в нижнюю часть поглотительной колонки, где навстречу газу движется вода из капельной воронки. Так осуществляется противоток, обеспечивающий полноту поглощения хлористого водорода водой. Реакции, происходящей между этими веществами, способствует также увеличение поверхности соприкосновения. Для этого внутрь поглотительной колонки помещены кусочки битого стекла.

2) 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 НС1 проводят в абсорберах с отводом тепла.

По способам отвода тепла методы абсорбции хлористого водорода разделяют на изотермический, адиабатический и комбинированный.

При изотермической абсорбции процесс осуществляется с отводом тепла, и температура кислоты поддерживается постоянной за счет непосредственного охлаждения абсорбера либо благодаря охлаждению циркулирующей кислоты в выносном холодильнике (через стенку). При этом теоретически можно получить соляную кислоту любой концентрации, так как с понижением температуры уменьшается и парциальное давление НСl над соляной кислотой.

Изотермическую абсорбцию следует применять для получения концентрированной соляной кислоты (35-38%) и для переработки хлористого водорода низкой концентрации. Однако в последнем случае при содержании в реакционных газах свыше 40% примесей азота, водорода, метана и других проведение абсорбции в изотермических условиях нецелесообразно ввиду ухудшения теплопередачи и уменьшения полноты абсорбции.

Адиабатическая абсорбция была предложена Гаспаряном для поглощения хлористого водорода водой с образованием соляной кислоты и нашла широкое применение. При адиабатической абсорбции процесс осуществляется без отвода тепла. Соляная кислота нагревается до кипения за счет тепла растворения хлористого водорода. При этом увеличивается давление паров соляной кислоты и начинается интенсивное испарение воды. Последнее вызывает снижение температуры кипящей кислоты и возрастание концентрации соляной кислоты, что является функцией температуры. Таким образом, кипящая в адиабатических условиях соляная кислота будет концентрироваться. Температура абсорбции определяется точкой кипения кислоты соответствующей концентрации.

Описание технологической схемы

Исходный газ, содержащий НCl, вводят снизу в контактную башню; противотоком ему поступает абсорбент (обычно вода). Вместо воды или вместе с водой для орошения колонны может применяться разбавленная кислота. Доля применяемой кислоты определяется балансом НСl и воды. Если кислота является единственным абсорбентом, эффективность абсорбции НСl несколько снижается и составляет 95-99% в зависимости от концентрации кислоты и давления паров НС1. Если абсорбентом является вода, хлористый водород может быть полностью поглощен. Концентрация хлористого водорода в жидкости возрастает в направлении от верха колонны к низу. В соответствии с этим меняется ее температура в колонне. Максимальной является температура кипения азеотропной кислоты (108,5 °С). Выше и ниже этой точки температура в колонне снижается и соответствует температуре кипения кислоты данной концентрации. Температура и концентрация кислоты мало зависят от изменения нагрузки в широких пределах.

Характеристика абсорберов хлороводорода

Изотермическую абсорбцию можно проводить в поверхностных абсорберах, где газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно текущей жидкости. Так как поверхность жидкости (а следовательно, и массообмен) незначительна, то такие абсорберы применяют лишь при небольших масштабах производства. Обычно устанавливают каскад абсорберов.

Ранее поверхностные абсорберы выполняли в виде керамических турилл, целлариусов или горизонтальных цилиндрических аппаратов. В таких аппаратах тепло отводится через стенку аппарата воздухом или водой либо с помощью змеевиков, устанавливаемых в абсорберах, которые охлаждаются водой или другим хладагентом.

К более совершенным типам изотермических поверхностных горизонтальных абсорберов относятся оросительные и пластинчатые аппараты, обладающие большой поверхностью теплопередачи.

Абсорбер оросительного типа состоит из ряда горизонтальных труб, орошаемых снаружи водой. Пластинчатый абсорбер состоит из двух систем каналов. Каналы большего сечения предназначены дня прохождения хлористого водорода и абсорбента (воды или разбавленной соляной кислоты), а каналы с меньшим сечением - для охлаждающей воды.

Более перспективны абсорберы, работающие по принципу падающей пленки. В таких абсорберах газ и жидкость соприкасаются на поверхности текущей жидкой пленки. Жидкая пленка течет по вертикальным поверхностям, представляющим собой трубы (в трубчатых абсорберах) или пластины (в абсорберах с листовой или плоскопараллельной насадкой). При монтаже и эксплуатации этих абсорберов необходимо обеспечивать строго вертикальную установку труб и пластин, а также равномерное распределение абсорбента. Испарённую в процессе абсорбции, воду можно пускать заново на абсорбцию хлороводорода.

Синтетический метод синтеза соляной кислоты практически не имеет отходов, так как в процессе синтеза главным образом получается основной продукт - соляная кислота, без побочных продуктов.