Синтез хлористого водорода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сформулируем ключевые положения представленной курсовой работы.
Хлороводород является важным химическим продуктом, производимым в огромном количестве. Это известный лабораторный реактив, применяемый и как газ, и как его водный раствор – хлороводородная кислота.
В настоящее время для многотоннажного производства хлороводорода широко применяют прямой синтез – реакцию водорода с хлором. Для данной реакции не требуется катализатор, а источники водорода и хлора относительно легкодоступны, так как оба газа являются продуктами электролиза водных растворов любых солей-хлоридов.
Для рассматриваемого в данной работе малотоннажного производства хлороводорода оптимально подойдет наиболее простой и распространенный реактор вертикального типа, представляющий собой двухконусную стальную печь ...

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУЧАЕМОГО ПРОДУКТА 4
2 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРОВОДОРОДА. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДА 6
3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 13
3.1 Рассмотрение технологической схемы производства 13
3.2 Расчёт материального баланса печи 15
3.3 Расчёт теплового баланса в печи 17
3.4 Расчёт объема факела 19
3.5 Расчет поверхности теплопередачи 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 23

ВВЕДЕНИЕ
На сегодняшний день существует множество способов получения хлористого водорода, как непосредственным сжиганием хлора в водороде, так и посредством очистке побочного хлороводорода, образующегося при различных химических процессах. Однако следует учитывать, что побочный хлористый водород загрязнен разнообразными примесями исходного сырья, полупродуктов, побочных и целевых продуктов неорганического и органического происхождения. Применение неочищенного хлористого водорода или соляной кислоты приводит к отравлению катализаторов, образованию других побочных продуктов и к снижению выхода и качества промышленной продукции. Поэтому побочно образующиеся хлороводород или соляная кислота должны быть очищены от лимитируемых примесей в тех случаях, когда эти продукты применяются для синтеза, электролиза, окисления и получения синтетической или реактивной соляной кислоты.
Поэтому, даже по мере развития методов очистки хлористого водорода и его вторичного использования классические способы получения НС1 из хлорида натрия и серной кислоты, а также прямой синтез из хлора и водорода не теряют свое значение. В силу вышеизложенного, тема данной курсовой работы актуальна.
Целью данной работы является всестороннее рассмотрение технологического процесса получения хлороводорода из сжиганием водорода в хлоре. Среди основных задач курсовой работы следует выделить: описание физических и химических свойств хлороводорода, обзор методов его производства, рассмотрение технологической схемы и ключевого оборудования в рамках выбранной технологии, а также проведение соответствующих химико-технологических расчетов.

Зависимость скорости данной фотохимической реакции зависит от концентрации компонентов выражется эмпирической формулой:(2.4)где k - зависящая от интенсивности светового возбуждающего луча, либо поступающего теплового импульса константа скорости реакции,.Считается, что стадия неинициированного процесса Cl* + Н2 = HCl + Н* является определяющей. Обозначив константу скорости данной реакции, а как k2 - константу диссоциации молекул хлора, получим, что константа скорости образования молекул НС1 станет равна k3 = 1/2 k1k2 и, следовательно, ее можно быть вычислить по эмпирической формуле:(2.5)Также скорость реакции зависит от присутствия в системе катализаторов: твердых пористых тел (губчатой платины, древесного угля), некоторых минеральных веществ (глины, кварца, и пр.) и влаги, так как абсолютно сухие хлор и водород между собой не взаимодействуют. Присутствие же следов влаги столь интенсивно ускоряет реакцию, что она может пойти со взрывом. Увеличение содержания влаги свыше 5.10-5% на скорости реакции не отражается. В реакльный производственных условиях осуществляют невзрывное, спокойное горение водорода в токе хлора, обеспечивающееся равномерным поступлением водорода и хлора и их смешением непосредственно в факеле пламени используемой горелки. При выходе из горелки газы сгорают, не образуя в печи взрывоопасной смеси.Водород подают в избытке (5-10%), и это позволяет использовать ценный хлор полностью, получая соляную кислоту, незагрязненную хлором. Также избыток водорода в печи обеспечивает восстановительную атмосферу, способствуя снижению коррозионного разрушения графитовых и стальных печей, так как в печах в избытке хлора происходит хлорирование материала стенок с выделением летучих продуктов (для графитовых печей – CCl4).Камеры сжигания выполненяются из стали, кварца, графита, огнеупорного кирпича. Простейшие камеры - полые изнутри футерованные огнеупорным кирпичом кирпичные камеры. Иногда их заполняют контактным материалом: коксом, графитом, огнеупорной глиной, кварцем, и т. п. Часто применяются двухконусные стальные печи с естественным воздушным охлаждением (рис. 1). В таких печах тепловая нагрузка стенок обеспечена равномерная, из-за схожести формы печи близка с формой факела. Корпус печи изготовлен из восьмимиллиметровой листовой стали.Рис.1. Печь для синтеза хлороводорода. 1-корпус 2-асбестовая крышка, 3-патрубок, 4-отверстие для контроля, 5 –разжигатель.Также применяются вертикальные печи из простых или специальных сталей, снаружи снабженные водяными кожухами и охлаждаемые проточной водой при температуре не ниже 90-95 °С во избежание конденсации воды из НС1 на стенке печи. Стальные печи способны работать под давлением, увеличивая тем самым концентрацию НС1 в газе в результате устранения подсосов воздуха. В печах высотой 2,5 м и диаметром 0,25 метра получают хлороводород в количестве, необходимом для производства соляной кислоты 6-25 тонн в сутки.Нижняя цилиндрическая часть корпуса печи и ее съемное днище футеруются огнеупорным кирпичом. Вверху печи располагается предохранительная мембрана из паронита или асбеста. В печи поддерживается постоянное давление 6 кПа, у наружной стенки печи температура достигает 400°С, а температура выходящего газа не превышает 250 °С. Недостаток стальной печи заключается в том, что в полученном хлористом водороде содержится относительно большое количество остатков от прокаливания в среде железа, что на качество соляной кислоты влияет отрицательно. Кварцевые аппараты очень дороги и хрупки, что затрудняет ее обслуживание. Поэтому ее применяет очень ограниченно, к примеру, при получении НС1 для соляной кислоты особой чистоты. В последнее время все большее применение находит графит, усиленный феноло-формальдегидными смолами (игурит, коробон, карбаит). Отличная коррозионная стойкость импрегнированного графита предотвращает загрязнение хлроводорода побочными продуктами.В промышленности различные конструкции печей, основными типами которых являются печи с восходящим и нисходящим потоком горения.Печь первого типа изготовлена из неимпрегнированного графита и состоит из корпуса, дна, крышки и трубки с отверстием для выпуска хлороводорода. В данной камере применяеют наружное охлаждение, и часть охлаждающей воды просачивается в печь через раковины в графите. Также она поступает снизу на дно печи, понижая высокую температуру внутри печи, снижая температуру выходящего газа до 150-220 °С.Рис. 2. Графитовая камера сжигания с восходящим потоком горения.Используемая в печах этого типа горелка (рис. 3) состоит из двух наружной и внутренней графитовых трубок. Хлор поднимается по внутренней 1, а водород - по наружной трубке 2 со скоростью 10-20 м/с. Существуют различные варианты формы и направления отверстий 4 для хлора и водорода.Рис.3. Конструкция горелки в печи восходящего типа:1,2 – внутренняя и наружные графитовые трубки, 3 – кварц, 4 – выпускные отверстия.Так, отверстия для водорода направлены под углом вверх, а отверстия для хлора - горизонтальные винтообразные для лучшего смешения водорода с хлором. Камера сжигания с восходящим потоком горения изготавливается также из коробона (импрегнированного графита). В некоторых конструкциях в верхних зонах сжигания для дополнительного охлаждения газов установлены теплообменники различного типа до 150-160 °С (рис.4). Рис.4. Печь восходящего типа с теплообменником:1 – камера сжигания, 2 – горелка, 3 – стальной кожух, 4 – перепускной канал, 5 – охлаждающее устройствоНа рис. 5 представлена печь, состоящая из трех частей: камеры сжигания 1 , охлаждающего устройства 5 и перепускного канала 4 , соединяющего камеру сжигания и охлаждающее устройство. Несущей конструкцией является стальной кожух 3 , снабженный облицовкой для защиты от коррозии и сильного нагревания. Через горелку 2 , находящуюся у основания камеры сжигания 1, обычным способом подаются газы для сжигания. Образующийся в печи хлористый водород при температуре выше точки росы выходит через отверстие для хлористого водорода.Более совершенная конструкция камеры сжигания второго типа обеспечивает нисходящий поток горения (рис. 5). Достоинством аппарата является тот факт, что в едином агрегате объединяются как секция сжигания 1, так и абсорбционное устройство 3 . Применяемая горелка имеет такую же конструкцию, что и в камерах с восходящим горением, лишь несколько изменен колпачок горелки. Весь агрегат заключен в кожух из углеродистой стали. Камера 1 охлаждается внутри и снаружи водой.Рис.5. Печь нисходящего типа:1 – секция сжигания, 2 – горелка, 3 - абсорбционное устройствоИз вышесказанного можно сделать вывод, что для рассматриваемого в данной работе малотоннажного производства хлороводорода оптимально подойдет наиболее простой реактор вертикального типа, изображенный на рис.1. Остальные схемы печей ввиду их большей сложности и более высокой производительности для рассматриваемого технологического применять не экономически нецелесообразно.3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫПроведем технологические расчеты по рассмотренной в работе схеме получения хлороводорода. Расчёт проводим по массе на 1 кг готового продукта. Исходными веществом являются молекулярный водород и хлор. Синтез из элементов дает газообразный хлороводород концентрацией 80-96%, легко поддающейся сжижению, а поглощение его дистиллированной водой позволяет получать чистую реактивную соляную кислоту концентрацией 38%. Диссоциация НС1 идет при более 2000°С При обычной температуре в отсутствие катализаторов или световых лучей реакция не идет. Сжигание смеси хлора и водорода производится в печах различных конструкций, представляет собой небольшие камеры из огнеупорного кирпича, плавленого кварца, графита или из металла. Совершенными являются печи, изготовленные из специальных или простых сталей С(Н2)-95%, С (С12)-90%. Из задания на курсовую работу имеем значение производительности печи по хлористому водороду, равное 2 т/сутки, температуру печи, равную 2230 К.Требуется определить следующее:1. Составить материальный и тепловой баланс печи;2. Определить объем факела;3. Вычислить необходимую поверхность теплопередачи.В рассматриваемом технологическом процессе происходят химические превращения по реакции: H2 + Cl2 = 2HCl.3.1 Рассмотрение технологической схемы производстваНа рис.