Получение соляной кислоты сульфатным методом

Сульфатный метод – это самый старый метод получения соляной кислоты. Его используют, когда есть потребность в .

Сульфатный метод протекает по следующим реакциям:

Сырьем для получения хлористого водорода и сульфата натрия служат поваренная соль (обычно измельченная каменная соль – бузун) и купоросное масло – 92 % – 93 % – я 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.

Реакция между хлористым натрием и серной кислотой – эндотермическая.

Взаимодействие хлористого натрия с серной кислотой начинается даже при 0 с выделением в газовую фазу почти безводного HCl, 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 .

Реакция между поваренной солью и серной кислотой осуществляется в механических или во вращающихся печах.

На рисунке 1 показана механическая сульфатная печь. Она предназначена для получения хлороводорода, представляет собой муфель, под (чаша) 12 и свод 11 которого сложены из фасонных огнеупорных и кислотостойких шамотных плит. Под муфелем и над ним расположены дымоходы. Толщина плит пода 120 мм; свод муфеля для облегчения передачи тепла к реакционной массе делают более тонким – 30 мм. Внутреннюю кладку печи и топки выполняют из шамотного, а наружную – из простого кирпича. Под печью расположен привод мешалки. Поваренная соль через загрузочную воронку непрерывно поступает в центр муфеля с помощью шнекового питателя 8. Туда же по трубе подается купоросное масло. Оно поступает в укрепленный на головке вала и вращающийся вместе с ним распределитель 13 кислоты, имеющий форму чайника, через носик которого сливается в муфель.

1 – шахтная топка; 2 – загрузочная коробка для топлива; 3 – колосниковая решетка; 4 – зольник; 5 – топочный порог; 6 – канал для вторичного воздуха; 7 – загрузочная воронка для соли; 8 – загрузочный шнек для соли; 9 – солевая труба; 10 – кислотная труба; 11 – свод муфеля; 12 – под муфеля; 13 – питатель – распределитель кислоты; 14 – головка мешалки; 15 – вал мешалки; 16 – коронная шестерня привода мешалки; 17 – люк для выхода сульфата натрия; 18 – холодильно – размольный барабан для сульфата; 19 – труба для отвода хлористого водорода.

Рисунок 1 – Механическая сульфатная печь (вертикальный разрез)

Перемешивание поваренной соли и кислоты и передвижение реакционной массы по поду муфеля от центра к периферии производится укрепленной на чугунном валу 15 мешалкой с четырьмя плечами, расположенными крестообразно, на каждом из которых имеется по два (всего восемь) термосилидовых или чугунных гребков с керамическими или корборундовыми наконечниками. Вращение вала (0,75 – 1,25 об/мин) производится через зубчатую передачу электромотором мощностью 4,5 квт при диаметре муфеля 4,25 м и 6,8 квт при диаметре муфеля 5,5 м.

Обогрев муфеля, температуру в котором поддерживают в пределах 500 – 550 , производят дымовыми газами, имеющими температуру 950 – 1100 . Газы поступают из топки 1, примыкающей к муфельной печи. Дымовые газы уходят из под чаши муфеля с температурой через два борова. Образовавшийся в муфеле сульфат натрия попадает через люк 17 в холодильно – размольный барабан 18 или в трубчатую шаровую мельницу с водяной рубашкой. Уходящий из муфеля хлористоводородный газ имеет температуру 375 – 400 . Теоретический состав этого газа при использовании для разложения поваренной соли 93 % – ной серной кислоты – 83 % HCl и 17 % водяного пара; в сухом же газе должно содержаться 100 % HCl. Однако вследствие того, что внутри муфеля поддерживают вакуум 1 – 2 мм водяного столба (во избежание проникновения газа в атмосферу цеха), происходит подсос в муфель воздуха и дымовых газов и фактическая концентрация HCl в сухом газе колеблется на уровне 30 % – 40 %. При хорошем уплотнении муфеля концентрация HCl в газе может быть повышена до 50 % и выше.

Полученный хлористый водород отправляется на абсорбцию. В соответствии с этим абсорбционные установки сооружены таким образом, чтобы обеспечить наиболее полный отвод тепла гидратации HCl. Обычно газ вначале охлаждают в длинных газопроводах и керамических холодильниках. Охлаждение совмещают с осушкой газа, что дает возможность получать более концентрированную соляную кислоту до 37 % .